欧几里得和罗马航天器在星空背景下的高分辨率插图。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心，ESA/ATG媒体实验室

欧几里得和美国宇航局的南希·格蕾丝·罗马太空望远镜将合作研究宇宙的加速膨胀。他们使用独特的方法，旨在揭示暗能量、宇宙加速和宇宙膨胀模式。

一架名为欧几里得的新太空望远镜于7月发射升空，它是欧洲航天局(ESA)在美国宇航局(NASA)的重要贡献下的一项任务，旨在探索宇宙膨胀加速的原因。科学家称这种宇宙加速的未知原因为“暗能量”。到2027年5月，美国宇航局的南希·格蕾丝·罗马太空望远镜将加入欧几里得，以前所未有的方式探索这个谜题。

美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的高级研究科学家杰森·罗兹(Jason Rhodes)说:“在发现宇宙加速膨胀现象25年后，它仍然是天体物理学中最紧迫的谜团之一。”罗兹是罗曼项目的副科学家，也是欧几里得项目的美国科学负责人。“有了这些即将到来的望远镜，我们将以不同的方式测量暗能量，并且比以前可以达到的精度要高得多，为探索这个谜团开辟了一个新时代。”

美国宇航局的南希·格蕾丝·罗马太空望远镜，以前被称为宽视场红外巡天望远镜(WFIRST)，是一个先进的天文台，旨在解决天体物理学中一些最紧迫的问题。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

寻找扩张的根源

科学家们不确定宇宙的加速膨胀是由额外的能量成分引起的，还是表明我们对引力的理解需要在某种程度上改变。天文学家将同时使用罗马和欧几里得来测试这两种理论，科学家们希望这两项任务都能揭示有关宇宙基本运作的重要信息。

欧几里得和罗曼都是为了研究宇宙加速而设计的，但采用了不同的互补策略。这两项任务都将绘制宇宙的三维地图，以回答有关宇宙历史和结构的基本问题。他们联合起来将比单独行动强大得多。

欧几里得将观察到更大的天空区域——大约15000平方度，或大约三分之一的天空——在红外和光学波长的光中，但比罗马少一些细节。它将回溯到100亿年前宇宙大约30亿岁的时候。

罗曼最大的核心调查将能够以更大的深度和精度探测宇宙，但范围更小——大约2000平方度，或天空的二十分之一。它的红外图像将揭示20亿年前的宇宙，揭示更多较暗的星系。虽然欧几里得将专注于宇宙学，但罗曼也将调查附近的星系，发现和调查整个银河系的行星，研究太阳系外围的物体，等等。

这张信息图比较了欧洲航天局欧几里得和美国宇航局罗马航天器的许多关键元素。两者将以互补的方式合作，揭示宇宙中一些最神秘的组成部分。所有文字:标题为“宇宙天文台”的比较图表。欧几里得的主要机构是ESA，罗曼的主要机构是NASA。欧几里得的主要科学是宇宙学(暗能量)，罗曼将探索宇宙学、系外行星和红外天文学的许多其他主题(包括暗能量)。欧几里得将使用弱透镜和星系聚类方法探测暗能量;罗曼将使用这些加上Ia型超新星。欧几里得建议的测量面积为15,000平方度，而罗曼的测量面积为~2,000平方度。欧几里得将观察可见光和红外波长，而罗曼将看到红外线。欧euclid在一台仪器上有36个4K CCD探测器，在另一台仪器上有16个2K HgCdTe近红外探测器阵列，而Roman在其主仪器上有18个4K HgCdTe近红外探测器阵列。欧空局的主镜宽3.9英尺(1.2米);罗曼的身高是7.9英尺(2.4米)。欧几里得号于2023年7月成功发射，罗曼号计划于2027年5月发射。两者都将围绕太阳-地球L2轨道运行。欧几里得号飞船长14.9英尺(4.5米)，罗曼号飞船长42英尺(12.7米)。欧几里得的重量为4500磅(2000公斤)，罗马的重量为18000磅(8000公斤)。来源:美国国家航空航天局

暗能量搜索

宇宙自诞生以来就一直在膨胀——这是比利时天文学家乔治·勒马 于1927年和埃德温·哈勃于1929年发现的事实。但科学家们预计，宇宙物质的引力会逐渐减缓这种膨胀。在20世纪90年代，通过观察一种特殊的超新星，科学家们发现，大约60亿年前，暗能量开始对宇宙产生越来越大的影响，没有人知道它是如何或为什么产生的。它正在加速的事实意味着我们对宇宙的认识缺少了一些基本的东西。

