周一(7月31日),欧洲空间局的欧几里得望远镜将其首批图像发回地球。虽然这些开创性的照片确实令人着迷,但它们也证实了该空间天文台的仪器运转状态极佳。
欧几里得迄今为止的成功真的令人兴奋,因为简单来说,这台机器的目的是绘制我们宇宙的黑暗面,通过分析位于约100亿光年之外的数十亿个星系。更好的是,该机构还表示,这张雄心勃勃的地图将是“3D”的,因为它将包含时间元素,以显示这些领域是如何随着成熟的宇宙同步演化的。
“使用欧几里得的可见光和近红外仪器获得的出色首批图像开启了观测宇宙学和统计天文学的新时代,”巴黎天体物理研究所天文学家兼欧几里得联盟负责人扬尼克·梅利耶在一份声明中说。“它们标志着探索暗能量本质的开始。”
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欧几里得于7月1日从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空。现在,它漂浮在距离地球约一百万英里(160万公里)的地方,并于7月28日在所谓的第二个拉格朗日点与詹姆斯·韦伯空间望远镜会合。在接下来的几个月里,科学家们将继续测试这台机器,直到它正式开始进行其史诗般的宇宙 survey。
我们将稍后详细讨论一台暗宇宙探测机器的意义,但首先,让我们讨论一下欧几里得令人惊叹的、充满星星的图像。

这张图像是在欧几里得调试期间拍摄的,目的是检查聚焦的VIS仪器是否按预期工作。由于它在很大程度上未经处理,因此仍然存在一些不需要的人工痕迹。例如,您可以看到一些宇宙射线笔直穿过。图片来源:ESA/欧几里得/欧几里得联盟/NASA (CC BY-SA 3.0 IGO)
您在上面看到的图像是用欧几里得上的一个名为VIS的仪器拍摄的,VIS是“可见光仪器”的英文缩写。顾名思义,VIS通过人眼可见的电磁频谱部分捕捉宇宙,波长介于550到900纳米之间。
在左侧,您可以看到VIS的完整视野——在右侧,是一个放大版本。ESA将特写镜头的范围比作从地球上看到的满月的宽度和高度的四分之一左右。
VIS照片的一些亮点包括笔直穿过视野的宇宙射线、大量不容错过的闪烁恒星,以及最重要的是,一些模糊的光斑。ESA解释说,这些光斑是欧几里得将进一步研究的星系,同时绘制我们宇宙、暗能量以及所有一切的高度详细的地图。
VIS仪器科学家中岛礼子在声明中说:“地面测试无法提供星系或星团的图像,但在这里,它们都在这一个视野中。”“看到这些图像很美,并且能够与我们长期合作的人们一起完成这项工作,真是令人高兴。”
接下来,我们来了解NISP,它是欧几里得的近红外光谱仪和光度计的英文缩写。正如ESA所说,NISP有两个作用。首先,它可以对红外光中的星系进行成像,或者对人眼不可见的、在电磁频谱上波长介于950到2020纳米之间的光进行成像。詹姆斯·韦伯空间望远镜也利用这种红外波长,这就是为什么科学家经常说它揭示了一个隐形的宇宙。这确实是字面意义上的。
其次,NISP可以精确测量每个星系发出的光量——后一点可以告诉我们这些星系离我们有多远。

欧几里得望远镜收集了100秒的光,使NISP能够创建这张图像。在正常运行期间,预计它将收集大约五倍的光,从而揭示更多遥远的星系。图片来源:ESA/欧几里得/欧几里得联盟/NASA (CC BY-SA 3.0 IGO)
您在上面看到的NISP图像与VIS图像集非常相似,左侧包含NISP的完整视野,而右侧显示的是放大后的部分。
但在到达NISP探测器之前,欧几里得捕获的深空光也通过了一些很酷的滤光片。这提供了一些非常棒的结果。这些滤光片可以执行诸如测量特定红外波长下的亮度等操作,这有助于NISP的星系距离测量。
来自海德堡马克斯·普朗克天文研究所 (MPIA) 的克努德·扬克参与了欧几里得NISP仪器的研究,他在一份声明中说:“虽然这些首批测试图像尚不能用于科学目的,但我很高兴望远镜和这两个仪器现在在太空中的工作状态都非常出色。”
事实上,其中一个滤光片是NISP为我们提供第三张测试图像的原因。

欧几里得使用光栅滤光片拍摄的NISP图像。图片来源:ESA/欧几里得/欧几里得联盟/NASA (CC BY-SA 3.0 IGO)
除了看起来像21世纪初的电脑屏幕保护程序外,这张图像之所以重要,是因为每条条纹都代表一个星系或恒星的单独光谱。欧几里得有一个称为“光栅”的装置,它可以将宇宙光分解成全光谱波长,然后再将数据发送到NISP。
通过这个过程,科学家可以确定某个星系有多远,例如,以及该星系的化学成分是什么。
NISP仪器科学家威廉·吉拉德在声明中说:“我们已经看过模拟图像,我们已经看过实验室测试图像。”“我仍然很难理解这些图像现在是真实的宇宙。如此细致,真是太棒了。”
现在,如果您仍然对欧几里得能够帮助我们理解暗宇宙这一事实感到困惑,那么这就是它的含义。
欧几里得的下一步是什么?
暗能量及其犯罪伙伴暗物质构成了当今天文学中最大和最令人着迷的问题。这两种现象都无法用肉眼看到,但似乎仍在将我们的宇宙维系在一起。
首先,空间正在像一个无法刺破的气球一样不断地向各个方向向外膨胀。但奇怪的是,这种膨胀的速度似乎是科学家无法用我们宇宙中所有可见物质来解释的。因此,一定有其他东西在加速宇宙膨胀。科学家将这种“东西”称为暗能量。
与此同时,在膨胀的宇宙中,似乎存在某种粘合剂,确保星系保持在原位,并决定它们的排列方式。例如,科学家们计算出,星系际气体和恒星的移动方式通常好像有额外的引力在拉扯它们。据推测,这是因为某种看不见的物质包围着这些物体所在的星系(可能像光环一样),因此对它们施加引力。这种看不见的“粘合剂”被称为暗物质。
暗物质和暗能量不一定由一种,甚至两种东西组成。它们可能由许多不同的成分组成。科学家只是使用这些作为批量术语来描述我们理解上的差距。
我们现在唯一可以肯定的是,暗宇宙是存在的。
但是,如果欧几里得在未来六年左右的时间里绘制宇宙精细地图的任务成功,那么科学家也许会获得一些线索,了解暗宇宙到底是什么。
这是因为,当暗物质和暗能量与太空中的事物相互作用时,布置这些事物的分布和演化可以告诉我们暗宇宙在故事中的位置。
欧洲航天局局长约瑟夫·阿施巴赫在一份声明中说:“我完全相信,该任务背后的团队将成功利用欧几里得揭示我们目前知之甚少的95%的宇宙。”
欧几里得项目经理朱塞佩·拉卡在声明中说:“在设计和开发欧几里得超过11年后,看到这些首批图像真是令人兴奋和无比激动。”“当我们想到我们在这里只看到几个星系,并且是用最少的系统调整产生的时,这更加令人难以置信。完全校准后的欧几里得最终将观测数十亿个星系,以创建有史以来最大的天空3D地图。”
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