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应用分类: 手机网游
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　　欧几里得望远镜能解--暗物质之谜吗？　　《中新闻周刊》记者：杨智杰👨🏿‍🤝‍👨🏼　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“图”。　　据欧空局官网绍，依据欧几里得望远镜测的海量数据，可以前所👱‍♂️有地确定过去100亿年中宇宙的膨胀和结构演化，有助于揭开宇宙学的两大🦲秘：暗能量和暗物质。　🙍中国科学院国家天文台研员巩岩长期研究暗物质和能量模型，是中国巡天空望远镜(CSST)国家天文台科学研究中心常务副👭🏿任。他对《中国新闻周刊介绍说，暗物质和暗能量是目前物理学和天文学最沿的研究领域，也是笼罩🐸两个学科头顶上的“两朵云”。多个国家都在相关域攻关，如果将这两大谜破解了，对人类来说是非重大的突破。　　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景辐射图，这是宇宙大爆时的遗留辐射，被称为宇中最古老的光。2013年，第一幅反映宇宙诞生初的全景图公开后，科学家🧖认，它几乎完美地验证了宙标准模型。即在宇宙中所有可见的普通物质，包恒星、行星以及我们生活的一切，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，暗物和暗能量到底是什么。过近一个世纪中，许多研究测量发现，恒星绕星系中旋转的速度大于预测结果猜测存在不可见的物质增了使得恒星旋转的引力，学家将其称为暗物质。而能量是指驱动宇宙加速膨👝的神秘物质。暗物质与普物质不同，看不见、摸不🛣️、听不到。过去数十年，文学家和理论物理学家想办法，都无法直接探测到🐕‍🦺物质和暗能量的存在，对性质更一无所知。　　2012年，欧几里得计划被欧空局选中实施，来自13个欧洲国家、美国、日本等🙍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器。如今，这一以几何学父命名的探测器，搭载口为1.2米的欧几里得望远镜，以及一台可见光波长👨‍🌾机和一台近红外相机，将宇宙航行一个月，最终悬在距地球150万公里外的拉格朗日点L2。欧几里德望远镜将与詹姆斯·韦伯远镜共享同一位置，共同望宇宙深处。　　欧几里👨‍🦱望远镜的发射几经波澜。2022年，欧几里得望远镜建造完成，原计划搭载俄🏭斯火箭，从南美洲发射，🚬受俄乌战争影响，欧洲和罗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📮公布的目标，欧几里得望🎊镜将用于研究暗能量是否在，或探明宇宙明显急速胀的原因是什么；如果暗☢️量存在，它的特点是什么并根据观察到的宇宙大规结构，研究大爆炸后的宇🤮状况。　　巩岩对《中国闻周刊》介绍说，欧几里望远镜并不是直接探测暗质，严格地说，对暗物质探测需要探测到暗物质粒。暗物质有多种理论假说其中之一认为，暗物质是质量粒子。过去数十年，😴学家主要通过三种方式探暗物质：利用大型对撞机➖测试能否撞出暗物质粒子在地下十几公里建立实验，保证其他粒子无法穿透寻找暗物质与其他物质相作用的痕迹；在地面或太探测暗物质“湮灭”或衰后产生的常见粒子。但迄为止，人们穷尽了上述所办法，都没有探测到暗物💮粒子的踪影。　　巩岩解说，欧几里得望远镜的工原理是，假设暗物质存在通过对宇宙中海量天体的🦘测，将得到的数据与相关🧩型进行对照和验证，来确或排除相应的暗物质模型这实际上是一种理论上的排除法”。“如果人们把💾物质的性质探测得足够精，其他理论都无法解释这🧑🏽‍🤝‍🧑🏽数据，最后只能用暗物质😛解释。”巩岩说。　　欧局的官方网站介绍，欧几得望远镜主要通过两种方实现科学目标。望远镜将🗿量15亿个背景星系，创建宇宙暗物质分布的三维视，宇宙学家将借此推断宇🚯历史中的星系结构如何形🔁，以及星系结构的生长速。这与暗物质和暗能量的质与数量相关。同时，欧里得望远镜也将利用重子学振荡，测量宇宙的膨胀及其变化。重子声学振荡以简单理解为宇宙早期的音波动，它们在宇宙微波🛄景辐射留下了痕迹，有助了解宇宙的演化和结构的成。两种方式的测量对象👨‍🦱几乎相同的天体，结果可🧗‍♂️交叉检验，减小误差。　作为第四代巡天望远镜，几里得和哈勃望远镜有明区别。“哈勃是精测望远📥，能清晰拍摄某一小片天内的天体，只能探测太空👫🏼很小的区域，相当于通过针孔’观测。”