欧洲航天局欧几里德任务:寻找暗物质和暗能量

作者:小菜 更新时间:2023-02-15 点击数:
简介:艺术家对欧空局欧几里德飞船的印象。

(Image credit: ESA/ATG medialab (spacecraft); NASA, ESA, CXC, C. Ma, H. Ebeling and E. Barrett (Uni

【菜科解读】

欧洲航天局欧几里德任务:寻找暗物质和暗能量

欧洲航天局欧几里德任务:寻找暗物质和暗能量


艺术家对欧空局欧几里德飞船的印象。

(Image credit: ESA/ATG medialab (spacecraft); NASA, ESA, CXC, C. Ma, H. Ebeling and E. Barrett (University of Hawaii/IfA), et al. and STScI (background))


(神秘的地球uux.cn)据美国太空网(By Keith Cooper):欧洲航天局的欧几里德任务将绘制宇宙中物质的几何形状,特别是星系分布的形式,以了解更多关于宇宙中我们看不到的部分——暗能量和暗物质


欧几里德任务的目标是在其预期的六年生命周期中,绘制过去100亿年宇宙历史中的15亿个星系。


欧几里德预计将于2023年7月至9月之间的某个时候在佛罗里达州肯尼迪航天中心搭载SpaceX猎鹰9号火箭发射升空。

任务已经被推迟了好几次;该计划原本计划在法属圭亚那发射俄罗斯联盟号火箭,但俄罗斯入侵乌克兰意味着该计划被搁置。


欧几里德将何去何从?


欧几里得大约需要30天才能到达它在L2拉格朗日点的目的地——包括詹姆斯韦伯太空望远镜在内的其他几个航天器共享的同一位置。

L2距离地球约100万英里(160万公里),但与太阳方向相反。

这是一个特殊的位置,因为在L2,地球和太阳的引力与航天器在轨道上绕地球摆动时作用在航天器上的向外离心力相平衡。

这使得位置准稳定——航天器不会被抛入更深的空间,但它需要机动推进器来保持位置。


L2还提供了更清晰的深空视图,地球、月亮和太阳总是在飞船后面。

如果欧几里德要成功完成在过去100亿年的宇宙历史中绘制15亿个星系的任务,产生比地面观测清晰四倍的图像质量,这是必不可少的。


作为一项调查任务,Euclid将持续至少6年,覆盖15,000平方度的天空。

它的调查将以“步进凝视”模式进行,这意味着望远镜每次将指向并测量大约0.5平方度的天空。


世卫组织的欧几里得任务是以谁的名字命名的?


以几何学之父的名字命名绘制宇宙几何图形的太空任务再合适不过了。

希腊数学家欧几里得生活在亚历山大大帝的时代,虽然他的生活的已知细节充其量是粗略的,但他的遗产是作为数学学科的几何学的发明。

欧几里得发明了我们今天所称的欧几里得几何,它是诸如三角学等数学领域的基础。


宇宙也有欧几里得几何。

美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)的测量结果显示,宇宙是“平坦的”,没有像球体或马鞍一样的曲率。

平行线永远保持平行,三角形的内角总和始终为180度。


欧几里德会做什么?


欧几里德将向科学家展示更多关于“黑暗宇宙”的东西。

它的主要目标之一是精确绘制星系红移图——随着物体远离我们,光向更红的波长延伸,就像宇宙向各个方向膨胀一样。

哈勃定律告诉我们,到星系的距离与宇宙膨胀带着星系远离我们的速度有关,后退速度越高,星系越遥远,红移越高。

因此,测量红移可以告诉天文学家宇宙膨胀的速率以及暗能量加速膨胀的强度。

该任务将追溯到100亿年前就存在的星系(红移约为2),或太阳系年龄的两倍以上。

在至少6年的时间里,欧几里德将绘制大约36%的天空,并对天空中总共40平方度的三个较小区域进行超深度调查。


欧几里德的探测器将进行两次宇宙探测。

其中一个将会研究弱引力透镜效应——物质集中导致的光线边缘弯曲。

这有助于通过测量星系图像被透镜扭曲的程度来绘制星系和星系团周围暗物质的位置。


另一个探测器将研究重子声波振荡(BAO),这是宇宙微波背景(CMB)辐射波动的遗迹,今天在星系的空间分布中表现出来。

在非常大的尺度上,星系往往以标准距离成对聚集在一起。

这个标准距离与早期宇宙中等离子体(电离气体)中的声波有关;声波以密度波的形式在等离子体中传播,如今被联系到暗物质晕的位置,或与星系相关的暗物质浓度。

随着宇宙的膨胀,这个标准距离的大小会随着时间的推移而增加,因此Bao是测量宇宙膨胀的标准标尺,因此也是测量宇宙历史上不同时期暗能量强度的标准标尺。


专家解答的欧几里德常见问题


我们问了欧洲航天局欧几里德项目经理朱塞佩·拉卡几个关于欧几里德任务的常见问题。


朱塞佩·拉卡


欧几里德项目经理


朱塞佩·拉卡是欧洲航天局欧几里德项目经理。


欧几里德任务将如何增进我们对暗能量的了解?


