Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) Euklidischer Satellit hat am 1. Mai 2023 den ersten Teil seiner langen Reise ins All absolviert, als es kam mit einem Boot aus Italien in Florida an. Es soll Anfang Juli mit einer von SpaceX gebauten Falcon 9-Rakete von Cape Canaveral abheben.
Euclid soll uns ein besseres Verständnis der „mysteriösen“ Komponenten unseres Universums vermitteln, die als dunkle Materie und dunkle Energie bekannt sind.
Anders als die normale Materie, die wir hier auf der Erde erleben, Dunkle Materie Licht weder reflektiert noch abstrahlt. Es bindet Galaxien zusammen und macht vermutlich etwa 80% der gesamten Masse im Universum aus. Wir wissen seit einem Jahrhundert davon, aber seine wahre Natur bleibt ein Rätsel.
Dunkle Energie ist ähnlich rätselhaft. Astronomen haben gezeigt, dass die Expansion des Universums in den letzten fünf Milliarden Jahren gewesen ist beschleunigt schneller als erwartet. Viele glauben diese Beschleunigung wird von einer unsichtbaren Kraft angetrieben, die als dunkle Energie bezeichnet wird. Dies macht etwa 70 % der Energie im Universum aus.
Euclid wird dieses „dunkle Universum“ kartieren, indem er eine Reihe wissenschaftlicher Instrumente verwendet, um Licht auf verschiedene Aspekte der dunklen Energie und der dunklen Materie zu werfen.
Ein Licht im Dunkeln
Nach dem Start wird Euclid eine einmonatige Reise in eine Region im Weltraum namens The unternehmen zweiter Lagrange-Punkt Erde-Sonne, der fünfmal weiter von uns entfernt ist als der Mond. Hier gleichen sich die Anziehungskräfte von Sonne und Erde aus und bieten Euklid einen stabilen Aussichtspunkt, um das Universum zu beobachten. Euklid wird beitreten James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) an diesem Punkt und wird der perfekte Begleiter für dieses erstaunliche Weltraumobservatorium sein.
Meine Beteiligung an Euclid begann 2007, als ich von der ESA eingeladen wurde, an einem unabhängigen Konzeptberatungsteam teilzunehmen, um zwei konkurrierende Missionsvorschläge namens SPACE und DUNE zu bewerten.
Beide verwendeten unterschiedliche Techniken und daher unterschiedliche Instrumente, um das dunkle Universum zu untersuchen, und die ESA hatte Mühe, sich zwischen ihnen zu entscheiden. Beides waren überzeugende Konzepte, und unser Team entschied, dass beide ihren Wert hatten, insbesondere um einen wichtigen Gegencheck zwischen ihnen zu ermöglichen. Euklid war so aus dem Besten beider Konzepte geboren.
Euclid wurde entwickelt, um das gesamte Universum zu untersuchen, und benötigt daher Instrumente mit weiten Sichtfeldern. Je breiter das Sichtfeld des Bildgebungsinstruments ist, desto mehr vom Universum kann es beobachten. Euklid verwendet dazu im Vergleich zu JWST ein relativ kleines Teleskop. In der Größe hat Euclid im Vergleich zum flugzeuggroßen JWST ungefähr die Größe eines Lastwagens. Aber Euclid trägt auch einige der größten Digitalkameras, die im Weltraum eingesetzt werden, mit Sichtfeldern, die hundertmal größer sind als die von JWST.
Formen und Farben
Der Euclid VIS (oder sichtbares) Instrument, hauptsächlich in Großbritannien gebaut, wurde entwickelt, um die Positionen und Formen so vieler Galaxien wie möglich zu messen, um nach subtilen Korrelationen in diesen Daten zu suchen, die durch die Gravitationslinse des Lichts verursacht werden, während es durch die dazwischen liegende dunkle Materie zu uns wandert. Dieser Gravitationslinseneffekt ist schwach, nur ein Teil von hunderttausend für die meisten Galaxien, weshalb viele Galaxien erforderlich sind, um den Effekt in hoher Auflösung zu sehen. Somit wird VIS über ein Drittel des Nachthimmels eine Hubble-Teleskop-ähnliche Bildqualität erzeugen.
VIS kann jedoch die Farben von Objekten nicht messen. Dies wird benötigt, um ihre Entfernung durch die zu messen Rotverschiebungseffekt, wo Licht von diesen Objekten in Abhängigkeit von ihrer Entfernung von uns zu längeren oder röteren Wellenlängen verschoben wird. Einige dieser Daten müssen von bestehenden und geplanten bodengestützten Observatorien stammen, aber Euclid trägt auch die NISP (Nahinfrarotspektrometer und Photometer) Instrument, das speziell entwickelt wurde, um die Infrarotfarben und -spektren und damit Rotverschiebungen für die entferntesten Galaxien zu messen, die Euklid sehen wird.
Um dunkle Energie zu messen, nutzt NISP eine relativ neue Technik namens Baryonische akustische Schwingungen (BAO) die eine genaue Messung der Expansionsgeschichte des Universums in den letzten 10 Milliarden Jahren liefert. Diese Geschichte ist von entscheidender Bedeutung, um mögliche Modelle der Dunklen Energie zu testen, einschließlich vorgeschlagener Änderungen an Einstiens Allgemeiner Relativitätstheorie.
Fundgrube
Ein solches Experiment erfordert eine Armee von Wissenschaftlern, und nicht jeder arbeitet nur an dunkler Materie und dunkler Energie. Wie JWST wird Euclid eine Fundgrube für neue Entdeckungen in vielen Bereichen der Astronomie sein. Das Euclid-Konsortium benötigt Hunderte von Menschen, um bei der Entwicklung der hochentwickelten Software zu helfen, die erforderlich ist, um die Weltraumdaten mit den bodengestützten Daten zusammenzuführen und mit hoher Genauigkeit die Formen und Farben von Milliarden von Galaxien zu extrahieren.
Diese Software wurde auch anhand einiger der größten Simulationen des Universums, die jemals konstruiert wurden, überprüft und verifiziert. Nach der Ankunft in L2 wird Euclid mehrere Monate lang getestet, validiert und kalibriert, um sicherzustellen, dass die Instrumente und das Teleskop wie erwartet funktionieren. Wir alle kennen dieses nervöse Warten nach dem jüngsten JWST-Start.
Sobald Euclid fertig ist, wird es eine fünfjährige Vermessung von 15.000 Quadratgraden des Himmels beginnen, bei der etwa 2.000 Wissenschaftler aus der ganzen Welt die Ergebnisse sammeln werden. Die wahre Kraft von Euclid wird jedoch erst erkannt, wenn wir all diese Daten zusammen haben und sorgfältig analysieren. Das könnte weitere fünf Jahre dauern und uns bis weit in das nächste Jahrzehnt hineinbringen, bevor wir unsere letzten dunklen Antworten haben. Der Start von SpaceX fühlt sich daher nur wie die Hälfte der Euclid-Geschichte an.
Ich werde diesen Sommer nach Florida reisen, um den Start von Euclid zu sehen. Ich werde von Hunderten meiner Kollegen begleitet, die ihre Karriere dem Bau dieses erstaunlichen Teleskops und Experiments gewidmet haben. Zu sehen, wie das Projekt auf diese Weise zustande kam, macht mich stolz, mich als „Euklidianer“ zu bezeichnen.
Dieser Artikel wird neu veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative-Commons-Lizenz. Lies das originaler Artikel.
Bob Nichol erhielt zuvor im Rahmen seiner Führungsrolle im Euclid Consortium Fördermittel von der UKSA. Er hat seit 2020 keine Finanzierung von UKSA erhalten.