Wszyscy wiemy o istnieniu teleskopu Hubble’a, wielu słyszało o teleskopie Jamesa Webba. Ale Euclid? Euclid, czyli Euklides, to teleskop do obserwacji Wszechświata w zakresie światła widzialnego i bliskiej podczerwieni, skonstruowany przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) we współpracy z amerykańską NASA. Misja, obliczona na sześć lat, ma za zadanie obserwację i rejestrację kształtu, rozmieszczenia i odległości galaktyk i grup galaktyk. Efektem ma być dokładna mapa około ⅓ nieba, zawierająca 1,5 miliarda galaktyk, a głębokość obserwacji ma sięgać 10 miliardów lat świetlnych. Analiza rozmieszczenia i kształtu zarejestrowanych obiektów powinna dostarczyć dowodów na istnienie tzw „ciemnej materii” i „ciemnej energii”, które, według szacunków, stanowią nawet 95% materii i energii zawartej we Wszechświecie. Więcej na temat ciemnej materii można przeczytać w artykule Ciemna materia, czyli królowa jest naga. Być może dzięki Euclidowi będzie można zmienić tytuł na “Ciemna materia, czyli królowa jest skąpo rozebrana”.

Dlaczego Euclid?

Teleskop Euclid został nazwany imieniem Euklidesa – ojca geometrii i autora „Elementów”, jednego z najsłynniejszych dzieł matematycznych. O Euklidesie wiemy niewiele, prawie nic, podobnie jak o Wszechświecie. Jego „Elementy” znamy jedynie z powstałego siedem wieków później komentarza Proklosa do pierwszej księgi dzieła. O życiu Euklidesa wiemy jeszcze mniej, tyle tylko, że był trochę młodszy od uczniów Platona, ale starszy od Eratostenesa i Archimedesa. Prawdopodobnie kształcił się w Atenach, w szkole Platona.

Dlaczego właśnie geometra został patronem? Prawdopodobnie dlatego, że jednym z podstawowych pytań kosmologii jest geometria kosmosu, struktura przestrzeni, jej zmienność i dynamika. Co prawda jest to geometria nieeuklidesowa, ale od czegoś trzeba zacząć. Być może następnym teleskopem będzie Riemann, niewystarczająco doceniony geniusz matematyczny, bez którego Albert Einstein nie zrobiłby nawet jednego kroku w stronę ogólnej teorii względności.

Misja

Misja Euclid rozpoczęła się 1 lipca 2023 roku od startu rakiety Falcon-9 z Przylądka Canaveral na Florydzie. Miejscem docelowymi był punkt Lagrange’a L2 w odległości 1,5 mln kilometrów od Ziemi, zwany inaczej punktem libracyjnym. Jeśli mamy dwa ciała (Słońce i Ziemia) to istnieje pięć punktów Lagrange’a, w których trzecie ciało, w tym przypadku teleskop, może pozostawać w spoczynku względem pozostałych dwóch ciał, gdyż oddziaływania grawitacyjne i siła odśrodkowa równoważą się. Do stabilizacji położenia satelity mogą służyć rzadko uruchamiane, niewielkie silniki korekcyjne.

Punkt L2 jest optymalny dla teleskopów kosmicznych przeznaczonych do obserwacji planet Układu Słonecznego (ale nie Słońca, do tego idealny jest punkt L1) oraz innych odległych obiektów, gdyż zawsze znajduje się w cieniu Ziemi. Dlatego w pobliżu punktu L2 umieszczone jest Kosmiczne Obserwatorium Herschela, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), teleskop ESA Gaia i satelita Planck.

Wracając do Euclida. Po czterech miesiącach od wystrzelenia rakiety Falcon Euclid jest gotowy do pracy i właśnie przesłał (7.11.2023) na Ziemię pierwsze fotografie, trzeba przyznać, że oszałamiającej jakości. Jeszcze kilka miesięcy potrwa kalibracja i testowanie teleskopu, a rutynowe obserwacje rozpoczną się już na początku 2024 roku.

