欧几里得探测器的星空之解：探索黑暗宇宙的奥秘

欧几里得号已经找到了它"丢失"的导引星，一个软件补丁解决了它的导航问题，未来六年的观测时间表也已经重新设计，以避免阳光的误射：有趣的调试阶段结束了，欧几里得号现在将在完全的"科学模式"下进行最后的测试。

艺术家对欧几里德太空任务的印象。欧几里得"号的设计目的是放眼远方，回答有关我们宇宙的一些最基本的问题： 暗物质和暗能量是什么？它们在宇宙网的形成过程中扮演了什么角色？这项任务将通过其灵敏的望远镜扫描整个天空，对数十亿个遥远的星系进行编目。图片来源：欧空局

几个月来，欧空局的暗宇宙探测器一直不太正常。它顺利抵达拉格朗日 2 点，聚焦望远镜镜面，并捕捉到了第一批令人着迷的测试图像。然而，很快人们就发现，这次任务遇到了一些小麻烦。

最令人担忧的是欧几里得的精细制导传感器，它有时找不到导引星--这是飞行任务精确指向所需的天空区域的基础。

太阳活动频繁时会喷射出质子，这些质子间歇性地撞击传感器的探测器，产生的信号被传感器误认为是真正的恒星。在较小程度上，杂散的阳光和 X 射线也会干扰欧几里得观测仪器。

欧几里得"采用"一步一盯"的方法扫描夜空，将不同的测量结果结合在一起，形成迄今为止在可见光和近红外波段进行的最大规模的宇宙学观测。每次"盯"，欧几里德望远镜都会指向天空中的一个位置，对这个位置周围约 0.5 平方英寸的区域进行成像和光谱测量。每次"凝视"之后，望远镜都会移动（或"步进"）到一个新的位置。图片来源：欧空局

调试阶段"是在地球上设计和测试的飞行任务与太空现实相遇的时期--总会有磕磕碰碰和意想不到的曲折。在这一阶段，欧空局任务控制中心的团队12小时轮班工作，为欧几里得提供全天候服务，与科学家和工业界合作，为航天器进入新环境和执行任务做好准备。

经过全欧洲团队令人难以置信的努力和智慧--包括无数个漫漫长夜--欧几里德的精细制导传感器已经完成了更新，并在轨道上进行了十天的测试，一切都很顺利。找到了引导星之后，欧几里得号现在将全面进入最重要的性能验证阶段；这是它在黑暗宇宙中放飞之前的最后一次测试。

欧空局欧几里德号揭开黑暗宇宙面纱任务的直径为 1.2 米的主镜，在组装、集成和测试过程中看到。利用这面镜子，航天器将绘制出远在 100 亿光年之外的数十亿星系的三维分布图--超越银河系，为约三分之一的可观测宇宙成像。通过揭示宇宙的大尺度结构及其膨胀模式，这项任务将揭示占宇宙95%的神秘暗能量和暗物质。图片来源：空中客车公司

欧几里德的精细制导传感器（FGS）是欧洲全新开发的仪器，它负责确保任务精确定位，完成为期六年的巡天任务所需的所有"回转"（旋转）。

FGS 是一种机载仪器，配备有光学传感器，可以从欧几里得可见光仪器（VIS）的"视场"两侧对天空进行成像。传感器利用导引星进行导航，并将这些数据输入航天器的姿态和轨道控制系统，以确定望远镜的方向并保持其精确指向。

在发射前，传感器经过了严格的测试，但没有什么能与真实太空条件下的真实天空相比。宇宙射线--来自宇宙和太阳耀斑的高能辐射有时会在欧几里得观测中出现"伪影"或虚假信号。这些虚假信号的数量间歇性地超过了真实恒星的数量，欧几里得传感器无法分辨出导航所需的恒星模式，这导致了一些有趣的观测结果。

朦胧的星轨显示了欧几里得精细制导传感器（FGS）间歇性丢失其引导星的影响。精细制导传感器（FGS）是一种星载仪器，配备有光学传感器，可以从欧几里得可视仪器（VIS）的"视场"两侧对天空进行成像。传感器使用导引星进行导航，并将这些数据输入航天器的姿态和轨道控制系统，以确定方向并保持望远镜的精确指向。图片来源：ESA / Euclid Consortium / TAS-I, CC BY-SA 3.0 IGO