罗曼和欧几里得将分别提供令人信服的新数据流，以填补我们理解上的空白。他们将尝试用几种不同的方法来确定宇宙加速的原因。

首先，罗曼和欧几里得都将使用一种叫做弱引力透镜的技术来研究物质的积累。这种光弯曲现象的发生是因为任何有质量的东西都会扭曲时空结构;质量越大，曲速就越大。光通过这些扭曲产生的遥远光源的图像看起来也扭曲了。当那些较近的“透镜”物体是大质量星系或星系团时，背景源可能会出现模糊或形成多个图像。

欧洲航天局(ESA)的欧几里得任务是一架太空望远镜，旨在研究暗能量和暗物质的奥秘，暗能量和暗物质是影响宇宙膨胀和结构的神秘力量和物质。通过测量宇宙中遥远的星系及其相关的宇宙结构，欧几里得旨在绘制宇宙在其广阔历史中的几何形状和增长。资料来源:ESA/欧几里德/欧几里德联盟/NASA。背景星系:NASA, ESA, S. Beckwith (STScI)和HUDF团队

较不集中的质量，如暗物质团块，可以产生更微妙的效果。通过研究这些较小的扭曲，罗曼和欧几里得将各自创建一个三维暗物质地图。这将为宇宙加速提供线索，因为暗物质的引力作用就像宇宙胶水一样把星系和星系团粘在一起，抵消了宇宙的膨胀。在宇宙时间内计算宇宙中的暗物质将有助于科学家更好地理解宇宙加速的推挽作用。

这两项任务还将研究星系在不同宇宙时代聚集的方式。科学家通过对附近宇宙的测量发现了星系聚集的一种模式。对于今天的任何星系，我们在5亿光年远的地方找到另一个星系的可能性是在更远或更近的地方找到另一个星系的可能性的两倍。

由于空间的膨胀，这个距离随着时间的推移而增加。通过观察更远的宇宙，到更早的宇宙时期，天文学家可以研究不同时代星系之间的首选距离。观察它的变化将揭示宇宙膨胀的历史。观察星系团是如何随时间变化的，也将使对重力的精确测试成为可能。这将帮助天文学家区分未知的能量成分和各种修正的引力理论来解释宇宙加速。

罗曼将进行一项额外的调查，以发现许多遥远的Ia型超新星——一种特殊类型的爆炸恒星。这些爆炸的峰值具有相似的固有亮度。正因为如此，天文学家可以通过测量超新星的亮度来确定它们离我们有多远。

天文学家将利用罗曼来研究这些超新星发出的光，看看它们远离我们的速度有多快。通过比较它们在不同距离后退的速度，科学家将追踪宇宙随时间的膨胀。这将帮助我们更好地了解暗能量是否以及如何在整个宇宙历史中发生变化。

强大的一对

这两个任务的调查将重叠，欧几里得可能会观察整个区域，罗马将扫描。这意味着科学家们将能够使用罗曼的更敏感、更精确的数据对欧几里得进行修正，并将修正扩展到欧几里得更大的区域。

NASA喷气推进实验室欧几里得项目科学家迈克·塞弗特说:“欧几里得对广阔天空的首次观测将为罗曼号的深入潜水提供科学、分析和调查方法。”

“欧几里得和罗曼的总和将远远超过它们各自部分的总和，”加州帕萨迪纳加州理工学院/IPAC的高级研究科学家王云(Yun Wang)说，他领导了欧几里得和罗曼的星系群集科学小组。“结合他们的观察结果将使天文学家更好地了解宇宙中实际发生的事情。”

美国宇航局支持的三个科学小组正在为欧几里得任务做出贡献。除了设计和制造欧几里得近红外光谱仪和光度计(NISP)仪器传感器芯片电子器件外，喷气推进实验室还领导了NISP探测器的采购和交付。这些探测器在美国宇航局戈达德太空飞行中心进行了测试。位于加州理工学院IPAC的欧几里德NASA科学中心(ENSCI)将支持使用欧几里德数据的美国研究。

南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜由美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心管理，参与的有美国宇航局喷气推进实验室、南加州的加州理工学院/IPAC、巴尔的摩的太空望远镜科学研究所，以及一个由来自不同研究机构的科学家组成的科学团队。主要工业合作伙伴是科罗拉多州博尔德市的鲍尔航空航天技术公司;佛罗里达州墨尔本的L3Harris Technologies;以及加州千橡市的Teledyne科学与成像公司。