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　　欧几里得望远镜能解开物质之谜吗？　　《中国新周刊》记者：杨智杰　　发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镜(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升空未来6年，它将勘测超过三分之一的宇宙，为超过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，依据几里得望远镜观测的海量数，可以前所未有地确定过去100亿年中宇宙的膨胀和结构演化，并有助于揭开宇宙学🎀两大奥秘：暗能量和暗物质　　中国科学院国家天文台⛸️究员巩岩长期研究暗物质和能量模型，是中国巡天空间🟤远镜(CSST)国家天文台科学研究中心常务副主任。对《中国新闻周刊》介绍说暗物质和暗能量，是目前物🈸学和天文学最前沿的研究领，也是笼罩在两个学科头顶的“两朵乌云”。多个国家在相关领域攻关，如果将这🆑大谜团破解了，对人类来说👫🏽非常重大的突破。　　人类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辐图，这是宇宙大爆炸时的遗辐射，被称为宇宙中最古老光。2013年，第一幅反映宇宙诞生初期的全景图公开，科学家确认，它几乎完美验证了宇宙标准模型。即在宙中，所有可见的普通物质👩‍🦯包括恒星、行星以及我们生-,-中的一切，只占宇宙总能量5%，暗物质占27%，暗能量占68%。　　但人们需要解答的问题是，暗物质和暗🀄量到底是什么。过去近一个纪中，许多研究者测量发现🙇‍♂️恒星绕星系中心旋转的速度于预测结果，猜测存在不可的物质增大了使得恒星旋转引力，科学家将其称为暗物🦗。而暗能量是指驱动宇宙加膨胀的神秘物质。暗物质与通物质不同，看不见、摸不、听不到。过去数十年，天学家和理论物理学家想尽办，都无法直接探测到暗物质-暗能量的存在，对其性质更无所知。　　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10亿欧元研制完成欧几里得探测器。如今，这一以几何之父命名的探测器，搭载口为1.2米的欧几里得望远镜，以及一台可见光波长相机一台近红外相机，将在宇宙👙行一个月，最终悬停在距地🍖150万公里外的拉格朗日点L2。欧几里德望远镜将与詹姆斯·韦伯望远镜共享同一置，共同凝望宇宙深处。　欧几里得望远镜的发射几经澜。2022年，欧几里得望远镜建造完成，原计划搭载罗斯火箭，从南美洲发射，受俄乌战争影响，欧洲和俄💓斯的航天部门合作终止。2022年底，欧空局找到替代方案，与美国公司SpaceX合作，发射地点转移到美国🪀依据欧空局官网公布的目标欧几里得望远镜将用于研究能量是否存在，或探明宇宙显急速膨胀的原因是什么；果暗能量存在，它的特点是么，并根据观察到的宇宙大🎖️模结构，研究大爆炸后的宇状况。　　巩岩对《中国新周刊》介绍说，欧几里得望🐡镜并不是直接探测暗物质，🐰格地说，对暗物质的探测需🟡探测到暗物质粒子。暗物质多种理论假说，其中之一认🍄，暗物质是重质量粒子。过👷‍♂️数十年，科学家主要通过三方式探测暗物质：利用大型撞机，测试能否撞出暗物质🦎子；在地下十几公里建立实🧏‍♀️室，保证其他粒子无法穿透寻找暗物质与其他物质相互用的痕迹；在地面或太空探暗物质“湮灭”或衰变后产的常见粒子。但迄今为止，们穷尽了上述所有办法，都有探测到暗物质粒子的踪影　　巩岩解释说，欧几里得远镜的工作原理是，假设暗😉质存在，通过对宇宙中海量🚇体的探测，将得到的数据与👱‍♂️关模型进行对照和验证，来🌻定或排除相应的暗物质模型这实际上是一种理论上的“👷‍♀️除法”。“如果人们把暗物🔗的性质探测得足够精确，其🙍‍♀️理论都无法解释这个数据，后只能用暗物质来解释。”🎵岩说。　　欧空局的官方网🏴󠁧󠁢󠁥󠁮󠁧󠁿介绍，欧几里得望远镜主要🕟过两种方式实现科学目标。远镜将测量15亿个背景星系，创建宇宙暗物质分布的三视图，宇宙学家将借此推断宙历史中的星系结构如何形，以及星系结构的生长速度🦧这与暗物质和暗能量的性质数量相关。同时，欧几里得远镜也将利用重子声学振荡测量宇宙的膨胀率及其变化重子声学振荡可以简单理解宇宙早期的声音波动，它们宇宙微波背景辐射留下了痕，有助于了解宇宙的演化和🐶构的形成。两种方式的测量象是几乎相同的天体，结果以交叉检验，减小误差。　💫作为第四代巡天望远镜，欧🚧里得和哈勃望远镜有明显区。