驚豔新影像展示歐幾里得望遠鏡的光明未來，一臺研究‘暗’宇宙的望遠鏡

宇宙的絕大部分是由我們看不見的各種物質構成的。我們知道它們在那裡，但它們不發光，甚至可能不與普通物質直接相互作用（因此我們也無法觸控到它們）。你究竟如何開始理解這些事物呢？

關鍵是透過它們確實影響宇宙的方式來研究它們。暗物質具有引力，因此它影響普通物質在星系中移動和聚集的方式。（考慮到宇宙中暗物質比普通物質多五倍甚至更多，我常常想知道我們應該稱哪一個為“普通”物質。）它甚至決定了光如何透過它因引力而扭曲的空間流動。而暗能量正在導致宇宙加速膨脹，這改變了我們測量遙遠星系距離的方式，並改變了星系和星系團在更大規模宇宙結構中的分佈。

這些都是可測量的效應，如果你足夠聰明並能獲得先進技術。我們人類就是這樣，而且我們也做到了，現在歐洲航天局（ESA）已將一種異常強大的新工具放入我們的工具箱：歐幾里得，一個旨在揭示暗宇宙秘密——以及相當多關於可見宇宙的秘密——的太空天文臺。

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就望遠鏡而言，在某些方面，歐幾里得是適度的。它配備了一個1.2米寬的鏡面，只有哈勃望遠鏡的一半寬，以及詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的五分之一大小。但儘管尺寸較小，歐幾里得的鏡面在一個重要方面優於這兩個巨大的天文臺：與哈勃和JWST的鏡面提供的狹窄視野不同，歐幾里得提供了全景視野。望遠鏡的每張天體快照都可以捕捉到驚人的半平方度天空，是滿月視面積的兩倍以上。它每天掃描一條長而寬的天空帶，其終身目標是總共觀測驚人的15,000平方度，超過整個天空的三分之一。而且它將在高解析度下完成——看到小細節的能力。

歐幾里得於2023年7月發射，第一批初步影像於當年晚些時候釋出。5月，歐空局提高了賭注，釋出瞭望遠鏡的第一批完全校準的科學影像以及隨附的一系列科學論文。這些結果在視覺上和科學上都非常壯觀，併為任務的前景提供了很好的預覽。

阿貝爾2390是距離地球近三十億光年的星系團。它星系豐富，數千個星系都因引力相互束縛。像這樣的星系團是天文學家的寶庫；它們非常巨大，以至於所有這些組合星系的引力都顯著地扭曲了空間——這被稱為引力透鏡效應——來自更遙遠星系的光線必須穿過這些扭曲才能到達我們這裡。這些背景物體的影像被扭曲成弧形和其他形狀，就像在哈哈鏡中看到反射一樣。星系團中的暗物質促成了這種透鏡效應，透過測量更遙遠星系的微妙扭曲形狀，科學家們可以建立該隱藏物質的地圖。

雖然這很重要，但我更印象深刻的是，歐幾里得在星系團中發現了一個恆星群體，直到現在，這個群體幾乎是不可見的：星系之間的恆星。這些恆星單獨來看很微弱，但它們的組合光芒使它們能夠被看到——至少使用歐幾里得望遠鏡是這樣。雖然它們可以用哈勃等望遠鏡探測到，但這些觀測受到狹窄視野的限制，並且需要仔細的目標定位。歐幾里得一舉看到了整個星系團，並且可以累加所有這些流浪恆星的光。這在早期對另一個名為英仙座星系團的星系城市的觀測中就已完成，天文學家發現，這種星系團內光至少肯定來自數十億顆恆星。這些被排斥的恆星非常多，如果它們沒有被拋到星系之間廣闊的空間中，它們本可以自己組成一個完整的星系。至於是什麼導致了這種拋擲，天文學家認為，這些恆星很可能是從星系團外圍的較小星系中剝離出來的，被組合星系的強大引力潮汐拉出來的。

上面的阿貝爾2390影像是結合了歐幾里得兩個相機的觀測結果製成的。其中一個相機，簡稱為可見光儀器，或VIS，探測的光線類似於人眼可以看到的光線，從光譜的綠色部分到近紅外線。另一個相機，稱為近紅外光譜儀和光度計，或NISP，可以看到更遠的近紅外線——波長達到兩微米，大約是我們眼睛可以看到的最長波長光的三倍。這兩個相機都很大。我說的“大”是真的大：NISP是6400萬畫素，而VIS，令人驚訝的是，超過6億畫素！即使對於天文相機來說，這也很大。這個大尺寸是歐幾里得能夠獲得如此巨大天區清晰影像的關鍵部分——鏡面系統也經過專門設計，以允許望遠鏡具有寬廣的視野。