暗能量本质上是使宇宙加速膨胀的东西的别称。

这种加速似乎是在大约50亿年前开始的,是通过地面天文台观测遥远星系的衰退速度发现的。


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加速行为与具有恒定密度的真空的一种“排斥”能量或广义相对论方程的宇宙常数一致,广义相对论方程将重力描述为物质对时空几何关系。

欧几里德将通过测量暗能量密度在过去的100亿年中是否真的是恒定的来提高我们的理解。


绘制星系地图将教会我们关于暗物质的什么?


暗物质是宇宙中物质的主要形式。

没有它,恒星可能不会在早期宇宙中形成,宇宙中暗物质的存在对所有宇宙结构的形成至关重要。


暗物质是不可见的,也不吸收辐射,但由于其引力(更准确地说是因为其时空扭曲)而使光偏转,并使观察者看到的星系形状变形。

这种效应被称为引力弱透镜效应。

通过观察遥远的星系,它们的光从源头穿过物质(黑暗和规则)到达我们,我们可以测量暗物质在其路径上的分布。

通过对数十亿个星系进行这样的研究,欧几里德将构建出暗物质在整个宇宙中分布的完整地图。


欧几里德与其他暗能量研究有何不同?


确实有很多宇宙学调查,主要是在地面上,还有一个计划中的(NASA的罗马望远镜)是从太空进行的。

欧几里德的质量在于它的图像清晰度,这允许它最小化关于前述弱透镜探头的系统误差。

此外,欧几里德望远镜的特色设计使其能够在相对较短的时间(6年)内以前所未有的准确度和精确度覆盖大量的天空(36%)。

关于光谱能力,欧几里德还将对来自星系的近红外波长的光进行观测,这种光被大气层吸收,因此从地面上看不到。

这种能力用于精确测量远至100亿光年的数亿个星系的后退速度。


欧几里德宇宙飞船


作为一个4,630磅(2,100千克)的航天器,14.7英尺(4.5米)高,10.2英尺(3.1米)直径,与詹姆斯·韦伯太空望远镜的大小和复杂性相比,欧几里德相当适中。

欧几里德的科学将由两台仪器完成,菜叶说说,其机载3.9英尺(1.2米)望远镜(在新标签中打开)将捕捉并分离它们之间的光进行分析。


其中一个仪器是可视成像仪(VIS),它将包括36个专门为该任务设计的电荷耦合器件(CCD)。

VIS的视场是0.787度乘0.709度(比天上两个满月覆盖的面积大一点)。


第二个仪器是近红外光谱仪和光度计(NISP),它将提供星系的近红外测光。

目的是结合VIS '和NISP的观测来精确测量星系的红移。


NISP还将研究星系的化学性质以及星系中恒星和气体的运动,以找出星系是如何旋转的,并揭示它们是如何形成的。


什么是暗能量和暗物质?


