歐幾里得正在努力解開宇宙最大的謎團之一：宇宙為何膨脹得越來越快。在美國宇航局的説明下，這架太空望遠鏡捕捉到了數十億個星系的全景圖，讓科學家們得以一窺遙遠的過去。

這張圖片展示了不同形狀的星系樣本，均由歐幾里得在首次觀測深空區域時拍攝。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖片處理由 M. Walmsley、M. Huertas-Company 和 J.-C. Cuillandre 完成

研究人員利用數十億年才到達地球的光，繪製宇宙的 3D 地圖，以追蹤被稱為暗能量的奇特力量。在此過程中，他們通過引力透鏡繪製看不見的暗物質，希望揭示這些宇宙成分如何塑造從星系到宇宙命運的一切。

歐幾里得任務由歐洲航太局( ESA )牽頭， NASA提供支援，旨在探究宇宙最大的謎團之一：宇宙膨脹為何加速。科學家將這種加速背後的未知力量稱為暗能量，歐幾里得的目標是通過拍攝空間和時間上數十億個星系的圖像來更好地理解它。

3 月 19 日，ESA 向公眾發佈了早期任務數據的預覽。此次首次發佈被描述為“快速流覽”，重點關注天空的選定區域。它首次展示了 Euclid 的功能，並説明研究人員微調他們的工具和技術，以分析未來更大的數據集。

此處顯示的是歐幾里得任務的深空南部區域的全部。該區域在天空中約為 28.1 平方度。歐幾里得將在其為期 6 年的主要任務期間總共觀察該區域和另外兩個深空區域約 40 周。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理由 J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi 完成

新共享的數據包括對歐幾里得三個“深空區”的觀測，這些區域是望遠鏡將進行最深遠觀測的天空區域。預覽僅涵蓋一周的觀測時間，但已經包括了 2600 萬個星系，其中一些距離我們超過 105 億光年。

歐幾里得望遠鏡於 2023 年 7 月發射，預計在其為期六年的主要任務期間將觀測超過 15 億個星系。到任務結束時，它將花費大約 40 周的時間觀測深空場，隨著時間的推移收集越來越多的光線——類似於讓相機快門打開更長時間以在弱光下捕捉更清晰的圖像。這將使科學家能夠看到比以往更暗、更遙遠的星系。

這幅圖像顯示了歐幾里得深空南區的 1.5% 左右，這是望遠鏡在其主要任務期間將觀測超過 40 周的天空的三個區域之一，用於發現暗淡而遙遠的星系。中心附近的一個星系團距離地球近 60 億光年。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理由 J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi 完成

1995 年，美國宇航局的哈勃太空望遠鏡首次進行了深空觀測，結果顯示宇宙中星系的數量比預期的多得多。歐幾里得的最終目標不是發現新星系，而是利用對它們的觀測來研究暗能量的影響在宇宙歷史進程中是如何變化的。

尤其是，科學家們想知道隨著時間的推移，膨脹速度增加了多少或減慢了多少。無論答案是什麼，這些信息都會為這一現象的根本性質提供新的線索。美國宇航局的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡將於 2027 年發射，它也將觀測大片天空，以研究暗能量，補充歐幾里得的觀測。

這幅圖顯示了歐幾里得深空南區的一部分。與大馬賽克相比，該區域被放大了 70 倍。這幅圖中可以看到各種巨大的星系團，以及星系團內的光線和引力透鏡。靠近中心的星系團被稱為 J041110.98-481939.3，距離我們近 60 億光年。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，圖像處理由 J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi 完成

為了研究暗能量在整個宇宙歷史中的影響，天文學家將使用歐幾里得幾何學繪製宇宙中所有物質的詳細 3D 地圖。通過這些地圖，他們希望測量暗能量導致星系和大塊物質相互遠離的速度。他們還想測量過去不同時間點的膨脹率。這是可能的，因為來自遙遠物體的光需要時間才能穿越太空。當天文學家觀察遙遠的星系時，他們會看到這些物體過去的樣子。

例如，距離我們 100 光年的物體看起來和 100 年前一樣。這就像收到一封花了 100 年才送達的信，因此其中包含了寫信時的資訊。通過繪製不同距離物體的地圖，科學家可以看到宇宙隨著時間的推移發生了怎樣的變化，包括暗能量的影響可能如何變化。