NISP還將幫助天文學家掌握暗能量。這種神秘的力量正在導致宇宙加速膨脹，遙遠星系的距離與簡單假設的勻速膨脹所產生的距離不同。離地球足夠遠的星系會發生強烈的紅移，它們的光波長在到達我們望遠鏡的旅程中被空間膨脹拉長。對於非常遙遠的星系，這種效應非常明顯，以至於我們原本看到的可見光被轉移到了紅外線。NISP的光譜儀將這種深度紅移的光分解成各個波長，天文學家可以檢查這些波長以測量紅移的大小，從而計算出星系的距離。JWST也可以做到這一點，但歐幾里得再次看到了更多的天空，因此一次可以看到更多的星系，在過去一百億年的宇宙歷史中繪製數百萬個星系的地圖意味著更好地掌握加速膨脹。天文學家也希望能夠測量宇宙不同區域加速膨脹的任何變化，這在以前是不可能的。

在離我們更近的地方，歐幾里得觀察了美麗的螺旋星系NGC 6744，它距離地球約3000萬光年。望遠鏡的寬廣視野輕鬆地以精美的細節展現了整個星系及其周圍環境。除了檢查星系的整體結構和恆星 population 外，歐幾里得還可以環顧該物體，以搜尋更暗淡的衛星星系，即大型星系周圍常見的矮星系（例如，我們的銀河系有數十個）。圍繞較大星系群集的小型星系可以成為暗物質微妙效應的特別靈敏的示蹤劑，因此對這些衛星進行編目和研究可能是研究人員更多地瞭解這種隱形物質如何幫助引導星系形成和演化的另一種方式。天文學家已經在歐幾里得資料中為NGC 6744找到了一個新的衛星星系，這是一個有希望的開始——預計該天文臺在其六年任務中將看到數千個像這樣的星系。

不過，我最喜歡的這張釋出影像更靠近我們：梅西耶78，或M78，一個距離我們僅約1,300光年的恆星形成氣體和塵埃雲。它是令人驚歎的巨大獵戶座複合體的一部分，這是一系列漂浮在恆星之間的巨大氣體和塵埃暗雲，擁有獵戶座星雲和馬頭星雲，以及其他標誌性星雲。M78被稱為反射星雲；附近兩顆巨大的年輕藍色超巨星照亮了雲層，光線散射到我們這裡，使雲層的塵埃呈現藍色。歐幾里得的紅外和可見光觀測相結合，產生了這張令人驚歎的恆星誕生肖像。溫暖的氫在影像中發出粉紫色光芒，而由矽質（岩石）和碳質（煤煙狀）材料的微小顆粒組成的宇宙塵埃則呈現紅棕色。

新生恆星與其物質繭層發生強烈相互作用。一些仍在形成過程中的恆星吸入物質，而更成熟的恆星可以變得巨大，並變得如此耀眼，以至於它們的光線溶解了周圍的物質，形成了巨大的空腔。這種恆星反饋僅被部分理解，因此全球各地的天文學家將熱切研究像這樣的高解析度影像。

較小的物體也可能在這些星雲中形成，包括自由漂浮的行星。歐幾里得可以在M78中發現質量僅為木星四倍的流浪行星。JWST在獵戶座星雲中發現了更輕的自由漂浮物，但歐幾里得的寬廣視野再次意味著對星雲中此類物體進行更大範圍、但可能較淺的調查。

而所有這一切僅僅是歐幾里得能夠實現的冰山一角。在最近被《天文與天體物理學》接受發表的另一篇論文中，天文學家繪製了銀河系對星團的引力扭曲圖，他們的結果支援了理論預測。數十個極其遙遠的發射紫外線的星系已被發現，這將幫助天文學家瞭解它們在早期宇宙中的作用，包括它們在被稱為再電離事件中照亮周圍物質的方式，這是年輕宇宙歷史中的一個關鍵事件。更多發現等待著我們。

這就是歐幾里得的真正力量。透過測量大塊天空，宇宙的更明確的概述開始變得清晰。更大的望遠鏡看到較小的部分可以確定細節，但全域性性的突破通常需要更廣闊的視野。歐幾里得讓天文學家退後一步，這很可能導致我們在理解上向前邁進一大步。