Космическая обсерватория «Евклид» разработана Европейским Космическим Агентством (ЕКА). Телескоп займётся изучением галактик, съёмка которых будет осуществляться с высочайшей точностью. Это позволит получить новые данные о тёмной материи и тёмной энергии. Запуск намечен на июль 2023 года
Темная материя
Темная материя не излучает и не поглощает свет, практически не взаимодействует с «обычной» материей, ученым пока не удалось поймать ни одной «темной» частицы. Но без нее не могла бы существовать знакомая нам Вселенная.
Главное свидетельство — это наблюдения флуктуаций реликтового излучения, то есть результаты, которые за последние 15 лет получили космические аппараты WMAP и «Планк».
Всё началось, когда астроном Фриц Цвикки занялся изучением скопления Волосы Вероники. Исследуя движение галактик, вращавшихся вокруг центра этого скопления, Цвикки вычислил, сколько материи требуется, чтобы поддерживать гравитационную связь между галактиками. Проанализировав их излучение и рассчитав общее количество имевшихся звезд, он обнаружил, что большей части массы не хватало.
Цвикки пришел к выводу, что плотность массы должна быть в 400 раз больше, чем предполагала светимость. Таким образом он доказал, что полная масса галактик отличается от массы звезд в них (светящееся вещество, которое видно через телескоп). До тех пор считалось, что масса галактики равна сумме масс всех звезд в ней. Но из исследования становится ясно, что в галактике есть и другая масса, которая не светится как звезды и, следовательно, невидима. В дальнейшем астрономы снизили эту цифру до 50 раз, но все равно она представлялась огромной.
В статье в одном швейцарском журнале в 1933 году Цвикки писал, что если астрономы не смогут найти объяснение этого несоответствия, то можно прийти к какому-то поразительному выводу, например, что количество светящейся материи в Волосах Вероники ничтожно в сравнении с каким-то типом dunkle Materie – или темной материи. И это – первое использование термина «темная материя» в научной литературе.
Чуть позже результат эксперимента подтвердили и другие астрономы.
Учёные предполагают что темная материя состоит из вимпов (WIMP), массивных частиц, почти не взаимодействующих с частицами обычной материи и что у них достаточно большая масса
Без темной материи не могли возникнуть галактики. Частицы темной материи действуют как невидимый цемент, который стягивает барионы в галактики, а затем уже в них начинается процесс образования звезд.
Тёмная материя есть везде. Считается, что в нашей Галактике масса темной материи менее 10 процентов. Но в окрестностях Галактики темной материи больше. Её можно увидеть благодаря барионам признаки присутствия ореола из темной материи вокруг как нашей, так и других звездных систем.
С конца прошлого века физики проводят эксперименты на установках глубоко под землей в попытках уловить столкновения отдельных частиц темной материи. Эти занимаются две крупные коллаборации, XENON и PandaX-II.
Ксеноновый детектор частиц темной материи XENON1T
Коллаборация Xenon100
Первая из них построила самый большой в мире детектор темной материи XENON1T. В нем используется 2000-килограммовая мишень из жидкого ксенона, помещенная в бак с водой высотой 10 метров. Все это находится под землей на глубине в 1,4 километра в Национальной лаборатории Гран-Сассо (Италия).
Установка PandaX-II погребена на глубине 2,4 километра в китайской провинции Сычуань и содержит 584 килограмм жидкого ксенона.
Телескоп CAST (CERN Axion Solar Telescope) в ЦЕРНе ищет гипотетические частицы — аксионы, из которых может состоять темная материя.
Но никому из них пока не удалось обнаружить частиц темной материи.
На сегодня реальные наблюдения есть только из космологии.
Миссия Евклид
Миссия ЕКА «Евклид» предназначена для изучения состава и эволюции Вселенной. Космический телескоп создаст великолепную карту крупномасштабной структуры Вселенной в пространстве и времени, наблюдая множество галактик на расстоянии до 10 миллиардов световых лет. «Евклид» исследует, как расширялась Вселенная и как формировалась ее структура на протяжении космической истории. Космический аппарат назван в честь древнегреческого математика Евклида. «Евклид» является частью научной программы ЕКА Cosmic Vision.
Телескоп Евклид соберет данные, которые помогут ученым лучше понять геометрию поведения темной материи и темной энергии, для этого аппарат проведет точные измерения ускорения расширения Вселенной. Европейская космическая обсерватория будет измерять красные смещения галактик, находящихся на разном расстоянии от Земли, и исследовать связь красного смещения и расстояния.
Разработка «Евклида» заняла более 10 лет и велась Европейским космическим агентством при участии NASA. Обсерватория оснащена
1. Сервисным модулем здесь находится критически важное оборудование, включая двигательную, электрическую, терморегулирующую и коммуникационную системы, которые будут использоваться для поддержки модуля полезной нагрузки на протяжении всей его миссии. Он включает в себя солнцезащитный экран, который будет использоваться для обеспечения тепловой защиты и защиты инструментов космического корабля от прямых солнечных лучей. Этот щит также включает в себя единую солнечную батарею, которая будет питать Евклида.
