两年前,猎鹰 - 9 火箭拖着金色的尾焰将欧几里得望远镜送入太空时,这个以古希腊几何学家命名的探测器,便注定要以精密的观测重新丈量宇宙的尺度。
它最终停泊在距地球 150 万公里的日地拉格朗日 L2 点,这个被太阳、地球和月球引力共同 “锁定” 的位置,既为其提供了不受大气干扰的广阔视野,又让太阳能板持续捕捉着恒星的能量 —— 在这里,欧几里得将用至少 6 年时间,扫描 1/3 的天区,为人类绘制一幅前所未有的 3D 宇宙地图,而这幅地图的终极目标,是揭开占据宇宙 95% 质量的暗物质与暗能量的神秘面纱。
01、静默的观测者:技术骨架里的宇宙视野
欧几里得望远镜的每一寸构造,都藏着对 “广域” 与 “高精度” 的极致追求。它那 4.7 米高的身躯由碳化硅陶瓷浇筑而成,这种材料在正负 200 摄氏度的温差中仍能保持微米级的稳定,确保 1.2 米直径的主镜始终对准目标 —— 对于需要捕捉数十亿光年外微弱星光的观测任务而言,这种稳定性意味着图像不会因材料形变而模糊。
望远镜的 “眼睛” 由两部分组成:可见光相机(VIS)与近红外光谱仪和光度计(NISP),前者对 550-900 纳米波段的光线极度敏感,36 个 4000×4000 像素的 CCD 芯片组成的焦平面阵列,能一次性拍下相当于 2.5 个满月面积的天区,分辨率达到 0.23 角秒,足以区分 8000 光年外球状星团中单独的恒星;后者则穿透尘埃与气体的遮挡,在 900-2000 纳米波段测量星系的红移,通过光线波长的拉伸程度推算其距离与退行速度。
这些技术细节并非孤立的参数,而是共同构成了观测暗物质与暗能量的 “利器”。比如,碳化硅材料的稳定性保障了弱引力透镜效应的精确测量 —— 当远处星系的光线经过暗物质时,引力会像透镜一样扭曲其形状,只有足够清晰的图像才能捕捉这种细微的形变,进而反推出暗物质的分布;而 NISP 的红移测量能力,则让科学家能为每个观测到的星系标注 “宇宙时间戳”,结合其位置信息,逐步拼凑出宇宙从 100 亿年前到现在的膨胀轨迹,这正是破解暗能量驱动宇宙加速膨胀之谜的关键。
就连 L2 点的选择也暗藏深意:这里既能避开地球大气对红外光的吸收,又能让望远镜以最小的燃料消耗维持轨道,为长达 6 年的巡天任务提供稳定的观测平台。
02、解码暗宇宙:从理论谜题到观测窗口
暗物质与暗能量,这两个占据宇宙主导地位的 “隐形玩家”,始终是现代宇宙学最大的谜题。1933 年,天文学家兹威基在测量后发星系团时发现,星系的运动速度远超可见物质引力所能支撑的范围,他推测存在一种 “丢失的质量”—— 后来被称为暗物质。
这种不可见的物质不与光相互作用,却通过引力塑造了宇宙的结构:它像无形的骨架,将星系串联成丝状的宇宙网,在丝的交叉点形成星系团。而暗能量的提出则与宇宙膨胀有关:爱因斯坦曾为维持静态宇宙引入 “宇宙常数”,后又视其为 “最大错误”,但 1998 年的观测证实宇宙在加速膨胀,科学家不得不重新拾起这个概念,将驱动膨胀的未知力量称为暗能量,它占据宇宙总质量 - 能量的 68%,却始终不见其形。
欧几里得望远镜的任务,便是为这些理论寻找观测证据。对于暗物质,它通过两种方式 “追踪”:一是观测星系团的形成 —— 如英仙座星系团这样包含 1000 个星系的巨型结构,只有暗物质的引力才能将它们束缚在一起,望远镜拍摄的 10 万个背景星系的形状扭曲,能勾勒出暗物质在星系团周围的分布;
二是研究球状星团的潮汐尾 —— 这些由恒星组成的 “尾巴” 是星团与银河系相互作用的产物,若存在暗物质晕,恒星会被引力拉住而难以逃逸,反之则会形成明显的潮汐尾,欧几里得对 NGC 6397 球状星团的观测,正试图通过这种结构推算银河系暗物质的分布。
