宇宙正在加速膨脹。還是它膨脹得太慢了？或者，也許它的膨脹只是朝著遙遠虛無的緩慢而可怕的行進。宇宙學家們已經為這些截然不同的可能性爭論了幾代人。現在，真相終於可能觸手可及。
我們知道宇宙正在膨脹，並且由於獲得 2011 年諾貝爾物理學獎的工作，一種神秘的“暗能量”似乎正在加速這種膨脹。“我們需要一種力來解釋這種加速，”英國杜倫大學的天體物理學家瑪蒂爾德·喬扎克說。暗能量和假設但看不見的暗物質將佔宇宙總質量和能量的約 95%。但是宇宙的這個“黑暗領域”仍然非常神秘，沒有直接證據證明它的存在。現在，一架新的望遠鏡將以前所未有的方式探測這種模糊的虛無，希望能提供迄今為止最清晰的洞察力，瞭解形成我們所知的宇宙的條件，並一窺等待我們所有人的命運。
7 月 1 日，美國東部時間上午 11 點左右，歐洲航天局 (ESA) 的歐幾里得望遠鏡將從佛羅里達州搭乘 SpaceX 獵鷹 9 號火箭發射。這項耗資 15 億美元的任務最近遇到了困難。歐幾里得原本應該在去年搭乘俄羅斯聯盟號火箭升空，但由於俄羅斯入侵烏克蘭，歐空局終止了發射並結束了與俄羅斯的合作。“我們真的被困住了，”歐幾里得在歐空局的專案經理朱塞佩·拉卡說。由於新的歐洲火箭 Ariane 6 面臨延誤，歐空局轉而求助於 SpaceX 及其獵鷹 9 號。雖然望遠鏡與 2022 年準備在聯盟號上飛行的望遠鏡相同，但還需要額外的工作來支援切換到新的運載火箭。“我們與獵鷹 9 號並非立即相容，”拉卡說。最終，障礙被克服，歐幾里得“準備就緒”發射。
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這對宇宙學家來說是悅耳的聲音。“我們太興奮了，”喬扎克說。發射後，歐幾里得將花費一個月的時間前往地球的第二個拉格朗日點 L2，這是一個引力穩定點，距離地球 150 萬公里，遠在月球軌道之外。（L2 也是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的所在地。）它將在這裡開始為期六年的任務，研究三分之一的天空，在此期間它將拍攝約 100 億個星系的影像，回溯到宇宙 138 億年曆史中的 100 億年。由於歐幾里得的廣闊視野，在開始科學運作僅兩天後，它將觀測到比哈勃太空望遠鏡自 30 多年前發射以來更多的宇宙。
歐幾里得將在可見光和近紅外光中進行觀測，不僅可以拍攝星系的影像，還可以透過一種稱為光譜學的技術分解它們的光，從而精確測量約 3000 萬個星系的年齡。該任務的目標是生成宇宙中這些星系的地圖，並探測它們的表觀形狀，這些形狀可能會因它們的光線穿過的介入暗物質空間而扭曲。“我們將測量這些遙遠星系影像中的扭曲，以瞭解暗物質的分佈情況，”歐幾里得在歐空局的專案科學家雷內·勞雷伊斯說。
額外的好處將是另一張地圖，即宇宙中星系三維分佈的精確核算。勞雷伊斯說，這張地圖“將告訴我們結構是如何從 100 億年前到現在隨時間演變的。” 瞭解這種結構如何隨時間變化將衡量宇宙的膨脹，可能有助於確定暗能量的性質。一個主要的候選者可以追溯到阿爾伯特·愛因斯坦在 1917 年提出的可能性，作為對他廣義相對論的數學“修正”。為了防止宇宙在他的方程中坍縮，他添加了他認為笨拙的解決方案：一個“宇宙學常數”，以抵消引力的影響並確保靜態宇宙。“愛因斯坦對此感到不快，”倫敦大學學院的天體物理學家奧弗·拉哈夫說。愛因斯坦本人曾將宇宙學常數稱為他“最大的錯誤”。
一個世紀後，這個錯誤看起來像是對暗能量的令人毛骨悚然的先見之明。它的確切值，稱為w，仍然是一個懸而未決的問題。最簡單的模型說w是 -1，這意味著宇宙將以穩定的加速率永遠膨脹下去。但是，如果該值略有偏差，則可能指向一個宇宙，該宇宙將呈指數級加速，最終將自身撕裂，或者一個最終將減速並坍縮的宇宙。“如果w等於 -1，那基本上是無聊的暗能量，只是恆定的，”英國紐卡斯爾大學的宇宙學家科拉·烏勒曼說。然而，歐幾里得可能會發現情況並非如此，並且可能會測量w的值，因為它自早期宇宙以來一直在波動。“這對於我們理解物理學至關重要，”拉哈夫說。“我們真的必須確定它。”
哈勃常數已經暗示了這一點，哈勃常數衡量了宇宙似乎膨脹的速度。在今天圍繞我們周圍的所謂區域性宇宙中，計算出的速度約為每秒每百萬秒差距 73 公里（即每 326 萬光年）。但是在遙遠的宇宙中，這種膨脹率似乎下降到大約 67 的值。這種“哈勃張力”是整個宇宙學中最活躍和最有爭議的領域之一，而像歐幾里得這樣的任務可能在很大程度上解決它。“我希望我們能解決這種張力，”勞雷伊斯說。其他即將開始的廣域天空巡天將幫助歐幾里得完成其理解暗能量和暗物質以及宇宙的本質和最終命運的任務。在地球上，智利的維拉·C·魯賓天文臺即將開始其自身的空間和時間遺產調查 (LSST)，而美國宇航局即將推出的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡計劃最早於 2026 年發射，執行與歐幾里得驚人相似的任務。然而，羅曼將能夠更深入地觀察宇宙（儘管是在較小的天空區域）。作為一個附帶專案，它還將展示直接對系外行星成像的技術。
歐幾里得還將進行一些次要的科學研究。加州理工學院的蘭加-拉姆·查里正在領導美國三項使用該望遠鏡的調查之一。該專案將利用歐幾里得來仔細檢查它將看到的一些早期星系中的氣體。“透過研究[星系的氣體]，我們想了解有多少恆星正在形成，星系的富集程度如何以及物理條件是什麼，”他說。另一種可能性可能是使用望遠鏡來協助羅曼進行系外行星科學研究，提供我們星系中恆星的互補觀測，以尋找行星的引力牽引力，甚至是一些行星的衛星，即系外衛星。“希望我們能獲得這些資料，”英國曼徹斯特大學的系外行星科學家兼歐幾里得系外行星科學工作組負責人埃蒙·克林斯說，他預測這可以將羅曼的一些系外行星資料提高五倍。
當然，主要目標是啟發我們瞭解黑暗宇宙。幾十年來，天文學家一直在想知道宇宙是如何生長和形成的，以及它的最終命運是什麼。感謝歐幾里得，我們應該比以往任何時候都更接近回答這些問題。“歐幾里得絕對是獨一無二的，”喬扎克說。“它將徹底改變我們對宇宙學的看法。”