欧几里得的“暗宇宙”太空望远镜以谁的名

　　欧洲欧几里德探测器在太空中的渲染图。(图片来源:ATG根据合同为欧空局完成的工作，CC BY-SA)

　　据美国太空网（基思·库珀）：科学家们将获得一种新的工具来揭开我们宇宙中一些最难以捉摸的秘密。

　　欧洲航天局的欧几里德任务定于7月1日发射，旨在研究所谓的“黑暗宇宙”。这就是科学家们如何看待宇宙中更神秘的成分，即暗物质和暗能量。为了做到这一点，这个尖端的任务将会运用一些由古希腊数学家欧几里得创立的几何学原理。

　　但是欧几里德到底是谁，为什么他仍然如此重要？

　　欧几里德使命是什么？

　　欧几里德飞船包含一个3.9英尺宽(1.2米)的望远镜——是哈勃太空望远镜的一半大小——可以在可见光和近红外光下观察宇宙。与哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜不同，它们被设计成具有窄视场以进行近距离、高分辨率的工作，欧几里德采取的是广角方法，可以一次囊括数千个遥远的星系。

　　它的视野为0.57平方度，刚好小于满月直径的两倍。对于望远镜来说，这是一个在一次拍摄中看到的广阔天空，它将允许欧几里得的两个仪器——可见光成像仪(VIS)和近红外光谱仪和光度计(NISP)——在短短六年内探测15亿个遥远的星系，以了解更多关于暗物质和暗能量的信息。这两种神秘成分分别占宇宙的26.8%和68.3%，但天文学家不知道它们是什么；我们只知道这些黑暗元素的存在是因为看不见的暗物质的引力效应和暗能量加速宇宙膨胀的方式。

　　宇宙中物质和能量的密度决定了宇宙的几何形状，因为物质和能量可以扭曲时空，或者拉伸时空。由于暗物质和暗能量构成了宇宙中绝大多数的物质和能量，因此正是它们真正控制了宇宙的几何形状。

　　欧几里德将从两个方面研究这些黑暗的影响。一种是通过进行一项调查来观察星系是如何聚集的，这项调查对星系红移进行编目，以创建一个跨越100亿光年的星系三维地图。星系如何聚集与宇宙微波背景(CMB)中物质密度的波动有关，CMB是在创造宇宙的大爆炸后279，000年发出的辐射。将这些波动——称为重子声波振荡(BAOs)——与后来时期的星系团大小进行比较，可以告诉我们暗能量的强度如何随时间变化，因为它的排斥力与导致星系聚集的引力相反。

　　欧几里德研究黑暗宇宙的另一种方式是通过观察星系的形状。遍布宇宙的暗物质的引力可以产生弯曲光线的引力透镜。我们在星系团的强引力透镜中以戏剧性的方式看到了这一点，但暗物质也可能导致“弱透镜”，通过改变空间的几何形状和光线到达我们的路径，微妙地扭曲星系的形状。欧几里德将对15亿个星系进行成像，并寻找那些形状扭曲，以便天文学家绘制宇宙中的暗物质地图。

　　使用几何工具绘制一个穿着长袍的大胡子男子。“梅加拉的欧几里得”，由贾斯特斯·范根特创作的15世纪的肖像画。(图片来源:贾斯特斯·范·根特(1410–1480))

　　欧几里得是数学家吗？

　　这项任务是以几何学之父古希腊数学家欧几里德的名字命名的。(那是他的英文名字，他的希腊名字是Eukleides)。他生活在公元前300年左右的亚历山大城，该城是由亚历山大大帝在公元前330年建立的。没有人完全确定欧几里得的个人细节，包括他出生和死亡的确切时间。我们所知道的是他留给我们的东西:他伟大的数学着作，尤其是《元素》，一本关于几何的专着，也是世界上翻译最广泛的书籍之一。

　　因此，欧几里得被称为“几何之父”欧几里得太空任务要做的大部分事情依赖于几何学，以及引力透镜和宇宙膨胀如何改变几何学。

　　特别是，我们称欧几里得的特殊几何为“欧几里得几何”这是你在学校里学到的几何学，平面、平行线、直角、三角学和勾股定理。

　　欧几里得把他的几何建立在五个公理或公认真理的基础上。这些包括这样的事实:任何两点都可以用一条直线连接起来；直线可以无限延伸；只要知道圆心在哪里和半径的大小，就可以画出一个圆；所有的直角(90度)都相等；并且如果一条直线X与另外两条直线Y和Z相交，并且如果X分别与Y和Z所成的角度小于90度，那么Y和Z将在无限延伸的情况下相互交叉(换句话说，形成三角形)。

　　在这个基础上，欧几里得能够形成一个我们在2300年后的日常生活中仍在使用的几何系统。然而，天文学家能够在太空中寻找与欧几里得几何的偏差，例如在引力透镜中，以寻找黑暗宇宙的证据。

　　欧几里得的遗产将永存。他是他那个时代的天才，还涉猎透视几何、代数和所谓的“球面天文学”，后者涉及一种在天球上寻找物体的几何形式。有一些证据表明欧几里得是柏拉图的学生，并在亚历山大博物馆任教，亚历山大博物馆是着名的亚历山大图书馆的所在地，他还在那里建立了一所着名的数学学校。

　　现在，两千多年后，他的遗产将进入我们探索宇宙中一些最令人困惑的秘密的最佳尝试的最后领域。