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　　欧几里得望远镜能开暗物质之谜吗？　　中国新闻周刊》记者：智杰　　发于2023.7.10总第1099期《中国新闻周刊》杂志　北京时间7月1日晚23时12分，由欧洲空间局(以下简称欧空局)设计的欧几里得空间望远✋(以下简称欧几里得望远镜)搭乘美国SpaceX公司的猎鹰9号火箭，从美国佛罗里达州发射空。未来6年，它将勘测超过三分之一的宇宙，超过10亿个星系做“CT扫描”，并绘制出一张宇宙三维“地图”。　据欧空局官网介绍，依🥗欧几里得望远镜观测的量数据，可以前所未有⭕确定过去100亿年中宇宙的膨胀和结构演化，🕓有助于揭开宇宙学的两⛸️奥秘：暗能量和暗物质🙋‍♀️　　中国科学院国家天🎼台研究员巩岩长期研究物质和暗能量模型，是国巡天空间望远镜(CSST)国家天文台科学研究中心常务副主任。他《中国新闻周刊》介绍🦙，暗物质和暗能量，是🕔前物理学和天文学最前的研究领域，也是笼罩两个学科头顶上的“两乌云”。多个国家都在关领域攻关，如果将这🍊大谜团破解了，对人类说是非常重大的突破。🚖　人类对95%的宇宙还一无所知　　2009年，欧空局发射“普朗克探测卫星，耗时3年，精准绘制出宇宙微波背景射图，这是宇宙大爆炸🎸的遗留辐射，被称为宇中最古老的光。2013年，第一幅反映宇宙诞初期的全景图公开后，学家确认，它几乎完美验证了宇宙标准模型。在宇宙中，所有可见的🧨通物质，包括恒星、行以及我们生活中的一切只占宇宙总能量的5%，暗物质占27%，暗能量占68%。　　但人们需要解答的问题是，暗物和暗能量到底是什么。去近一个世纪中，许多究者测量发现，恒星绕,,,系中心旋转的速度大于🌐测结果，猜测存在不可的物质增大了使得恒星转的引力，科学家将其为暗物质。而暗能量是驱动宇宙加速膨胀的神物质。暗物质与普通物不同，看不见、摸不着🧨听不到。过去数十年，🖊️文学家和理论物理学家尽办法，都无法直接探到暗物质和暗能量的存⏹️，对其性质更一无所知　　2012年，欧几里得计划被欧空局选中实，来自13个欧洲国家、美国、日本等国的2000多名科学家参与了这项计划，耗资约10亿欧元研制完成欧几里得探测。如今，这一以几何学😕父命名的探测器，搭载径为1.2米的欧几里得望远镜，以及一台可见波长相机和一台近红外🏿机，将在宇宙航行一个🛬，最终悬停在距地球150万公里外的拉格朗日点L2。欧几里德望远镜将与詹姆斯·韦伯望远镜享同一位置，共同凝望宙深处。　　欧几里得📙远镜的发射几经波澜。2022年，欧几里得望远镜建造完成，原计划搭俄罗斯火箭，从南美洲射，但受俄乌战争影响⏸️欧洲和俄罗斯的航天部合作终止。2022年底，欧空局找到替代方案与美国公司SpaceX合作，发射地点转移到🏋️‍♀️国。依据欧空局官网公⏹️的目标，欧几里得望远📑将用于研究暗能量是否🕵️‍♀️在，或探明宇宙明显急🍶膨胀的原因是什么；如🎯暗能量存在，它的特点-什么，并根据观察到的🖐️宙大规模结构，研究大🍙炸后的宇宙状况。　　🚯岩对《中国新闻周刊》💍绍说，欧几里得望远镜不是直接探测暗物质，👩‍🏫格地说，对暗物质的探需要探测到暗物质粒子👉暗物质有多种理论假说🟩其中之一认为，暗物质重质量粒子。过去数十🐧，科学家主要通过三种式探测暗物质：利用大对撞机，测试能否撞出🥁物质粒子；在地下十几里建立实验室，保证其粒子无法穿透，寻找暗🌻质与其他物质相互作用🦮痕迹；在地面或太空探🟦暗物质“湮灭”或衰变🧐产生的常见粒子。但迄㊙️为止，人们穷尽了上述有办法，都没有探测到物质粒子的踪影。　　岩解释说，欧几里得望镜的工作原理是，假设物质存在，通过对宇宙海量天体的探测，将得的数据与相关模型进行照和验证，来确定或排相应的暗物质模型。这✳️际上是一种理论上的“除法”。“如果人们把物质的性质探测得足够确，其他理论都无法解这个数据，最后只能用物质来解释。”巩岩说♠️　　欧空局的官方网站绍，欧几里得望远镜主通过两种方式实现科学🏊‍♀️标。望远镜将测量15亿个背景星系，创建宇宙物质分布的三维视图，-,宙学家将借此推断宇宙史中的星系结构如何形，以及星系结构的生长度。这与暗物质和暗能的性质与数量相关。同👩‍🦰，欧几里得望远镜也将用重子声学振荡，测量宙的膨胀率及其变化。子声学振荡可以简单理为宇宙早期的声音波动👈它们在宇宙微波背景辐留下了痕迹，有助于了-宇宙的演化和结构的形。两种方式的测量对象几乎相同的天体，结果以交叉检验，减小误差🦑　　作为第四代巡天望🕖镜，欧几里得和哈勃望镜有明显区别。“哈勃精测望远镜，能清晰拍-,某一小片天区内的天体🪒只能探测太空中很小的域，相当于通过‘针孔🐍观测。”