欧几里得太空望远镜升空：探索宇宙的暗黑秘密

2023年7月1日，在佛罗里达州的卡纳维拉尔角，由太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰9号运载火箭（Falcon 9）承载着价值15亿美元的欧几里得太空望远镜（Euclid Space Telescope）发射升空。这个以古希腊著名几何学家命名的太空望远镜将扫描超过三分之一的天空，探索宇宙中最远在100亿光年之外的超过10亿个星系，建立一个高精度的宇宙三维地图，试图帮助科学家解决目前宇宙学最大的谜题——暗物质和暗能量之谜。

人类对于物质世界的认识，由模糊到清晰，花费了数千年时间逐渐理解了物质运动的规律，建立起一套完整的力学体系。小到基本粒子，大到星系，科学家们希望能够发展出一套“大统一”理论来描述整个物质世界。在大约100年前广义相对论诞生之后，人类发现可以将时空也作为一种特殊的研究对象进行观测和研究。宇宙学随之诞生了。人类终于有能力通过宇宙观测理解整个宇宙诞生于大约140亿年前的一次“宇宙大爆炸”，恒星和星系随之逐渐形成，宇宙至今仍然处于膨胀的状态之中。

随着人类对宇宙的理解越来越深入，一些更大的谜题随之出现。早在90多年前，就有科学家通过观测星系的运动，发现其内部存在一些看不见的物质。在之后的几十年里，人类对于这种看不到，与普通物质几乎只发生引力相互作用的特殊物质存在的证据越来越多。它们大多存在于星系的核心区域。可以说，只有靠着这种神秘物质的引力作用，大多数星系才能够维持自身的结构。人们将这种神秘的物质称为“暗物质”（Dark Matter）。

相比于认识到暗物质的存在，直到大约25年前，人类才首次意识到了宇宙中暗能量的存在。当时两组独立的宇宙学家经过长时间观测，几乎同时得出结论：宇宙的膨胀正在加速。也就是说，距离我们越远的天体远去的速度也就越快。这个发现与当时几乎所有人的预期相反：此前人们认为，因为宇宙中引力作用的普遍存在，宇宙膨胀的速度应该逐渐减慢。而越来越多关于宇宙加速膨胀的证据则说明，存在着一种无所不在的与引力作用相反的驱动力。人们给其取名为“暗能量”（Dark Energy）。

可以说，除了已经认识到暗物质和暗能量存在之外，人类对于其本质的理解少之又少。此前人类曾经以为，在宇宙中这些可以看得到的天体就是构成宇宙最主要的部分，而人类对其的理解已经相当深刻，一旦构建出一个大统一理论，便可以描述出整个宇宙的诞生和发展，乃至万事万物运动的规律。在意识到了暗物质和暗能量的普遍存在之后，人类才明白，这些我们看得到、摸得着，构成了宇宙中发光天体以及我们自身的“普通物质”，其实只占到了整个宇宙总质能的4%左右，另有大约23%的暗物质以及大约73%的暗能量。也就是说，我们目前只理解了宇宙中极小的一部分，对于处于主导地位的暗物质和暗能量则几乎一无所知。

正是为了理解暗物质和暗能量的本质，欧洲空间局（European Space Agency）制订了“太空愿景计划”（Cosmic Vision Programme），以探寻关于整个宇宙的两个终极问题：宇宙中最基本的物理学准则是什么？宇宙如何诞生，又是由什么构成？刚刚发射升空的欧几里得太空望远镜，正是这个太空愿景计划的一部分。

来自300个机构的超过2000名科学家从2012年开始共同工作，制造了这个先进的科学设备。重达2吨的欧几里得太空望远镜高4.7米，直径3.7米，分为服务模块和载荷模块两个部分。在其载荷模块中装有一个直径1.2米、由碳化硅材料制成的望远镜，以及两个科学仪器：视觉成像设备（Visible Instrument）和近红外光谱仪和光度计（Near-Infrared Spectrometer and Photometer）。

经过大约一个月的太空旅行，欧几里得太空望远镜将沿着与此前詹姆斯·韦布太空望远镜（James Webb Space Telescope）类似的路线到达距离地球160万公里左右的“拉格朗日L2点”，再花费约两个月的时间调试设备，之后它便可以开始为期至少6年的宇宙观测。

人们希望进入太空的欧几里得太空望远镜能够通过观察遥远的星系，回溯时间，对比宇宙在只有如今四分之一年龄时的状态，从而理解宇宙膨胀的历史。科学家们期待着欧几里得太空望远镜能够帮助我们解答几个深刻的问题：宇宙网络是如何形成的？暗物质和暗能量的本质是什么？人类对于引力的理解是否完备？

目前的各种宇宙模型表明，宇宙是在暗物质、暗能量以及引力的相互作用之下逐渐形成的一个复杂的网络。宇宙中可见星系的形成和分布都依赖于整个暗物质网络的结构。暗物质网络究竟是如何形成和变化，又是如何影响了整个宇宙的架构？推动着宇宙加速膨胀的暗能量是否自宇宙诞生之日起就一直存在？它的强度是一直保持恒定还是会随时间发生变化？人类需要通过欧几里得太空望远镜的宇宙观测给出精确数据，从而解答这些问题，最终理解宇宙的暗黑秘密。

[本文写作参考了《自然》（Nature）杂志、《科学》（Science）杂志和欧洲空间局（European Space Agency）网站的相关报道]