暗能量和暗物质构成了宇宙中的大部分质量和能量。

暗物质是一种看不见的物质,我们只能从它的引力来推断它的存在。

暗物质贡献了宇宙中所有物质和能量的26.8%左右。

另一方面,暗能量是一种神秘的能量场,它正在加速宇宙的膨胀,约占宇宙所有质量和能量的68.3%。

根据欧空局的说法,剩下的4.9%是我们在宇宙中可以看到的一切——人、行星、恒星、星云和星系。


暗物质和暗能量共同影响着宇宙的几何形状。

暗物质团产生了引力井,,可以弯曲来自更远物体的直线光路径,而通过驱动宇宙的加速膨胀,暗能量将物质团相互拉离,降低了宇宙中物质的整体密度。

通过测量它们如何影响宇宙,天文学家可以获得对它们令人困惑的本质的重要见解。

第二次世界大战德国的五个欧洲伙伴都付出代价,哪个战胜国得利最大

对于二战结束前,同盟国处置的,大家耳熟能详。

二战后其实还有一次同盟国处置轴心国的会议——《五国和约(巴黎和约)》,就鲜为人知了。

哪五国呢?分别是:意大利、罗马尼亚、匈牙利、保加利亚、芬兰。

德国是欧洲法西斯灾难的中心,英美法与苏联已瓜分德国。

而上述五国都是德国的“马仔”,其对欧洲的危害性不如德国,芬兰甚至都没有正式加入轴心国。

所以,战胜国对五国的处置相对比较宽容。

不过,二战结束,冷战就要开始,英美法和苏联在如何处置五国的问题又开始互相算计。

意大利在北非和东非有不少。

英国想占领利比亚和意属索马里,法国则盯上阿尔及利亚、突尼斯,苏联想在利比亚建立军港,美国打算让联合国对意大利殖民地进行托管。

美国这么善良?哪有这种事?要知道联合国总部纽约在美国…… 列强们扯不断牛皮,只好说事情先放一放,先处置相对好处理的。

还是先拿意大利开刀。

意大利不但输了战争,还输掉了大把金钱。

按条约规定,意大利要向苏联赔付美金1亿元,在这当时可不是小数。

另外,意大利还必须向曾经占领过的非洲埃塞俄比亚支付战争赔款2500万美元。

意大利东南角的对岸邻国阿尔巴尼亚,也喜滋滋地拿到500万美元的赔款。

意大利必须在7年之内付出这些款项。

不过,意大利也不是一点好处没有,就是东北角城市的里雅里斯特回归意大利。

这座城市之前是被南斯拉夫占领的,但美英防止南斯拉夫倒向苏联,强行把的里雅斯特划成自由区,最后还是归了意大利。

芬兰则主要是被苏联割肉。

北冰洋的贝柴摩省成了苏联的地盘,芬兰至此丧失北冰洋沿岸。

芬兰必须同意把波拉卡-乌德地区租给苏联50年,苏联用来建设海军基地。

苏联还算不错,交给芬兰租金,一年是500万芬兰。

50年租金是2.5亿芬兰马克,可同时芬兰要向苏联赔付3亿美元的战争赔款,实际上苏联还是占了便宜。

芬兰所得到的,不过是苏联不再租借芬兰湾出海口处的汉科半岛。

巴尔干半岛的三个斯拉夫国家,罗马尼亚是赔的比较惨的。

意大利经济强于罗马尼亚,也只向苏联支付1亿美元,而罗马尼亚则要向苏联支付3亿美元,少一毛钱也不行。

这还不算苏联强行割走原属罗马尼亚的比萨比亚拉(包含摩尔多瓦)地区。

当然,由于罗马尼亚资源丰富,苏联并没有求罗马尼亚赔现金,而是用资源在5年支付完毕就行(从1944年开始算)。

罗马尼亚的军队数量也被严格限制,总兵力必须在12万以下,多出一名士兵就是违约。

匈牙利很惨。

原来获得了罗马尼亚西北部的北特兰西瓦西亚地区,悉数还给罗马尼亚,匈牙利东北部的外喀尔巴阡地区划给了苏联的乌克兰。

匈牙利也没少赔款,苏联从匈牙利拿走了2亿美元,南斯拉夫和捷克斯洛伐克分走另外1亿。

保加利亚则在两次世界大战中都站错了队。

保加利亚在战时和盟军有联系,战败后,保加利亚也拿到了罗马尼亚南端的南多布罗加地区。

不过,作为战败国,保加利亚必须接受惩罚。

这次赔付,主要给了南边的邻国希腊,4500万美元。

西边的邻国南斯拉夫,也从保加利亚拿走2500万美元。

你可能注意到了,这次五国和约,苏联占到的便宜最多。

尤其是对罗马尼亚、保加利亚、匈牙利和芬兰。