巩岩说，要研究暗物质和暗能量，🏋️‍♀️远镜要看到更广袤的宇宙欧几里得望远镜则是“把孔拿掉”，在更大的视野,扫描整个宇宙的天体。　🔃此外，欧几里得望远镜也“看得更远”。天体发出光随着宇宙膨胀被拉伸，出现“红移现象”。红移-大，天体离人类的距离越。欧几里得同时搭载测量🧏系形状的可见光相机，以测星系亮度和距离的近红光谱仪，能观测到宇宙形💩30亿年后的光。“它探测宇宙的广度和深度，都是前其他望远镜无法比拟的观测数据量之大在同类型🙂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⛈️重要科学目标是，通过对宙物质分布结构的分析，😈量出中微子的质量。目前⛏️科学家认为，中微子由电👩🏿‍🤝‍👨🏼中微子、缪子中微子、陶中微子三种不同类型的中子组合而成，现有地面实无法确认三者的质量排序🔇粒子物理学的标准模型中中微子理论上质量为零，🈚地面实验和观测中表明中子是有质量的。“对三种微子质量之和的精确测量对于了解中微子的质量排♀️，以及其质量获得的机制⛵着重要作用。”巩岩分析👱‍♂️，这对于中微子乃至基本理的研究都会有极大推动用。　　无法单独完成观目标　　在地球上，光在🧍‍♀️空中沿直线传播，但在更阔的宇宙中，情况并非如🛡️。根据爱因斯坦广义相对的预测，一个遥远星系发🐃的光，经过星系或者星系这类大质量天体，受引力👋响，会产生轻微弯曲。类于被置于放大镜下，其成形态和亮度都会发生改变这被称为引力透镜效应。学家认为，背景光源的扭🥘不是随机的，它与暗物质-引力场相关，可以从中探🙅‍♂️暗物质的密度分布。　　✍️岩解释说，理想状态下，光的星系等光源、光经过🔳大质量物质、观测者三点线时，引力透镜效应最强但在宇宙中，一般情况下光源只会发生微弱透镜效，使观测难度增加，这被为弱引力透镜效应。正式启探测后，欧几里得望远将通过弱引力透镜效应来制暗物质分布图。“虽然个星系的形状和亮度变化小，但这是一个统计概念如果把几亿、十几亿的星的形状和亮度都测一遍，计效应就出来了。”巩岩。　　因此，欧几里得望👩🏼‍🤝‍👩🏻镜要观测足够广阔的宇宙🙏巩岩介绍说，“在设计上👨‍👩‍👦欧几里得望远镜在可见光🗨️测上只用了一个宽波段，助于更准确地测量星系形。”但大型巡天望远镜普使用测光红移技术，即用-个波段的测光数据来估算🈚移。欧几里得仅用一个可🔊光宽波段和几个近红外波，会降低测光红移的准确，“红移测不准，对弱引🛄透镜效应的测量也没办法分准确。”巩岩说。　　是欧几里得望远镜未来探🟨面临的最大挑战之一。巩介绍，如果想圆满完成科目标，欧几里得望远镜需其他望远镜的配合。欧空官网也提到，这一望远镜要来自地面望远镜的额外🍇据，以改进红移测定技术单个星系的点扩散函数建。但巩岩提到，不同望远如何协同观测、协同数据理，对欧几里得望远镜的🥃量来说将是非常大的挑战比如，要面对的挑战包括面望远镜观测容易受大气动等影响，每一次的观测🛢️果不同，仪器参数也不相等。　　近年来，欧洲、👠国、美国等多个国家和地-都在致力于暗物质、暗能🦑的研究和探测。美国国家空航天局(NASA)正在研制南希·格雷斯·罗曼,-空望远镜，计划2027年发射。中国两米口径的巡🐧空间望远镜(CSST)计划于2024年发射。这些望远镜和欧几里得有相似研究方向，用于开展广域天观测，在宇宙结构形成🐯演化、暗物质和暗能量领开展前沿研究。　　2013年，中国巡天空间望远镜计划立项，中国科学院国天文台研究员詹虎参与了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3层楼高。“巡天观测”是CSST的主要使命，它将会覆盖整个天空面积的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·罗曼太空望远镜的众多科学🧔标中，也同样包含研究宇尺度和暗能量，此外，它将寻找宇宙超新星事件等但它与中国和欧洲的天文远镜又有所不同。欧空局方介绍，罗曼和欧几里得️⃣远镜的使命是“互补的”欧几里得的测量视野更广🔍而罗曼只是勘测较小的区🧚‍♀️，但会以更高分辨率和更波长覆盖范围探测，两者重叠结果可用于互相检查,-统误差。　　这类巡天望镜最终能否揭开暗物质和能量的面纱？英国兰卡斯☃️大学天体物理学教授、欧里得科学家伊莎贝尔·胡在接受采访时提到，欧几👓得将在几个月后发回它对宙的“初印象”照片，但-学家还要等待数年时间，能拿到海量的数据，宣布些新成果。　　《中国新🧍‍♂️周刊》2023年第25期　　声明：刊用《中国新周刊》稿件务经书面授权编辑:孙静波】

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