对暗能量的探索则聚焦于宇宙膨胀的历史。通过 NISP 测量数十亿个星系的红移,科学家能绘制出不同时期的宇宙尺度 —— 红移越小(距离越近),宇宙膨胀速度的变化越能反映暗能量的作用。比如,若暗能量是恒定的 “宇宙常数”,膨胀加速度应保持稳定;若其强度随时间变化,加速度也会相应改变。欧几里得的观测数据将检验这些模型,甚至可能揭示暗能量是否属于一种全新的基本力。
03、光影中的启示:首批图像里的宇宙线索
2023 年 11 月发布的第一组科学图像,为欧几里得的能力写下了生动注脚。英仙座星系团的照片中,1000 个前景星系与 10 万个背景星系共同编织出宇宙的 “局部网络”,那些遥远星系的光线经过暗物质丝时发生的扭曲,像指纹一样记录着暗物质的分布 —— 科学家从中确认,正是这些无形的 “丝” 将星系拉聚成团,印证了 “宇宙网” 由暗物质维系的理论。
而被尘埃遮挡的螺旋星系 IC 342,在近红外镜头下露出了清晰的旋臂,那些此前未被发现的球状星团,像散落的珍珠镶嵌在星系中,它们的年龄与分布,为研究银河系类似星系的恒星形成史提供了钥匙 —— 毕竟,恒星的诞生与演化,始终受暗物质引力场的调控。
2024 年 5 月的第二批图像则进一步拓展了观测的深度。阿贝尔 2390 星系团中,5 万个星系围绕着暗物质晕运转,背景星系的光线被引力透镜扭曲成弧形,这些弧线的曲率精确反映了暗物质的质量分布;梅西耶 78 星云的红外图像穿透浓密的分子云,捕捉到刚诞生的恒星与亚恒星天体,这些木星质量级别的天体正是暗物质候选者 “棕矮星” 的潜在样本;而阿贝尔 2764 星系团中,那些形成于宇宙年龄仅 7 亿年的早期星系,其形态与分布暗示着暗物质在宇宙诞生初期便已开始塑造结构。
这些图像不再是孤立的风景,而是相互印证的证据链 —— 从近处的球状星团到百亿光年外的早期星系,欧几里得正在用不同尺度的观测,拼凑出暗物质与暗能量作用的全景。
最令人瞩目的是 2024 年 10 月公布的 “宇宙 3D 图第一页”,1 亿个恒星与星系源中,1400 万个可用于研究暗物质与暗能量的影响,这仅占总任务的 1%。但即便是这 1% 的数据,已让科学家看到了新的可能:通过分析 1400 万个星系的形状扭曲,他们绘制出的局部暗物质分布图,与 ΛCDM 模型的预测高度吻合,却也在某些星系团边缘发现了细微偏差 —— 这些偏差或许正是突破现有理论的突破口。
04、未完成的地图:六载巡天与宇宙学的未来
欧几里得的旅程才刚刚开始。按照计划,它将在未来 6 年扫描 15000 平方度的天区,相当于 1/3 的夜空,观测数十亿个星系,最终绘制出横跨 100 亿光年的 3D 宇宙图。这幅地图的意义,不仅在于规模的庞大,更在于其将首次实现暗物质与暗能量的 “协同研究”—— 此前的观测多聚焦于单一现象,而欧几里得的数据能同时分析弱引力透镜(反映暗物质分布)与重子声学振荡(反映宇宙膨胀历史,关联暗能量),这种协同将极大提升结论的可靠性。
对于宇宙学而言,这可能是一场范式的革新。现有理论中,暗物质被假设为冷暗物质粒子,暗能量被视为恒定的宇宙常数,但这些假设始终缺乏直接证据。欧几里得的观测若发现暗物质分布与冷暗物质模型的显著偏差,可能指向 “温热暗物质” 或其他新型粒子;若暗能量的强度随时间变化,则可能需要修改爱因斯坦的引力方程。更激进的可能是,这些数据将揭示暗物质与暗能量并非独立存在,而是某种更基础物理理论的不同表现 —— 就像电与磁最终统一为电磁力,暗物质与暗能量或许也隐藏着宇宙的深层对称性。
当欧几里得的太阳能板在 L2 点持续吸收阳光,当它的探测器日复一日地记录着穿越宇宙的星光,这个沉默的观测者正在书写新的宇宙法则。它的工作或许不会像载人航天那样激动人心,却可能回答人类最根本的问题:我们的宇宙由什么构成?它将如何演化?在那些被暗物质与暗能量主导的暗黑区域,隐藏着解开这些谜题的钥匙,而欧几里得,正带着人类的好奇,一步步靠近答案。