这很好理解,芬兰是苏联的邻国,列宁格勒就在苏芬边界不远,罗、保、匈都在东欧。

以美国为首的西方和苏联分割地盘,作为双方妥协的产物,苏联在西方的默许下控制了东欧。

苏联也认可了西方瓜分意大利的地盘。

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欧洲人是如何看待蒙古帝国西征 他们眼中的军队是什么样的

地球遭到不明来源的外星人入侵,是科幻电影中常出现的桥段。

在电影中,外星人长相怪异,科技发达,在地球上疯狂破坏,成为全人类的噩梦。

然而真正令我们恐惧的不是长相怪异的外星人和各种外星黑科技,而是“未知”二字。

正是因为未知,我们不知道外星人们到底是什么背景,有什么目的,又有哪些弱点。

所以感到无力和恐惧。

在古代,受限于落后的交通和知识,古人对遥远地区一无所知。

在古人的头脑中,令人恐惧的“外星人”可能并非来自外太空,而是遥远未知的某处。

的欧洲是一个倒退的时代,罗马时代的各种知识被们,人们所能了解到的只有圣经。

又因为采取了封建制,大量人口被封建领主禁锢在城堡周围的土地上,导致人口流动量锐减,古希腊罗马时代纵横四海的商业网络不复存在,人们所能获取到的外部信息也日益减少。

欧洲大陆变的死气沉沉,极其闭塞。

1141年,率领西辽大军在卡特万与塞尔柱帝国苏丹桑贾尔率领的十万穆斯林联军展开大战,耶律大石以寡击众,大败穆斯林联军。

当时因占领了基督教圣城耶路撒冷,在教皇的号召下,欧洲组织起了与中东穆斯林展开长期对战。

卡特万之战的消息传到欧洲时,欧洲人自以为耶律大石就是传说中的祭司王约翰,把这一伟大胜利归到了基督徒头上。

据《圣经》记载,耶稣出生之时,有几位来自东方的博士带着礼物,朝拜耶稣。

后来演变为东方三博士。

而祭司王约翰就是三博士的后人,一位正直宽厚的基督教国王,统治者一片富饶美丽的土地。

然而耶律大石是深受儒家影响的辽国贵族,在金灭辽以后,耶律大石万里西征,在中亚重建辽国,史称西辽。

跟基督教和传说中的祭司王约翰没一点关系。

如果非要扯上关系,耶律大石打赢卡特万之战并没有给十字军东征带来多大好处,反而是辽国势力的西迁为百年后的欧洲带来了一场毁灭性灾难。

辽国国土广阔,西至中亚,东到大海。

金灭辽以后,耶律大石在中亚,金国则南下攻宋。

夹在西辽与金国之间的大漠和草原就成了无主之地,的蒙古人趁势崛起,狂扫亚欧大陆的蒙古旋风已初露狰狞。

在金国初期,国力强盛,还能摁住蒙古人。

但没过几年,曾经“满万不可敌”的女真勇士就腐化堕落了,在骁勇的蒙古军面前。

金国没办法,就筑金界壕防御蒙古,结束了对蒙古诸部松散统治。

1206年春天,蒙古贵族们在斡难河(今鄂嫩河)源头召开大会,诸王和群臣推举蒙为首领,上尊号“”。

在成吉思汗的统领下,蒙古人由一盘散沙凝聚为一支血火洪流,开始吞噬四方。

1218年,成吉思汗令率领两万骑兵征讨西辽,西辽灭亡,第二年,因花拉子模劫杀蒙古使节和商队,成吉思汗亲率大军西征,此为。

此次西征,蒙古军血腥屠城,将花拉子模彻底抹去,只有工匠和妇孺得以幸免。

灭掉花拉子模后,成吉思汗命令哲别、率领3万骑兵向北越过高加索山脉,进入的地盘。

1223年,蒙古军进至迦勒迦河东岸,与基辅罗斯诸王公所率的10万联军展开激战。

基辅罗斯联军虽,但诸王公之间各怀鬼胎,给了蒙古军各个击破的机会,罗斯人的血瞬间染红了南俄草原。

迦勒迦河之战后,蒙古军如入无人之境,在基辅罗斯肆意烧杀抢掠,一直打到克里木半岛才收兵东归。

蒙古人的杀戮驱动着大批罗斯人逃往欧洲腹地,从这些惊魂未定的逃难者口中,欧洲人第一次听到了这样一个恐怖的存在。

不同于纵横草原数百年的匈奴和,异军突起的蒙古人让许多人,在闭塞愚昧的欧洲更是如此。

这些人是谁?他们为何而来?他们是否会打到自己家里?如何抵御这些野蛮强悍的敌人?欧洲人对这些一无所知,而蒙古人并没有让欧洲人在未知的恐惧中煎熬多久,很快就杀到了家门口。