最"蹩脚"的画面显示了欧几里德在观测星域时未能锁定位置的极端情况，结果出现了星轨漩涡和"拉索"的图像，因为航天器试图锁定目标。显然，要想揭示遥远星系和星团中难以察觉的微妙图案，这是不可能的。研究小组开始想办法解决这个问题。

为了解决这个问题，研究小组开发了一个软件补丁。首先在地球上用欧几里得电动模型和模拟器进行了测试，然后在轨道上进行了为期十天的测试。随着越来越多的恒星显现出来，我们看到了积极的迹象。

"我们的工业合作伙伴--泰雷兹阿莱尼亚航天公司和莱昂纳多公司重新回到绘图板上，修改了精细制导传感器识别恒星的方式。经过一番努力，我们在创纪录的时间内获得了安装在航天器上的新的星载软件，"Euclid 航天器运行经理 Micha Schmidt 解释说。

欧几里得号发射前简报在欧空局任务控制中心完成。图片来源：欧空局

"我们在真实的飞行条件下一步一步地仔细测试了软件更新，并听取了科学运营中心对观测目标的实际意见，最终我们获得了重新启动性能验证阶段的许可。

Euclid 项目经理 Giuseppe Racca 补充说："8 月份中断的性能验证阶段现已全面重启，所有观测工作都在正常进行。这一阶段将持续到 11 月下旬，但我们相信，任务的性能将被证明是出色的，此后就可以开始定期的科学考察观测了"。

这是一幅艺术家印象图，描绘了宇宙早期（不到 10 亿岁）的样子，当时宇宙正经历着恒星形成的狂暴时期，原始氢以前所未有的速度转化为无数恒星。那时的天空与今天我们周围静止的星系海洋截然不同。天空中充满了原始星爆星系。巨大的椭圆星系和螺旋星系尚未形成。在星爆星系内部，炽热的蓝色恒星像爆裂的焰火一样来来去去。新星诞生的区域在紫外线辐射下发出强烈的红光。质量最大的恒星自爆成为超新星，像鞭炮一样在天空中爆炸。右下角的一个前景星爆星系被超新星爆炸产生的热气泡和汹涌的恒星风所雕刻。这些星系中的尘埃很少，因为恒星还没有通过核合成制造出较重的元素。天文学家认为，宇宙中的第一批恒星是在恒星形成的突然爆发中出现的，而不是以渐进的速度出现的。资料来源：A. Schaller（STScI）

欧几里得号的任务是回答我们关于宇宙本质的一些最基本的科学问题：难以捉摸的暗物质和暗能量是什么？广义相对论在宇宙尺度上的有效性如何？宇宙大爆炸之后是如何形成的？

欧几里德巡天将观测整个天空的三分之一，回溯到 100 亿年前，帮助我们了解早期宇宙的物理学和宇宙结构的形成。

通过以前所未有的精确度测量数十亿年宇宙历史中数十亿星系的形状，欧几里德望远镜将提供宇宙中暗物质分布的三维视图。星系在宇宙时间中的分布图将让我们了解影响宇宙大尺度结构空间演化的暗能量。

欧空局的欧几里得飞行任务将绘制一幅宇宙三维地图，科学家们将利用这幅地图测量暗能量和暗物质的特性，揭开这些神秘成分的本质。该地图将包含大量数据，它将覆盖三分之一以上的天空，其三维空间将代表跨越 100 亿年宇宙历史的时间。图片来源：欧空局/欧几里得联盟/Cacao Cinema

为了实现这一目标，Euclid 拥有迄今为止发射的最精确、最稳定的望远镜之一。它将为我们的宇宙提供锐利的图像和深邃的光谱，在为期六年的任务期间，它每75分钟就会改变一次焦点--'指向'超过4万次。

欧空局科学部主任卡罗尔-蒙代尔（Carole MunDELL）总结说："我要感谢我们所有参与成功完成具有挑战性的调试阶段的专家团队，包括欧几里得财团、工程师和工业界。现在到了在类似科学条件下测试Euclid的激动人心的阶段，我们期待着它的首批图像，展示这项任务将如何彻底改变我们对暗黑宇宙的认识。"