美国东部时间周日凌晨1点12分,欧几里得宇宙飞船发射升空,它的任务是绘制100亿年前的宇宙历史。

这架由欧洲航天局建造的太空望远镜将在未来六年内使用其仪器记录超过三分之一的河外天空,创造迄今为止最精确的宇宙3D地图。

A SpaceX Falcon 9 rocket, with the European Space Agency Euclid space telescope, lifts off from pad 40 at the Cape Canaveral Space Force Station in Cape Canaveral, Florida, on July 1.

研究人员计划利用欧几里得的地图来探索暗物质和暗能量——构成我们宇宙95%的神秘物质——是如何影响我们穿越时空时所看到的东西的。

美国国家航空航天局喷气推进实验室的物理学家、欧几里得美国科学团队的负责人杰森·罗兹说:“欧几里得的到来,是宇宙学历史上一个非常有趣的时期。”“我们正在进入一个时代,欧几里得将非常擅长回答刚刚出现的问题。我确信欧几里得在回答我们甚至没有想到的问题方面会非常出色。”

宇宙飞船由SpaceX猎鹰9号火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空。天气对飞行来说几乎是完美的。欧几里得在火箭发射三分钟后,在一片掌声中与助推器分离,它仍然连接在火箭的第二级上。在飞行近9分钟后,它进入了地球周围的稳定轨道。大约40分钟后,望远镜从第二级分离,开始了100万英里(160万公里)的旅程,到达太空中的一个点,在那里将开始这次任务的科学之旅。

The 1.2-metre main mirror of the Euclid space telescope.

“难以置信,”欧几里得任务的理论宇宙学家瓜达卢佩Ca?as埃雷拉在ESA视频流上被问及这次发射时说。“我非常激动,但也非常感谢迄今为止所做的一切,这样我们就可以在太空中拥有一台望远镜。”

欧洲的天体物理学任务别无选择,只能乘坐美国的飞机。欧洲航天局计划用俄罗斯联盟号火箭或欧洲新的阿丽亚娜6号火箭发射宇宙飞船。但由于入侵乌克兰后欧洲和俄罗斯的太空关系破裂,以及阿丽亚娜6号的推迟,欧空局将一些发射转移到了SpaceX,包括欧几里得。

宇宙飞船并不是唯一一个窥视宇宙冷库的人。但与哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜不同,科学家们将使用欧几里得望远镜一次覆盖银河系外的大片天空。哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜一次只专注于天空的一部分。在它记录的三个区域中,欧几里得将回溯到更远的地方,描绘出大爆炸后大约10亿年的宇宙结构。

太空望远镜的目标之一是暗物质,宇宙中不发射、不吸收或不反射光的看不见的粘合剂。尽管物理学家尽了最大的努力,但暗物质到目前为止还没有被直接探测到,但他们知道暗物质的存在,因为它对星系运动方式的引力影响。

The Euclid space telescope being prepared for launch from Cape Canaveral, Florida.

暗能量是一种更加神秘的力量,它将星系分开,以至于我们的宇宙正在加速膨胀。

欧几里得的宇宙图将揭示暗物质如何在时空中分布,这是基于暗物质如何扭曲来自其背后星系的光,这种效应被称为弱引力透镜效应。(这与强引力透镜效应不同,强引力透镜效应是星系团产生的更剧烈的扭曲,会产生弧形、环状,甚至是单一来源的多幅图像。)

这些测量有助于更直接地弄清楚暗物质到底是什么。

“我们正在从不同的角度寻找同样的东西,”欧洲核子研究中心(CERN)的粒子物理学家克拉拉·内利斯特(Clara Nellist)说,她没有参与欧几里得计划。研究人员在地球上进行实验,寻找暗物质粒子与探测器相撞的迹象。“我们收集到的关于它在宇宙中如何分布的任何信息,都有助于我们以更集中的方式在碰撞中寻找它。”

The Euclid space telescope being prepared for launch from Cape Canaveral, Florida.

有了欧几里得,科学家们希望能够测试爱因斯坦的广义相对论是否在宇宙尺度上有所不同。这可能与暗能量的本质有关:它是宇宙中的一种恒定力,还是一种随时间变化的动态力。

欧几里得项目的欧洲航天局宇宙学家泽维尔·杜帕克(Xavier Dupac)说,“如果我们发现这不是一个常数,而是一个随时间变化的东西,那么这将是革命性的,因为它将颠覆基础物理学的已知知识。”这样的发现甚至可以揭示我们不断膨胀的宇宙的最终命运。

欧几里得拥有一个由6亿像素相机组成的可见成像仪,一次可以拍摄两个满月大小的天空。有了这个仪器,科学家们将能够收集到星系的形状是如何被它们前面的暗物质扭曲的。

它还有一个近红外光谱仪和光度计,将用于记录不可见波长的星系,并测量它们的红移,即宇宙膨胀导致的来自遥远宇宙的光的波长拉伸效应。当与一套地面仪器一起使用时——包括莫纳克亚天文台的斯巴鲁和加拿大-法国-夏威夷望远镜,以及智利的维拉C.鲁宾天文台——科学家们将能够将红移转换为与地球距离的测量。

欧几里得开始了一段距离地球近100万英里的旅程,绕着所谓的第二拉格朗日点(L2)运行,L2是太阳系中地球和太阳的引力相互抵消的地方。这个位置直接背对太阳,也战略性地将欧几里得置于一个没有地球或月球阻挡其视野的地方,可以对天空进行广泛的调查。詹姆斯·韦伯太空望远镜围绕L2轨道运行也是出于同样的原因。

宇宙飞船将花费大约一个月的时间到达L2,然后再用三个月的时间测试欧几里得仪器的性能,然后开始将数据发回地球供科学家分析。这些数据将在2025年、2027年和2030年公布。

在发射前的新闻发布会上,巴黎天体物理研究所(Institut d’astrophysical de Paris)的天文学家亚尼克·梅利尔(Yannick Mellier)说,除了主要的科学目标之外,欧几里得望远镜还将对120亿个星系进行独特的巡天,其图像质量可以与哈勃望远镜相媲美。

梅利耶说,这将是“未来几十年所有天文学领域的一座金矿”。

本文最初发表于《纽约时报》。