巩岩说，想要究暗物质和暗能量，望©️镜要看到更广袤的宇宙🥪欧几里得望远镜则是“针孔拿掉”，在更大的野中扫描整个宇宙的天。　　此外，欧几里得远镜也能“看得更远”天体发出的光随着宇宙👬胀被拉伸，会出现“红现象”。红移越大，天👩‍⚖️离人类的距离越远。欧里得同时搭载测量星系🧴状的可见光相机，以及星系亮度和距离的近红光谱仪，能观测到宇宙成30亿年后的光。“它探测宇宙的广度和深度都是目前其他望远镜无🏈比拟的，观测数据量之,,在同类型望远镜中也前未有。”巩岩对《中国🎅闻周刊》说。　　欧几🎖️得望远镜的另一个重要学目标是，通过对宇宙质分布结构的分析，测出中微子的质量。目前科学家认为，中微子由子中微子、缪子中微子陶子中微子三种不同类的中微子组合而成，现地面实验无法确认三者质量排序。粒子物理学,,标准模型中，中微子理上质量为零，但地面实🏠和观测中表明中微子是质量的。“对三种中微质量之和的精确测量，💝于了解中微子的质量排，以及其质量获得的机有着重要作用。”巩岩👠析说，这对于中微子乃🗾基本物理的研究都会有大推动作用。　　无法独完成观测目标　　在球上，光在真空中沿直传播，但在更广阔的宇中，情况并非如此。根爱因斯坦广义相对论的测，一个遥远星系发出▪️光，经过星系或者星系这类大质量天体，受引⬜影响，会产生轻微弯曲类似于被置于放大镜下其成像形态和亮度都会生改变，这被称为引力镜效应。科学家认为，景光源的扭曲不是随机，它与暗物质的引力场关，可以从中探测暗物🕔的密度分布。　　巩岩释说，理想状态下，发的星系等光源、光经过👩‍🚀大质量物质、观测者三🔦一线时，引力透镜效应🍳强。但在宇宙中，一般🐨况下，光源只会发生微透镜效应，使观测难度👩‍🏫加，这被称为弱引力透🏼效应。正式开启探测后欧几里得望远镜将通过引力透镜效应来绘制暗质分布图。“虽然单个系的形状和亮度变化很🧡，但这是一个统计概念如果把几亿、十几亿的系的形状和亮度都测一，统计效应就出来了。巩岩说。　　因此，欧里得望远镜要观测足够阔的宇宙，巩岩介绍说“在设计上，欧几里得🌇远镜在可见光观测上只💙了一个宽波段，有助于准确地测量星系形状。但大型巡天望远镜普遍用测光红移技术，即用个波段的测光数据来估🚐红移。欧几里得仅用一☂️可见光宽波段和几个近👨‍👩‍👧外波段，会降低测光红的准确度，“红移测不，对弱引力透镜效应的↘️量也没办法十分准确。-巩岩说。　　这是欧几🍀得望远镜未来探测面临最大挑战之一。巩岩介🎎，如果想圆满完成科学🌫️标，欧几里得望远镜需其他望远镜的配合。欧🛄局官网也提到，这一望👯‍♀️镜需要来自地面望远镜额外数据，以改进红移📮定技术和单个星系的点散函数建模。但巩岩提，不同望远镜如何协同测、协同数据处理，对,几里得望远镜的测量来将是非常大的挑战。比，要面对的挑战包括地望远镜观测容易受大气动等影响，每一次的观🦳效果不同，仪器参数也🪑相同等。　　近年来，洲、中国、美国等多个家和地区都在致力于暗质、暗能量的研究和探,。美国国家航空航天局(NASA)正在研制南希·格雷斯·罗曼太空望👷‍♂️镜，计划2027年发射。中国两米口径的巡天间望远镜(CSST)计划于2024年发射。这些望远镜和欧几里得有🦹似的研究方向，用于开广域巡天观测，在宇宙构形成和演化、暗物质暗能量领域开展前沿研。　　2013年，中国巡天空间望远镜计划立，中国科学院国家天文研究员詹虎参与了CSST的研制工作，他对媒体表示，CSST拟于2023年底前交付，计划在2024年发射。据报道，CSST太空飞行器的大小相当于一辆大客车立起来有3层楼高。“巡天观测”是CSST的主要使命，它将会覆盖整🚖天空面积的40%，积累获得近20亿星系的高质量数据。　　NASA研制的南希·格雷斯·罗太空望远镜的众多科学😟标中，也同样包含研究宙尺度和暗能量，此外❗它还将寻找宇宙超新星件等。但它与中国和欧🐼的天文望远镜又有所不🎛️。欧空局官方介绍，罗🥞和欧几里得望远镜的使是“互补的”，欧几里🖋️的测量视野更广，而罗只是勘测较小的区域，😘会以更高分辨率和更大长覆盖范围探测，两者重叠结果可用于互相检系统误差。　　这类巡望远镜最终能否揭开暗质和暗能量的面纱？英♉兰卡斯特大学天体物理教授、欧几里得科学家莎贝尔·胡克在接受采时提到，欧几里得将在个月后发回它对宇宙的初印象”照片，但科学还要等待数年时间，才🥮拿到海量的数据，宣布-些新成果。　　《中国闻周刊》2023年第25期　　声明：刊用《中国新闻周刊》稿件务经面授权【编辑:孙静波】

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