“哈勃是精测望远镜，能晰拍摄某一小片天区内的天🕯️，只能探测太空中很小的区，相当于通过‘针孔’观测️⃣”巩岩说，想要研究暗物质暗能量，望远镜要看到更广的宇宙。欧几里得望远镜则“把针孔拿掉”，在更大的👬野中扫描整个宇宙的天体。　此外，欧几里得望远镜也“看得更远”。天体发出的随着宇宙膨胀被拉伸，会出-,“红移现象”。红移越大，体离人类的距离越远。欧几得同时搭载测量星系形状的见光相机，以及测星系亮度距离的近红外光谱仪，能观🎷到宇宙形成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法比🌒的，观测数据量之大在同类望远镜中也前所未有。”巩对《中国新闻周刊》说。　欧几里得望远镜的另一个重--科学目标是，通过对宇宙物👨‍👩‍👦‍👦分布结构的分析，测量出中子的质量。目前，科学家认🧑🏿‍🤝‍🧑🏻，中微子由电子中微子、缪中微子、陶子中微子三种不类型的中微子组合而成，现👽地面实验无法确认三者的质🚴‍♀️排序。粒子物理学的标准模中，中微子理论上质量为零但地面实验和观测中表明中子是有质量的。“对三种中子质量之和的精确测量，对了解中微子的质量排序，以其质量获得的机制有着重要用。”巩岩分析说，这对于微子乃至基本物理的研究都有极大推动作用。　　无法独完成观测目标　　在地球，光在真空中沿直线传播，在更广阔的宇宙中，情况并如此。根据爱因斯坦广义相✊论的预测，一个遥远星系发的光，经过星系或者星系团👷类大质量天体，受引力影响会产生轻微弯曲。类似于被🈲于放大镜下，其成像形态和度都会发生改变，这被称为力透镜效应。科学家认为，景光源的扭曲不是随机的，🤨与暗物质的引力场相关，可🤸‍♀️从中探测暗物质的密度分布　　巩岩解释说，理想状态，发光的星系等光源、光经的大质量物质、观测者三点线时，引力透镜效应最强。在宇宙中，一般情况下，光只会发生微弱透镜效应，使测难度增加，这被称为弱引透镜效应。正式开启探测后欧几里得望远镜将通过弱引🤷透镜效应来绘制暗物质分布。“虽然单个星系的形状和度变化很小，但这是一个统🍌概念，如果把几亿、十几亿星系的形状和亮度都测一遍统计效应就出来了。”巩岩。　　因此，欧几里得望远要观测足够广阔的宇宙，巩介绍说，“在设计上，欧几得望远镜在可见光观测上只了一个宽波段，有助于更准地测量星系形状。”但大型📅天望远镜普遍使用测光红移术，即用多个波段的测光数来估算红移。欧几里得仅用👠个可见光宽波段和几个近红波段，会降低测光红移的准♟️度，“红移测不准，对弱引↔️透镜效应的测量也没办法十准确。”巩岩说。　　这是🌑几里得望远镜未来探测面临最大挑战之一。巩岩介绍，🦃果想圆满完成科学目标，欧里得望远镜需要其他望远镜配合。欧空局官网也提到，一望远镜需要来自地面望远的额外数据，以改进红移测技术和单个星系的点扩散函建模。但巩岩提到，不同望镜如何协同观测、协同数据理，对欧几里得望远镜的测--来说将是非常大的挑战。比，要面对的挑战包括地面望镜观测容易受大气扰动等影，每一次的观测效果不同，🏂器参数也不相同等。　　近来，欧洲、中国、美国等多🔣国家和地区都在致力于暗物、暗能量的研究和探测。美国家航空航天局(NASA)正在研制南希·格雷斯·罗👳‍♀️太空望远镜，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相似的研究方，用于开展广域巡天观测，🟫宇宙结构形成和演化、暗物-和暗能量领域开展前沿研究🍌　　2013年，中国巡天空间望远镜计划立项，中国科🥡院国家天文台研究员詹虎参️⃣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，它将会覆盖整个👴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·罗曼太空望远镜的众多学目标中，也同样包含研究🌴宙尺度和暗能量，此外，它⏯️将寻找宇宙超新星事件等。它与中国和欧洲的天文望远又有所不同。欧空局官方介⛄，罗曼和欧几里得望远镜的命是“互补的”，欧几里得测量视野更广，而罗曼只是📄测较小的区域，但会以更高辨率和更大波长覆盖范围探，两者的重叠结果可用于互检查系统误差。　　这类巡望远镜最终能否揭开暗物质暗能量的面纱？英国兰卡斯大学天体物理学教授、欧几得科学家伊莎贝尔·胡克在受采访时提到，欧几里得将几个月后发回它对宇宙的“印象”照片，但科学家还要待数年时间，才能拿到海量数据，宣布一些新成果。　《中国新闻周刊》2023年第25期　　声明：刊用《中国新闻周刊》稿件务经书面权【编辑:孙静波】

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