歐幾裡得望遠鏡首次發布的數據讓我們得以一窺令人驚嘆的宇宙，揭示了超過2600 萬個星系，並展示了該望遠鏡在可見光和紅外線波段前所未有的精度。該任務由先進的光學技術和海量資料處理基礎設施提供支持，正在徹底改變我們對星系演化、暗能量和宇宙網路的理解。德國在光學、數據校準和科學解釋方面發揮著至關重要的作用，機器學習和公民科學家正在幫助我們解讀大量資訊。

這幅圖像展示了歐幾裡得在首次觀測深空區域時捕捉到的引力透鏡現象。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，影像處理：M. Walmsley、M. Huertas-Company 和J.-C. Cuillandre

歐幾里德首次發布的數據涵蓋了廣闊的天空區域，並由三個大型馬賽克圖組成。它包含對星系團、活動星系核和瞬變事件的詳細觀測，為科學家研究現代宇宙學中一些重大問題提供了豐富的資料集。透過這項初步調查，歐幾裡得開始揭示我們的宇宙歷史以及塑造宇宙的隱藏力量——例如暗物質和暗能量。

歐幾裡得望遠鏡最強大的功能之一是其超大的視野。它單次曝光的成像面積比哈伯太空望遠鏡大240倍，同時還能在可見光和紅外線波段保持高解析度成像。

這張圖像展示了不同形狀的星系樣本，均由歐幾里德在首次觀測深場區域時捕捉到。作為資料發布的一部分，一份包含超過38萬個星系的詳細星表也已發布，這些星系已根據螺旋臂、中心棒和潮汐尾等特徵進行了分類，這些特徵預示著星系的合併。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，影像處理：M. Walmsley、M. Huertas-Company 和J.-C. Cuillandre

歐幾里德望遠鏡的紅外線成像能力特別先進，這在很大程度上得益於兩家德國機構開發的關鍵光學元件：位於加興的馬克斯·普朗克地外物理研究所(MPE) 和位於海德堡的馬克斯·普朗克天文研究所(MPIA)。進入望遠鏡的光線會經過四個透鏡、一個濾光片和一個分光鏡，產生極高的影像對比。

「抑制重影的要求超出了一百倍。MPE 和MPIA 的光學設計和精密執行為影像清晰度和對比度設立了新的標準，」領導MPE 近紅外線光學系統開發的Frank Grupp 說道。

MPE 也為星系演化研究做出了貢獻。 「我們編制了一份包含來自不同巡天計畫的超過7 萬個光譜紅移的星表，並將其與歐幾里德數據相結合，」該計畫這部分負責人Christoph Saulder 解釋道。 “這份星表能夠精確測量距離，並清晰地識別歐幾里德高分辨率圖像中的眾多星系和類星體。它為更深入地了解這些天體、它們的分佈及其內部特性奠定了基礎。”

藝術家對歐幾裡得太空任務的印象。歐幾裡得的設計目標是探索宇宙的廣闊空間，並解答一些關於宇宙最基本的問題：什麼是暗物質和暗能量？它們在宇宙網的形成過程中扮演了什麼角色？該任務將利用其靈敏的望遠鏡掃描天空，對數十億個遙遠的星系進行分類。圖片來源：歐空局

「新數據也用於測試測量宇宙剪切和校準紅移的技術，這些技術很快就會應用於規模更大的歐幾里德數據集，以實現主要的科學目標——精確測量暗能量，」波鴻魯爾大學的亨德里克·希爾德布蘭特說道。他領導著測量宇宙剪切的關鍵項目和紅移校準工作小組。

此外，慕尼黑路德維希馬克西米利安大學（LMU）的科學家們測試了識別和表徵星系過密特徵的方法，這是追蹤宇宙大尺度結構的關鍵一步。 「這項任務中用於精確定位星系團的方法，對於充分利用歐幾里德龐大的數據集、改進星系團識別以及加深對宇宙結構形成理解至關重要。同時，它們有助於利用具有統計意義的天體樣本，探索近紅外波段此前未知的區域，」LMU 科學家芭芭拉·薩托里斯說道。

同樣，MPIA 的科學家在眾多歐幾里德研究中也扮演主導角色。他們利用這些數據來辨識正在成長的超大質量黑洞，解答有關星系演化的基本問題，並對年輕和年長的瞬變天體進行精確的光度測量。

這是歐幾裡得南深場。僅一次觀測之後，這架太空望遠鏡就已在該區域發現了超過1100萬個星系。未來幾年，歐幾里德將對該區域進行更多觀測，直到達到其最大深度。從這張圖像中，我們可以看到宇宙的宏觀結構。這就是星系沿著所謂的「宇宙網」的組織結構。這張網由巨大的星系團組成，它們透過氣體和不可見的暗物質相互連接。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，影像處理：J.-C. Cuillandre、E. Bertin 和G. Anselmi

歐幾里德望遠鏡已在天空中確定了三個區域，最終將為這項任務提供最深入的觀測。迄今為止，僅用一周的觀測時間，對每個區域進行一次掃描，歐幾里德望遠鏡就已發現了2600萬個星系。其中最遠的星系距離地球達105億光年。這些星系的總面積相當於滿月的300倍以上。

