Erforschung des „Euklid“ des Dunklen Universums

Am 1. Juli 2023 wurde das von Astronomen lang erwartete Euclid-Teleskop endlich erfolgreich an Bord der Falcon-Rakete der US-amerikanischen Weltraumorganisation Space X gestartet. Das Euclid-Teleskop ist Teil des Wissenschaftsprogramms der Europäischen Weltraumorganisation, dessen Mission es ist, eine 3D-Karte des Universums zu erstellen und so seine dunkelsten Geheimnisse zu enthüllen.

Ob in den Vereinigten Staaten oder in Europa, Wissenschaftler klassifizieren Teleskope nach ihren Kosten. Euclid ist eine Mission der mittleren Klasse (oder M-Klasse). Beispielsweise sind die PLATO-Mission zur Entdeckung und Erforschung von Exoplaneten und die ARIEL-Mission zur Untersuchung von Planetenatmosphären beides Missionen mittlerer Größenordnung. Es gibt auch den sehr bekannten Swift-Satelliten, der Gammastrahlenausbrüche erkennt, und den TESS-Satelliten, der Exoplaneten erkennt. Dabei handelt es sich ebenfalls um Missionen mittlerer Größe.

Im Vergleich dazu sind das uns bekannte Hubble-Teleskop und das erst vor zwei Jahren gestartete Webb-Teleskop beides große Teleskope. Während das Röntgenteleskop NuSTAR und das IXPE-Teleskop, das Röntgenpolarisation erkennt, aufgrund ihrer relativ geringen Kosten beide kleine Teleskope sind.

Hubble-Teleskop im Orbit | Tuchong Creative

Nach dem Start wird es etwa einen Monat dauern, bis es Ende Juli sein endgültiges Ziel, den Lagrange-Punkt 2 (L2), 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, erreicht. Also, was sind Lagrange-Punkte? Um zwei massereiche Himmelskörper herum gibt es in der Regel fünf relativ stabile Punkte, die als unterschiedliche Lagrange-Punkte bezeichnet werden. Auf der Linie, die Sonne und Erde verbindet, befinden sich L1, L2 und L3. L1 befindet sich in der Mitte zwischen Sonne und Erde, L3 ist näher an der Sonne und L2 ist näher an der Erde. Zusätzlich zu diesen drei Punkten gibt es zwei Punkte, L4 und L5, auf beiden Seiten der Erde bzw. der Sonne. Im Vergleich dazu ist L2 weiter von der Sonne entfernt, weniger anfällig für Störungen, bietet bessere Beobachtungsbedingungen und ermöglicht Langzeitbeobachtungen, sodass einige Teleskope zum Punkt L2 geschickt wurden.

Das Euclid-Teleskop ist 4,7 Meter lang und hat einen Durchmesser von 3,7 Metern. Es besteht im Wesentlichen aus einem Teleskop mit einem Hauptspiegel von 1,2 Metern Durchmesser und deckt eine Fläche von 0,5 Quadratgrad ab. Es enthält eine Kamera für sichtbares Licht sowie ein Nahinfrarotspektrometer und -photometer. Diese Instrumente messen die genaue Position und Form von Galaxien im sichtbaren Licht und die Rotverschiebung von Galaxien im Infrarotlicht, woraus sich ihre Entfernungen ableiten lassen. Während einer mindestens sechs Jahre dauernden Mission wird ein internationales Konsortium von Wissenschaftlern aus 13 europäischen Ländern sowie den USA, Kanada und Japan mit dem Euclid-Teleskop etwa 15.000 Quadratgrad oder etwa ein Drittel des Himmels beobachten.

Bis dahin wird das Euclid-Teleskop einige erstaunliche Leistungen vollbracht haben, darunter

1. Erstellen Sie die bislang größte und genaueste dreidimensionale Karte des Universums mit 2 Milliarden Galaxien;

2. Beschreiben Sie die Morphologie, Helligkeit und spektralen Eigenschaften astronomischer Quellen.

3. Beobachten Sie etwa 10 Milliarden astronomische Quellen, darunter 1 Milliarde schwache Gravitationslinsen;

4. Messen Sie die spektrale Rotverschiebung von mindestens 30 Millionen Himmelskörpern, um Galaxienhaufen zu untersuchen.

5. Drei Bereiche des Himmels werden wiederholt beobachtet, die sogenannten Deep Field-Beobachtungen des Euclid-Teleskops. Die drei tiefen Felder werden insgesamt 50 Quadratgrad abdecken. Diese drei Bereiche werden während der gesamten Mission regelmäßig besucht und dienen als Kalibrierungsfelder zur Überwachung der Stabilität der Teleskop- und Instrumentenleistung.

Anhand der obigen Abbildungen haben Sie vielleicht bereits die leistungsstarken Fähigkeiten des Euclid-Teleskops erkannt. Welche kosmischen Geheimnisse wird es also lösen? Wir wissen, dass Sterne, Planeten, Gas und alles andere Sichtbare nur 5 % der Gesamtzusammensetzung des Universums ausmachen. Die restlichen 95 % bestehen aus dunkler Materie, die die Stabilität der Galaxien aufrechterhält, und dunkler Energie, die die beschleunigte Expansion des Universums vorantreibt.

Allerdings wissen wir sehr wenig über die Natur der dunklen Materie und der dunklen Energie! Durch die Beobachtung der Entwicklung des Universums in den letzten 10 Milliarden Jahren wird das Euclid-Teleskop Aufschluss darüber geben, wie sich das Universum ausdehnte und wie seine Struktur entstand. Außerdem wird es weitere Erkenntnisse über dunkle Materie und dunkle Energie liefern.

Darüber hinaus wird Euclid mit seiner riesigen Himmelsabdeckung und seinem Katalog mit Milliarden von Sternen und Galaxien auch eine reichhaltige Quelle an Zielen für das James Webb-Weltraumteleskop und das Atacama Millimeter-submillimeter Array sowie für zukünftige Missionen wie das European Extremely Large Telescope (ELT), das Thirty Meter Telescope (TMT), das Square Kilometer Array (SKA) und das Vera Rubin Observatory in Chile darstellen. Auch hier hoffe ich aufrichtig, dass das Euclid-Teleskop noch weitere Überraschungen bringen kann.

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Gou Lijun

Rezensent: Li Haining

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.