但恆星、星系和所有發射和反射光的“正常”物質僅佔宇宙中所有物質的五分之一左右。其餘部分被稱為“暗物質”——一種既不發射也不反射光的物質。為了測量暗能量對宇宙的影響，天文學家需要將暗物質納入他們的地圖中。

歐幾里得深空場的位置在歐空局蓋亞和普朗克任務的全天空視圖中以黃色標記。明亮的水準帶是我們銀河系的平面。在右下角突出顯示的兩個區域中，歐幾里得深空場南部是左側的區域。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA；ESA/Gaia/DPAC；ESA/Planck Collaboration

雖然暗物質是看不見的，但其影響可以通過引力透鏡測量。正常物質和暗物質的質量都會在空間中產生曲線，而向地球傳播的光在遇到這些曲線時就會彎曲或扭曲。事實上，來自遙遠星系的光可以彎曲到形成弧線、完整的圓圈（稱為愛因斯坦環），甚至是同一星系的多個圖像，就像光穿過玻璃透鏡一樣。

在大多數情況下，引力透鏡會非常微妙地扭曲星系的表觀形狀，研究人員需要特殊的工具和計算機軟體才能看到它。在數十億個星系中發現這些微妙的變化使科學家能夠做兩件事：繪製暗物質存在的詳細地圖，並觀察暗能量在宇宙歷史中對其的影響。

只有通過大量的星系樣本，研究人員才能確信他們看到了暗物質的影響。最新發佈的歐幾里得數據覆蓋了 63 平方度的天空，面積相當於 300 個滿月的陣列。到目前為止，歐幾里得觀測了大約 2000 平方度，約佔其總勘測面積 14000 平方度的 14%。到任務結束時，歐幾里得將觀測到整個天空的三分之一。

本月發佈的數據集在幾篇預印本論文中有所描述。該任務的第一批宇宙學數據將於 2026 年 10 月發佈。在深空位置的多次飛行中積累的數據也將包括在 2026 年的發佈中。

關於歐幾里得的更多資訊

歐幾里得是歐洲航太局 (ESA) 的一項任務，旨在通過繪製宇宙的幾何形狀和大尺度結構來探索暗能量和暗物質的奧秘。歐幾里得是作為 ESA 宇宙視野計劃的一部分發射的一項中型任務，旨在回答宇宙學最深奧的問題之一：宇宙為什麼以加速的速度膨脹？

該任務由歐空局領導和運營，NASA 和其他國際合作夥伴也做出了重要貢獻。該任務的科學核心在於歐幾里得聯盟，該聯盟由來自 15 個歐洲國家、美國、加拿大和日本的 300 多個研究所的 2，000 多名科學家組成。該聯盟負責提供任務的科學儀器並分析歐幾里得收集的數據。

泰雷茲阿萊尼亞航太公司被歐空局選定為衛星和服務艙的主承包商，而空中客車防務與航太公司則開發了包括歐幾裡得太空望遠鏡在內的有效載荷艙。

美國宇航局通過三個專門的科學團隊支援這項任務。美國宇航局的噴氣推進實驗室 ( JPL ) 在歐幾里得近紅外光譜儀和光度計 ( NISP ) 的開發中發揮了關鍵作用，具體來說，它設計和製造了感測器晶片電子設備，並管理了 NISP 探測器的採購和交付。這些元件在位於馬里蘭州格林貝爾特戈達德太空飛行中心的美國宇航局探測器特性實驗室進行了嚴格測試。

位於加利福尼亞州帕薩迪納市加州理工學院的紅外科學中心 (ENSCI) 負責協調美國的科學參與，並促進對任務數據的訪問。所有美國科學數據都存檔在 NASA 的紅外科學檔案館 (IRSA)，該檔案館也位於紅外科學中心。加州理工學院為 NASA 管理的噴氣推進實驗室 (JPL) 為該任務的硬體和技術專長做出了重大貢獻。

憑藉國際合作、先進儀器和宇宙規模的任務目標，歐幾里得有望改變我們對塑造宇宙的無形力量的理解。

編譯自/ScitechDaily