宇宙正在加速膨胀。还是它膨胀得太慢了？或者，也许它的膨胀只是朝着遥远虚无的缓慢而可怕的行进。宇宙学家们已经为这些截然不同的可能性争论了几代人。现在，真相终于可能触手可及。
我们知道宇宙正在膨胀，并且由于获得 2011 年诺贝尔物理学奖的工作，一种神秘的“暗能量”似乎正在加速这种膨胀。“我们需要一种力来解释这种加速，”英国杜伦大学的天体物理学家玛蒂尔德·乔扎克说。暗能量和假设但看不见的暗物质将占宇宙总质量和能量的约 95%。但是宇宙的这个“黑暗领域”仍然非常神秘，没有直接证据证明它的存在。现在，一架新的望远镜将以前所未有的方式探测这种模糊的虚无，希望能提供迄今为止最清晰的洞察力，了解形成我们所知的宇宙的条件，并一窥等待我们所有人的命运。
7 月 1 日，美国东部时间上午 11 点左右，欧洲航天局 (ESA) 的欧几里得望远镜将从佛罗里达州搭乘 SpaceX 猎鹰 9 号火箭发射。这项耗资 15 亿美元的任务最近遇到了困难。欧几里得原本应该在去年搭乘俄罗斯联盟号火箭升空，但由于俄罗斯入侵乌克兰，欧空局终止了发射并结束了与俄罗斯的合作。“我们真的被困住了，”欧几里得在欧空局的项目经理朱塞佩·拉卡说。由于新的欧洲火箭 Ariane 6 面临延误，欧空局转而求助于 SpaceX 及其猎鹰 9 号。虽然望远镜与 2022 年准备在联盟号上飞行的望远镜相同，但还需要额外的工作来支持切换到新的运载火箭。“我们与猎鹰 9 号并非立即兼容，”拉卡说。最终，障碍被克服，欧几里得“准备就绪”发射。
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这对宇宙学家来说是悦耳的声音。“我们太兴奋了，”乔扎克说。发射后，欧几里得将花费一个月的时间前往地球的第二个拉格朗日点 L2，这是一个引力稳定点，距离地球 150 万公里，远在月球轨道之外。（L2 也是詹姆斯·韦伯太空望远镜的所在地。）它将在这里开始为期六年的任务，研究三分之一的天空，在此期间它将拍摄约 100 亿个星系的图像，回溯到宇宙 138 亿年历史中的 100 亿年。由于欧几里得的广阔视野，在开始科学运作仅两天后，它将观测到比哈勃太空望远镜自 30 多年前发射以来更多的宇宙。
欧几里得将在可见光和近红外光中进行观测，不仅可以拍摄星系的图像，还可以通过一种称为光谱学的技术分解它们的光，从而精确测量约 3000 万个星系的年龄。该任务的目标是生成宇宙中这些星系的地图，并探测它们的表观形状，这些形状可能会因它们的光线穿过的介入暗物质空间而扭曲。“我们将测量这些遥远星系图像中的扭曲，以了解暗物质的分布情况，”欧几里得在欧空局的项目科学家雷内·劳雷伊斯说。
额外的好处将是另一张地图，即宇宙中星系三维分布的精确核算。劳雷伊斯说，这张地图“将告诉我们结构是如何从 100 亿年前到现在随时间演变的。” 了解这种结构如何随时间变化将衡量宇宙的膨胀，可能有助于确定暗能量的性质。一个主要的候选者可以追溯到阿尔伯特·爱因斯坦在 1917 年提出的可能性，作为对他广义相对论的数学“修正”。为了防止宇宙在他的方程中坍缩，他添加了他认为笨拙的解决方案：一个“宇宙学常数”，以抵消引力的影响并确保静态宇宙。“爱因斯坦对此感到不快，”伦敦大学学院的天体物理学家奥弗·拉哈夫说。爱因斯坦本人曾将宇宙学常数称为他“最大的错误”。
一个世纪后，这个错误看起来像是对暗能量的令人毛骨悚然的先见之明。它的确切值，称为w，仍然是一个悬而未决的问题。最简单的模型说w是 -1，这意味着宇宙将以稳定的加速率永远膨胀下去。但是，如果该值略有偏差，则可能指向一个宇宙，该宇宙将呈指数级加速，最终将自身撕裂，或者一个最终将减速并坍缩的宇宙。“如果w等于 -1，那基本上是无聊的暗能量，只是恒定的，”英国纽卡斯尔大学的宇宙学家科拉·乌勒曼说。然而，欧几里得可能会发现情况并非如此，并且可能会测量w的值，因为它自早期宇宙以来一直在波动。“这对于我们理解物理学至关重要，”拉哈夫说。“我们真的必须确定它。”
哈勃常数已经暗示了这一点，哈勃常数衡量了宇宙似乎膨胀的速度。在今天围绕我们周围的所谓局部宇宙中，计算出的速度约为每秒每百万秒差距 73 公里（即每 326 万光年）。但是在遥远的宇宙中，这种膨胀率似乎下降到大约 67 的值。这种“哈勃张力”是整个宇宙学中最活跃和最有争议的领域之一，而像欧几里得这样的任务可能在很大程度上解决它。“我希望我们能解决这种张力，”劳雷伊斯说。其他即将开始的广域天空巡天将帮助欧几里得完成其理解暗能量和暗物质以及宇宙的本质和最终命运的任务。在地球上，智利的维拉·C·鲁宾天文台即将开始其自身的空间和时间遗产调查 (LSST)，而美国宇航局即将推出的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜计划最早于 2026 年发射，执行与欧几里得惊人相似的任务。然而，罗曼将能够更深入地观察宇宙（尽管是在较小的天空区域）。作为一个附带项目，它还将展示直接对系外行星成像的技术。
欧几里得还将进行一些次要的科学研究。加州理工学院的兰加-拉姆·查里正在领导美国三项使用该望远镜的调查之一。该项目将利用欧几里得来仔细检查它将看到的一些早期星系中的气体。“通过研究[星系的气体]，我们想了解有多少恒星正在形成，星系的富集程度如何以及物理条件是什么，”他说。另一种可能性可能是使用望远镜来协助罗曼进行系外行星科学研究，提供我们星系中恒星的互补观测，以寻找行星的引力牵引力，甚至是一些行星的卫星，即系外卫星。“希望我们能获得这些数据，”英国曼彻斯特大学的系外行星科学家兼欧几里得系外行星科学工作组负责人埃蒙·克林斯说，他预测这可以将罗曼的一些系外行星数据提高五倍。
当然，主要目标是启发我们了解黑暗宇宙。几十年来，天文学家一直在想知道宇宙是如何生长和形成的，以及它的最终命运是什么。感谢欧几里得，我们应该比以往任何时候都更接近回答这些问题。“欧几里得绝对是独一无二的，”乔扎克说。“它将彻底改变我们对宇宙学的看法。”