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首張宇宙地圖
宇宙中充滿了無(wú)數(shù)的謎團(tuán)，而人類一直在不斷努力解答這些問(wèn)題。隨著技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的天文觀測(cè)設(shè)備被送入太空，為我們提供地球上無(wú)法獲取的獨(dú)特視角。最近，歐洲空間局的歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡帶來(lái)了最新的突破——發(fā)布了迄今為止最精確的宇宙地圖。
歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡于2023年7月由ESA成功發(fā)射，其主鏡口徑為1.2米。雖然這一口徑不及一些大型望遠(yuǎn)鏡，但歐幾里得的設(shè)計(jì)卻專注于廣泛觀測(cè)宇宙中最神秘的成分——暗物質(zhì)和暗能量。這些看不見(jiàn)的物質(zhì)和能量占據(jù)了宇宙絕大部分的質(zhì)量和能量，是推動(dòng)宇宙演化的關(guān)鍵因素。通過(guò)分析暗物質(zhì)如何影響光線和天體的運(yùn)動(dòng)，歐幾里得望遠(yuǎn)鏡將幫助科學(xué)家揭示宇宙背后的隱藏結(jié)構(gòu)。
歐幾里得的視場(chǎng)非常廣闊，達(dá)到0.5平方度。相較之下，韋布太空望遠(yuǎn)鏡JWST的近紅外和中紅外儀器的視場(chǎng)則要小得多：近紅外探測(cè)器的視場(chǎng)約為 0.00268平方度；中紅外探測(cè)器的視場(chǎng)約為 0.00034平方度。從這個(gè)角度看，歐幾里得望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)是韋布近紅外探測(cè)器視場(chǎng)的約186倍，是韋布中紅外探測(cè)器視場(chǎng)的約1470倍。這使得歐幾里得能夠在較短的時(shí)間內(nèi)掃描更大范圍的天空，極大地提高了數(shù)據(jù)收集的效率，而韋布則專注于高分辨率的深空觀測(cè)。
相比較韋布望遠(yuǎn)鏡，歐幾里得體積相對(duì)較小，約為一輛卡車大小，不過(guò)它卻搭載了目前世界上最大的數(shù)碼相機(jī)之一，達(dá)到了208億像素，它能夠在一次觀測(cè)中覆蓋廣闊的天區(qū)，并以極高的精度分辨出遙遠(yuǎn)的天體。此外，歐幾里得還配備了“弱引力透鏡”技術(shù)，通過(guò)分析光線在經(jīng)過(guò)星系和星系團(tuán)時(shí)被暗物質(zhì)引力彎曲的微小變化，精確測(cè)量暗物質(zhì)的分布。這種結(jié)合大視野與高分辨率以及高精確度的設(shè)計(jì)，使歐幾里得能夠繪制出極其精確的宇宙結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)對(duì)星系團(tuán)、宇宙網(wǎng)等現(xiàn)象的觀測(cè)，深入研究暗物質(zhì)和暗能量在宇宙演化中的分布及其作用。
2024年10月15日，歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡在意大利米蘭的第75屆國(guó)際宇航大會(huì)上發(fā)布了首張宇宙地圖。這張地圖由260幅圖像拼接而成，分辨率高達(dá)208億像素，展示了超過(guò)1400萬(wàn)個(gè)星系，令人嘆為觀止。這僅僅是計(jì)劃覆蓋區(qū)域的1%，但其豐富的細(xì)節(jié)已經(jīng)為科學(xué)研究提供了大量寶貴的數(shù)據(jù)。
其中一個(gè)特別引人注目的現(xiàn)象是圖像中的“銀河卷云”——這是銀河系內(nèi)部的塵埃和氣體形成的藍(lán)色帶狀結(jié)構(gòu)。通常這些物質(zhì)會(huì)干擾深空觀測(cè)，但在這張圖像中，它們?yōu)槲覀兘沂玖算y河系的結(jié)構(gòu)線索。通過(guò)對(duì)這張圖像的放大，科學(xué)家能夠觀察到數(shù)億光年外的星系互動(dòng)，甚至發(fā)現(xiàn)一些星系中心隱藏著超大質(zhì)量黑洞。這張首張宇宙地圖不僅展示了我們已知的天體，還揭示了大量尚未探索的新區(qū)域，為未來(lái)的研究奠定了基礎(chǔ)。
未來(lái)六年，歐幾里得望遠(yuǎn)鏡將繼續(xù)掃描天空，最終繪制出一張橫跨100億年宇宙歷史的全景地圖，涵蓋約80億個(gè)星系。這些數(shù)據(jù)將幫助科學(xué)家更好地理解宇宙的演化過(guò)程，特別是暗物質(zhì)和暗能量如何影響星系的形成與演變。
通過(guò)這張地圖，科學(xué)家還能檢驗(yàn)當(dāng)前的宇宙學(xué)模型。精確測(cè)量宇宙中大尺度結(jié)構(gòu)的變化，能幫助我們更好地理解現(xiàn)有物理定律在極端尺度上的適用性，并發(fā)現(xiàn)潛在的突破。
盡管人類在宇宙探索上取得了巨大進(jìn)展，然而對(duì)整個(gè)宇宙的認(rèn)知依然有限。目前的宇宙學(xué)模型描繪了一個(gè)相對(duì)清晰的宇宙演化圖景，但核心問(wèn)題仍未解決。占我們宇宙95%的暗物質(zhì)和暗能量依然是現(xiàn)代天文學(xué)最大的未解之謎，而我們對(duì)它們的本質(zhì)知之甚少。
宇宙的龐大規(guī)模和復(fù)雜性，給我們帶來(lái)了技術(shù)上的挑戰(zhàn)。雖然望遠(yuǎn)鏡的分辨率不斷提高，但科學(xué)家仍然難以直接觀測(cè)到一些現(xiàn)象，例如早期宇宙的膨脹階段或原初黑洞。而歐幾里得望遠(yuǎn)鏡所帶來(lái)的技術(shù)進(jìn)步，為我們揭示宇宙的深層奧秘提供了前所未有的機(jī)會(huì)。它的成功標(biāo)志著天文觀測(cè)領(lǐng)域的又一次飛躍。
通過(guò)歐幾里得的數(shù)據(jù)，人類對(duì)宇宙的認(rèn)知正逐漸逼近真相。隨著未來(lái)更多數(shù)據(jù)的收集和分析，相信我們將有機(jī)會(huì)解開(kāi)更多關(guān)于宇宙的謎團(tuán)。
本文為科普中國(guó)·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品
作者：茍利軍
審核：韓文標(biāo) 中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái) 研究員
出品：中國(guó)科協(xié)科普部
監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