為了揭開其探索的奧秘，歐幾里德利用其高分辨率可見光成像儀（VIS）精確測量了數十億個星系的各種形狀和分佈。相較之下，其近紅外線儀器（NISP）對於確定星系的距離和質量至關重要。

MPE負責設計並建造NISP近紅外線光學系統。而MPIA則負責NISP校準的關鍵任務。 「MPIA的工程師和科學家正在開發和維護該任務的整個校準計劃，校準和科學監測近紅外線相機NISP，進行模擬，並進行儀器監測等技術分析，」MPIA的Mischa Schirmer說。他是歐幾裡得任務校準和NISP校準的科學家。

這些新圖像證明了這些努力，展示了歐幾裡得繪製數十萬個星系的能力，並開始暗示這些星系在宇宙網絡中的大規模組織。

這幅圖像展示了歐幾里德深場南區的一部分。與大型馬賽克圖相比，該區域放大了16倍。圖中可見許多星系，由於年齡和距離不同，它們的形狀和顏色各不相同。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，影像處理：J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi

歐幾裡得預計在六年內拍攝超過15億個星系的影像，每天發回約100GB的資料。如此龐大的資料集創造了令人難以置信的探索機遇，但也帶來了巨大的挑戰。

歐幾里德聯盟已在歐洲建立了由九個資料中心組成的網絡，其中包括位於馬普托空間科學中心（MPE）的德國科學資料中心（SDC-DE）。該中心配備了7,000台處理器，處理歐幾里德記錄的10%的資料。由至少十名專家組成的團隊確保天文影像資料的流暢一致處理。馬普托空間科學中心的Max Fabricius領導SDC-DE，他表示：“每天大約有100 GB的原始數據幾乎實時處理。對光度測量精度的要求非常高，需要採用全新的數據校準方法。”

在搜尋、分析和編目星系方面，機器學習演算法的進步與成千上萬的人類公民科學志工和專家的共同努力，發揮著至關重要的作用。它是充分利用歐幾裡得龐大資料集的基本且必要的工具。這項工作的一個重要里程碑是首次對超過38萬個星系進行了詳細的編目，這些星系的特徵包括螺旋臂、中心棒和潮汐尾，這些特徵可以推斷出星系合併的可能性。

首份星表僅佔歐幾裡得望遠鏡預期在其生命週期內拍攝到的類似分辨率星系總數的0.4%。最終星表將呈現比以往測量數量至少多一個數量級的星系的詳細形態，幫助科學家解答諸如螺旋臂如何形成以及超大質量黑洞如何生長等問題。

這幅圖像展示了歐幾里德深場南區的一部分。與大型拼接圖相比，此區域放大了70倍。影像中可以看到各種巨大的星系團，以及星系團內部的光和重力透鏡。靠近中心的星系團名為J041110.98-481939.3，距離我們約60億光年。圖片來源：ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，影像處理：J.-C. Cuillandre、E. Bertin、G. Anselmi

從遙遠星係向我們傳播的光會被前景中的正常物質和暗物質彎曲和扭曲。這種效應稱為重力透鏡，是歐幾裡得用來揭示暗物質在宇宙中分佈方式的工具之一。當扭曲非常明顯時，它被稱為“強透鏡”，可以產生愛因斯坦環、弧線和多重成像透鏡等特徵。

今天發布了首份包含500個星系間強透鏡候選體的目錄，幾乎所有候選者先前都未知。 MPIA的科學家參與了重力透鏡的分類，根據影像成為透鏡的機率對其進行標記，作為機器學習的輸入。 「這些人工智慧系統最終將在任務結束時對分析擴大200倍的天空區域至關重要。受透鏡效應扭曲的星系數量最終將增加到驚人的10萬個，約為目前已知數量的100倍。對於這個前所未有的數據集，人工無法對單個物體進行分類，」MPIA的Knud Jahnke強調。他是NISP的儀器科學家。

當背景源的扭曲程度遠小於「弱」透鏡效應時，歐幾里德望遠鏡還能測量這種現象。這種細微的扭曲只有透過對大量星系進行統計分析才能探測到。未來幾年，歐幾裡得望遠鏡將測量宇宙100億年歷史中數十億個星系的扭曲形狀，從而提供宇宙中暗物質分佈的三維視野。

為了進一步了解暗宇宙，歐空局的歐幾裡得望遠鏡將測量一種名為「弱透鏡」的現象。此現象基於引力透鏡的原理。圖片來源：歐空局

截至2025年3月19日，歐幾里德觀測面積約2,000平方度，約佔總勘測面積的14%。三個深層場合計面積為63.1平方度。

歐幾裡得「快速」發布（例如3月19日的發布）針對的是選定的區域。它們旨在展示後續主要數據發布中預期的數據產品，並幫助科學家在準備階段完善他們的數據分析工具。該任務的首批宇宙學數據將於2026年10月向公眾發布。在深場位置進行多次額外飛行所累積的數據將包含在2026年的發布中。

2025 年3 月19 日發布的數據在多篇科學論文中有所描述，這些論文尚未經過同行評審過程，但將提交給《天文學和天體物理學》雜誌。

波昂大學設有歐幾里德出版辦公室，負責協調和審查歐幾里德聯盟的科學出版品。

編譯自/ ScitechDaily