[비즈한국] 2024年10月，歐洲航天局（ESA）釋出了一張特別的照片。乍一看，它像是一個形狀怪異、身份不明的影象。然而，這張照片中竟包含了超過1億個星系、恆星和天體。歐幾里得空間望遠鏡（Euclid）於2023年7月發射升空，旨在繪製一份涵蓋100億光年範圍內無數星系的立體地圖，並開始了首次觀測。上述照片正是由這一首批觀測資料拼湊出的宇宙地圖中的極小一塊。這僅僅是未來完整宇宙地圖的1%，裡面卻已經記錄了超過1億個天體！可以預見，當全圖完成時，記錄的天體數量將接近100億個。
正如其名，歐幾里得空間望遠鏡致力於研究宇宙的幾何學。它將繪製除銀河系和太陽系塵埃盤遮擋區域之外的全天地圖。歐幾里得與大眾熟知的哈勃空間望遠鏡和詹姆斯·韋伯空間望遠鏡有很大不同。它的“眼睛”直徑相對較小，因此在解析度上可能略遜一籌，但卻能以更廣的視場一次性拍攝更廣闊的天空。歐幾里得最終計劃繪製覆蓋全夜空三分之一的宇宙地圖。
透過這些觀測，它將繪製出從近處到遠處星系分佈的立體地圖，揭示宇宙物質的排布。歐幾里得尤其關注宇宙空間因暗物質而產生的彎曲和扭曲。它觀測的不是單個大型星系團產生的傳統強引力透鏡效應，而是由瀰漫在宇宙各處的微量暗物質引起的“弱引力透鏡”。透過這種方式，歐幾里得望遠鏡將測定宇宙空間的彎曲程度，併為推算暗物質和暗能量的比例提供線索。
在此期間，歐幾里得空間望遠鏡孤獨地克服了各種困難。甚至曾出現過因致命問題而導致任務失敗的擔憂。問題從歐幾里得抵達目標軌道時就開始了。
空間望遠鏡以極快的速度在太空中移動，因此望遠鏡鏡面指向的方向也在快速變化。為了清晰捕捉遙遠天體的微弱光芒，望遠鏡必須在控制軌道的同時，精確鎖定特定方向。在地球上，可以利用GPS衛星訊號來確定位置和方向，但在地球之外的太空中卻無法做到。因此，它利用夜空中閃爍的恆星作為導航。就像幾個世紀前在黑暗海洋中航行的水手一樣，它透過識別星座來校準方向，利用特定的亮星作為“導航星”。
然而，歐幾里得剛抵達目標軌道，其追蹤導航星的感測器就出現了問題。它無法正確鎖定目標，恆星頻頻移出視野。從當時拍攝的照片中可以看到，導航星並沒有固定在一點，而是畫出了長長的軌跡。幸運的是，透過更新控制望遠鏡姿態的軟體，這個問題最終得到了解決。
隨後，歐幾里得成功進行了第一次全面觀測。公佈的首批影象中包括著名的馬頭星雲以及包含無數星系的英仙座星系團等多種景象。歐幾里得展示了與詹姆斯·韋伯和哈勃截然不同的魅力，外界也期待它未來能提供更多高質量的觀測資料。
但僅僅過了幾天，又出現了新的問題。這次是望遠鏡光學感測器內部凝結了微量的冰。天文學家推測，這是在地球上組裝望遠鏡的過程中，空氣中的部分水蒸氣進入瞭望遠鏡內部。
事實上，水蒸氣侵入是組裝空間望遠鏡時常伴的致命問題之一。為了防止電子裝置產生火花引起火災，實驗室組裝環境通常維持在50%左右的相對溼度。此外，為了保護裝置免受太空極端溫差和太陽輻射熱的影響，所使用的塑膠隔熱材料中也可能附著了一些水分子。
不幸的是，歐幾里得在發射升空時也攜帶了部分水分。在太空的真空狀態下，這些水分子迅速凝結，偏偏就凍結在瞭望遠鏡最敏感的感測器上。天文學家估計，歐幾里得內部積冰的厚度僅有數十奈米，相當於DNA的一條鏈長。然而，即便如此少量的冰，也可能對敏感的望遠鏡裝置造成致命影響，甚至可能導致觀測資料完全丟失。
專家討論了多種解決方案。其中一種是將望遠鏡朝向太陽加熱約96小時以提高內部溫度。但如果直接升高裝置溫度來除冰，可能會導致望遠鏡儀器本身變形，因此這並非上策。天文學家改而採取逐個部件單獨加熱的方式，讓水緩慢蒸發。幸運的是，該嘗試取得了成功。其中一個反射鏡元件的溫度在短短幾分鐘內從-143度升至-113度。最終，歐幾里得的觀測裝置靈敏度比問題發生前提升了15%。自那以後，未再發現其他問題。
在歷經這些磨難並最終穩定下來後，歐幾里得空間望遠鏡終於在今年3月之後正式投入了宇宙地圖的繪製工作。歐幾里得每75分鐘鎖定一個方向，對天空進行多達4萬次的觀測，以此逐步填補全宇宙的地圖。
2024年10月，歐幾里得公佈了已完成全宇宙地圖1%的首批觀測資料。雖然這僅僅是計劃中龐大地圖的一小塊，但這片碎片所覆蓋的天空面積相當於500個滿月大小。放大照片後，可以感受到它以極高的解析度清晰捕捉到了無數恆星和星系的光芒。
距離哈勃空間望遠鏡具有歷史意義的首次深空場觀測已經過去了近30年。如今，除了詹姆斯·韋伯空間望遠鏡、歐幾里得空間望遠鏡，以及即將發射的南希·格蕾絲·羅曼空間望遠鏡，多臺空間望遠鏡正利用不同波長的光鎖定整個宇宙，填補著宇宙地圖上未知的空白。歐洲航天局計劃在約5個月後的2025年4月左右公佈第二批觀測資料。讓我們共同期待，這張宇宙地圖拼圖未來將如何被進一步完善。
參考
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）是誰？他熱愛貓咪和宇宙。兒時在看過《銀河鐵道999》後，立志要將宇宙的美麗傳播給世人。目前，他在延世大學銀河演化研究中心及近宇宙論研究室從事透過星系相互作用進行演化的研究，並參與演講和寫作等各類科學傳播活動。著有《與星空約會》（썸 타는 천문대）、《整天想著宇宙》（하루 종일 우주 생각）、《星，光的科學》（별, 빛의 과학）等書。