1235年,大汗发动第二次西征,命术赤长子拔都、察合台长子拜答儿、自己的长子、长子各统本王室军,万户以下各级那颜亦分遣长子从征,以拔都为统帅。

因西征大军由长子组成,此次西征又称“”。

此时哲别已经去世,由速不台担任先锋兼西征军副帅。

此次西征,蒙古人不仅出动了15万大军,还带去了来自东方的黑科技——火炮。

1240年冬,第聂伯河封冻,蒙古大军趁机渡河,向基辅罗斯国都乞瓦城(今基辅)发起猛攻。

在轰鸣的火炮声中,基辅罗斯走向灭亡。

此后,拔都命3万蒙古军留守基辅罗斯,亲率12万大军兵分三路向欧洲腹地挺进。

波兰很快陷落,蒙古马刀直逼德意志地区,整个欧洲笼罩在一片恐怖之中。

1241年,刚好是卡特万之战一百周年,西里西亚公爵亨利二世集结了一支三万人的军队准备抵御蒙古军。

4月,双方在德波兰边境的里格尼志城遭遇,亨利二世依托重骑兵的优势率先发起攻击。

当时欧洲骑兵身着厚重铁甲,冲击力较强,相较于身着轻便皮甲的蒙古轻骑兵有一定优势。

但因铁甲厚重,战马很容易疲惫,很难持续进攻。

蒙古人利用这一点,稍作抵抗即佯装败退,骑士们策马追击,但很快战马就疲惫了。

而且骑士们追击过快,与后方的步兵脱离。

蒙古军见时机成熟,杀了个回马枪,将欧洲骑士们斩落马下。

失去骑兵后,欧洲步兵就成了蒙古马刀屠戮的对象,在恐慌和混乱中,亨利二世也被蒙古军斩杀。

里格尼志之战后,蒙古人把亨利二世的头颅砍下来,刺在枪尖上,给周边各城的欧洲人看。

欧洲人被吓破了胆,纷纷弃城西逃。

但蒙古大军并没有一路向西追击,而是折道向南,奔向了匈牙利草原。

在蒙古人眼里辽阔的草原才是他们的目标。

在匈牙利,国王贝拉四世率领的10万大军坚守国都布达佩斯。

蒙古军久攻不克,速不台建议佯装撤军,引诱匈牙利军出战。

贝拉四世见蒙古军退却,便出城追击。

蒙古军退至赛约河后故技重施,佯装败退把匈牙利大军引入伏击圈。

为瓦解匈牙利军斗志,蒙古军网开一面,留出了一条逃回布达佩斯的道路。

蒙古人当然不会心慈手软,在路上还有一个伏击圈等着溃散的匈牙利军队。

即使有幸运儿逃出伏击圈,也遭到了蒙古骑兵的无情追杀。

在前往布达佩斯的道路上,遍布匈牙利人的尸体,鲜血如同河水一般流淌。

国王与士兵被蒙古人击败后,布达佩斯已无力防守,这时轮到牧师出场了。

几个世纪之前,灭亡,蛮族肆虐,正是基督教牧师们驯服了蛮族。

匈牙利的牧师们也想追随前辈的脚步,把野蛮敌人驯化为基督的仆人。

但时代变了,蛮族在于罗马帝国长期的交锋中已经相互了解,一些蛮族部落早就皈依了基督教。

而蒙古人却如同从地底下冒出来一样,他们的语言没人听懂,他们信仰什么也没人了解,他们手中声如暴雷的火炮更是让欧洲人肝胆俱裂。

当牧师们试图靠上帝抵御蒙古大军的时候,他们已经走在送死的路上。

蒙古人不仅杀了牧师,还焚毁了教堂,欧洲人心目中至高无上的上帝也拿蒙古人没办法。

1242年,窝阔台汗的死讯传来,蒙古军回师东还,欧洲这才捡回一条命。

蒙古大军走后,恐惧并未消散。

牧师们翻遍《圣经》,给出了各种恐怖的说法。

有人认为蒙古人是来自地狱的食人族,在一场战斗过后他们就开始吃死尸。

也有人认为蒙古人是摩西时代失踪的犹太人部落。

无论是现实中的蒙古人,还是想象中的食人族,欧洲人都不是对手,但他们可以向犹太人发泄。

因为拒绝信仰基督,又有害死耶稣的罪名,犹太人在欧洲一直备受压迫。

有什么天灾人祸,欧洲人都习惯向犹太人身上撒野,于是犹太人就成了蒙古人的。

1252年,蒙哥汗派遣其弟旭烈兀发动第三次西征,这一次蒙古人奔向了中东穆斯林。

1258年,蒙古军攻破阿拔斯帝国首都巴格达,末代哈里发穆斯台绥姆被蒙古人裹在地毯中用马踏死,灭亡。

之后,蒙古大军继续西进,一直打到埃及。

因蒙哥汗死于钓鱼城下,旭烈兀才率军回师。

此后蒙古再未发动大规模扩张,逐渐衰落。

但蒙古西征依旧是欧洲人挥之不去的梦魇。

1895年,德国威廉二世让画家克纳科弗斯绘制了一幅油画《黄祸》(正式的名称是“欧洲各民族,保卫你们的信仰和家园!”),作为国礼,赠给了俄国沙皇尼古拉二世。

黄祸论由此迅速发酵并引发了大规模排华浪潮。

此时的欧洲已变身为西方列强,对当年的蒙古西征也有了足够的了解,但对于来自东方的神秘力量依旧充满恐惧。

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