2. Служебным модулем здесь находится система управления ориентацией и орбитой (AOCS), которая будет контролировать ориентацию телескопа и выполнять как крошечные корректировки, необходимые для точного наведения, так и более крупные высокоскоростные поворотные движения. Набор из двенадцати микроньютонных двигателей с холодным газом будет использоваться для точного управления, измеряемого датчиком точного наведения (FGS) на модуле полезной нагрузки.
Система также оснащена гидразиновыми двигателями, которые можно использовать для маневрирования и корректировки орбиты.
В модуле полезной нагрузки, расположенном на вершине служебного модуля, разместятся телескоп и два научных инструмента. Euclid имеет телескоп типа Корша с тремя изогнутыми и тремя плоскими зеркалами. Телескоп Корша имеет широкое поле зрения, но при этом дает четкое изображение. У Евклида диаметр апертуры 1,2 метра.
Свет, собранный телескопом, будет направляться на инструменты через дихроичный фильтр, который будет разделять свет на видимый и ближний инфракрасный диапазоны.
Два инструмента Евклида — это Visible Instrument (VIS), предоставленный ЕSA, и спектрометр и фотометр ближнего инфракрасного диапазона NASA (NSIP). VIS будет использоваться для точных измерений формы галактик, в то время как NISP будет проводить спектроскопические измерения, разделяя свет от галактики на отдельные длины волн.
Готовый космический корабль имеет размеры 4,7 метра в высоту и 3,7 метра в ширину. Полностью заправленный, имеет массу 2160 кг.
Euclid будет запущен к точке Лагранжа L2 Солнце-Земля, где он присоединится к космическим телескопам Gaia ЕSA и NASA Джеймса Уэбба. Путь длиной 1,5 миллиона километров до L2 займет около 30 дней.
Запланированная продолжительность миссии составит шесть лет. Планируется, что европейская миссия стоимостью 1,4 миллиарда евро продлится до 2029 года, но если все будет в порядке, то она может быть продлена еще на пару лет.
Euclid Wide Survey охватит 15 000 квадратных градусов самых темных участков неба. Этот обширный обзор станет ядром миссии по поиску сигналов искажения, создаваемых темной материей.
Euclid Deep Field охватит 40 квадратных градусов и поможет откалибровать данные широкого обзора, а также расширить масштабы миссии. Исследования Deep Field смогут найти слабые объекты с большим красным смещением.
Наблюдения будут вестись в пошаговом режиме.
Евклид будет наблюдать полосу в 10-20 градусов в день, что позволит ему покрывать участки в 400 квадратных градусов каждый месяц. Каждые шесть месяцев телескоп будет переориентироваться в противоположном направлении, чтобы он мог исследовать другое полушарие.
Подготовка и запуск
Миссия «Евклид» успешно прошла испытания на электромагнитную совместимость
Такого рода испытания являются обычными для космических аппаратов. Вся электроника излучает ту или иную форму электромагнитных волн, которые могут создавать помехи другим устройствам.
В большой испытательной камере имитируется электромагнитная среда глубокого космоса. Камера облицована конусами, которые поглощают радиосигналы и предотвращают отражения. Стенки камеры образуют стальную клетку Фарадея, непроницаемую для электромагнитных сигналов из внешнего мира.
В этой среде команда изучила радиосигналы и электрические помехи, поступающие от различных систем космического корабля, и проверила, не вызывают ли они каких-либо электромагнитных помех друг у друга.
Сборка «Евклида» была завершена летом 2022 года, после чего обсерватория была отправлена на испытания в цеха компании Thales Alenia Space в Турине. Вначале обсерватория прошла термовакуумные испытания, а 20 февраля 2023 года было объявлено о завершении электромагнитных испытаний.
В ближайшие месяцы все испытания будут завершены, после чего обсерваторию отправят в США. Запуск «Евклида» в космос намечен на июль 2023 года.
Вывод телескопа на переходную орбиту к точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля осуществит ракетоноситель Falcon 9 компании SpaceX. Изначально запустить телескоп в космос должна была ракетоноситель «Союз-СТ-Б» c космодрома Куру, в конце 2022 года. Но из-за событий в Украине сотрудничество между ESA и Роскосмосом закончилось, и европейцы выбрали другую компанию — SpaceX.
Falcon 9 «сокол» — семейство одноразовых ракетоносителей тяжёлого класса. Falcon 9 состоит из двух ступеней и использует в качестве компонентов топлива керосин марки RP-1 горючее и жидкий кислород окислитель. Цифра «9» в названии обозначает количество жидкостных ракетных двигателей Merlin, установленных на первой ступени ракетоносителя.
