[비즈한국] 2024年10月，欧洲航天局（ESA）发布了一张特别的照片。乍一看，它像是一个形状怪异、身份不明的图像。然而，这张照片中竟包含了超过1亿个星系、恒星和天体。欧几里得空间望远镜（Euclid）于2023年7月发射升空，旨在绘制一份涵盖100亿光年范围内无数星系的立体地图，并开始了首次观测。上述照片正是由这一首批观测数据拼凑出的宇宙地图中的极小一块。这仅仅是未来完整宇宙地图的1%，里面却已经记录了超过1亿个天体！可以预见，当全图完成时，记录的天体数量将接近100亿个。
正如其名，欧几里得空间望远镜致力于研究宇宙的几何学。它将绘制除银河系和太阳系尘埃盘遮挡区域之外的全天地图。欧几里得与大众熟知的哈勃空间望远镜和詹姆斯·韦伯空间望远镜有很大不同。它的“眼睛”直径相对较小，因此在分辨率上可能略逊一筹，但却能以更广的视场一次性拍摄更广阔的天空。欧几里得最终计划绘制覆盖全夜空三分之一的宇宙地图。
通过这些观测，它将绘制出从近处到远处星系分布的立体地图，揭示宇宙物质的排布。欧几里得尤其关注宇宙空间因暗物质而产生的弯曲和扭曲。它观测的不是单个大型星系团产生的传统强引力透镜效应，而是由弥漫在宇宙各处的微量暗物质引起的“弱引力透镜”。通过这种方式，欧几里得望远镜将测定宇宙空间的弯曲程度，并为推算暗物质和暗能量的比例提供线索。
在此期间，欧几里得空间望远镜孤独地克服了各种困难。甚至曾出现过因致命问题而导致任务失败的担忧。问题从欧几里得抵达目标轨道时就开始了。
空间望远镜以极快的速度在太空中移动，因此望远镜镜面指向的方向也在快速变化。为了清晰捕捉遥远天体的微弱光芒，望远镜必须在控制轨道的同时，精确锁定特定方向。在地球上，可以利用GPS卫星信号来确定位置和方向，但在地球之外的太空中却无法做到。因此，它利用夜空中闪烁的恒星作为导航。就像几个世纪前在黑暗海洋中航行的水手一样，它通过识别星座来校准方向，利用特定的亮星作为“导航星”。
然而，欧几里得刚抵达目标轨道，其追踪导航星的传感器就出现了问题。它无法正确锁定目标，恒星频频移出视野。从当时拍摄的照片中可以看到，导航星并没有固定在一点，而是画出了长长的轨迹。幸运的是，通过更新控制望远镜姿态的软件，这个问题最终得到了解决。
随后，欧几里得成功进行了第一次全面观测。公布的首批图像中包括著名的马头星云以及包含无数星系的英仙座星系团等多种景象。欧几里得展示了与詹姆斯·韦伯和哈勃截然不同的魅力，外界也期待它未来能提供更多高质量的观测数据。
但仅仅过了几天，又出现了新的问题。这次是望远镜光学传感器内部凝结了微量的冰。天文学家推测，这是在地球上组装望远镜的过程中，空气中的部分水蒸气进入了望远镜内部。
事实上，水蒸气侵入是组装空间望远镜时常伴的致命问题之一。为了防止电子设备产生火花引起火灾，实验室组装环境通常维持在50%左右的相对湿度。此外，为了保护设备免受太空极端温差和太阳辐射热的影响，所使用的塑料隔热材料中也可能附着了一些水分子。
不幸的是，欧几里得在发射升空时也携带了部分水分。在太空的真空状态下，这些水分子迅速凝结，偏偏就冻结在了望远镜最敏感的传感器上。天文学家估计，欧几里得内部积冰的厚度仅有数十纳米，相当于DNA的一条链长。然而，即便如此少量的冰，也可能对敏感的望远镜设备造成致命影响，甚至可能导致观测数据完全丢失。
专家讨论了多种解决方案。其中一种是将望远镜朝向太阳加热约96小时以提高内部温度。但如果直接升高设备温度来除冰，可能会导致望远镜仪器本身变形，因此这并非上策。天文学家改而采取逐个部件单独加热的方式，让水缓慢蒸发。幸运的是，该尝试取得了成功。其中一个反射镜组件的温度在短短几分钟内从-143度升至-113度。最终，欧几里得的观测设备灵敏度比问题发生前提升了15%。自那以后，未再发现其他问题。
在历经这些磨难并最终稳定下来后，欧几里得空间望远镜终于在今年3月之后正式投入了宇宙地图的绘制工作。欧几里得每75分钟锁定一个方向，对天空进行多达4万次的观测，以此逐步填补全宇宙的地图。
2024年10月，欧几里得公布了已完成全宇宙地图1%的首批观测数据。虽然这仅仅是计划中庞大地图的一小块，但这片碎片所覆盖的天空面积相当于500个满月大小。放大照片后，可以感受到它以极高的分辨率清晰捕捉到了无数恒星和星系的光芒。
距离哈勃空间望远镜具有历史意义的首次深空场观测已经过去了近30年。如今，除了詹姆斯·韦伯空间望远镜、欧几里得空间望远镜，以及即将发射的南希·格蕾丝·罗曼空间望远镜，多台空间望远镜正利用不同波长的光锁定整个宇宙，填补着宇宙地图上未知的空白。欧洲航天局计划在约5个月后的2025年4月左右公布第二批观测数据。让我们共同期待，这张宇宙地图拼图未来将如何被进一步完善。
参考
https://www.euclid-ec.org/euclid-successfully-de-iced-gains-15-sensitivity/
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/Operations_begin_to_de-ice_Euclid_s_vision
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/Euclid_s_sight_restored
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/Zoom_into_the_first_page_of_ESA_Euclid_s_great_cosmic_atlas
作者池雄培（Ji Woong-bae）是谁？他热爱猫咪和宇宙。儿时在看过《银河铁道999》后，立志要将宇宙的美丽传播给世人。目前，他在延世大学银河演化研究中心及近宇宙论研究室从事通过星系相互作用进行演化的研究，并参与演讲和写作等各类科学传播活动。著有《与星空约会》（썸 타는 천문대）、《整天想着宇宙》（하루 종일 우주 생각）、《星，光的科学》（별, 빛의 과학）等书。