Obrazy przesłane przez Euclid są niesamowicie ostre i dokładne. Dość powiedzieć, że obraz gromady galaktyk w gwiazdozbiorze Perseusza zawiera 1000 galaktyk należących do tej gromady i ponad 100000 galaktyk w tle.Obrazy przesyłane przez Euclida mają jeszcze jedną zaletę, która powinna zainteresować popularyzatorów astronomii – wielkość kadru. Jedno zdjęcie wysokiej rozdzielczości może obejmować całą galaktykę lub całą gromadę kulistą, będzie można je powiększać aż do widoku pojedynczych gwiazd. Nie trzeba dodawać, że jest to bardzo atrakcyjny materiał ilustracyjny.

Technikalia

Sonda Euclid ma około 4,7 m wysokości i 3,7 m średnicy. Składa się z dwóch głównych komponentów: modułu serwisowego i modułu ładunku.

Moduł ładunku składa się z teleskopu o średnicy 1,2 m wykonanego z węglika krzemu (bardzo twardego karborundu, używanego jako materiał ścierny) i dwóch kamer: kamery światła widzialnego (instrument VISible, VIS) oraz kamery/spektrometru bliskiej podczerwieni (spektrometr i fotometr bliskiej podczerwieni, NISP). Moduł serwisowy zawiera systemy satelitarne: wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej, kontroli położenia przestrzennego, elektroniki przetwarzania danych, napędu, telesterowania i telemetrii oraz kontroli termicznej.

Cel misji

Euclid ma dostarczyć danych do uzyskania odpowiedzi na podstawowe pytania współczesnej kosmologii:
– jaka jest natura ciemnej materii?
– jaka jest struktura i historia kosmicznej sieci?
– jaka jest struktura i rozkład materii we Wszechświecie?
– jak zmieniała się ekspansja Wszechświata na przestrzeni czasu?
– jaka jest natura ciemnej energii?
– czy dobrze rozumiemy grawitację w skali makrokosmicznej?
Mapa galaktyk stworzona przez Euclid będzie trójwymiarowa, ponieważ w rozszerzającym się Wszechświecie istnieje współzależność odległości galaktyk od Ziemi, poczerwienienia ich widma i szybkości oddalania się. Właśnie to będzie trzecim wymiarem tej mapy.

Dokładność zdjęć galaktyk wykonanych przez teleskop Euclid jest tak wysoka, że będzie można analizować kształt galaktyk, porównywać ten kształt z kształtem obliczonym z dynamiki wirującego dysku materii i na tej podstawie wykrywać skupiska ciemnej materii, która zakrzywia tor fotonów wpadających do teleskopu, zniekształcając obraz obserwowanej galaktyki. Zjawisko to nazywa się mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym i jest bezpośrednim skutkiem zakrzywienia przestrzeni (wynikającego z ogólnej teorii względności) przez masę.

Co to jest kosmiczna sieć?

Jako jeden z celów misji wymieniłem badanie „kosmicznej sieci”. Co to takiego? Ciemna materia, ponieważ jest nieprzezroczysta i nie emituje światła, zasłania położone za nią galaktyki. Gdyby nie było ciemnej materii, rozmieszczenie wszystkich galaktyk byłoby bardziej równomierne. Z tego powodu widok dalekiego kosmosu przypomina sieć włókien o nieregularnych oczkach. Dotychczasowe możliwości obserwacji nie pozwalały na dokładniejsze badanie tych struktur, widoczne były jedynie rozmyte zarysy sieci. Jedno z prezentowanych powyżej zdjęć wykonanych przez Euclid (gromada galaktyk w Perseuszu) obejmuje obszar, w którym takie badania mogą być przeprowadzone. Celem misji Euclid ma być właśnie być mapa 3D rozmieszczenia ciemnej materii, na podstawie której będzie można wysnuć wnioski dotyczące prawidłowości i mechanizmów rządzących tym fenomenem.

Czy to nie dwa grzyby w barszcz? Euclid vs. JWST

Nie, to są dwa różne teleskopy, nie konkurują ze sobą, raczej się uzupełniają.

James Webb Space Telescope (JWST) to uruchomiony w 2021 roku teleskop kosmiczny służący do obserwacji ewolucji gwiazd i genezy galaktyk po Wielkim Wybuchu oraz wyszukiwania i klasyfikacji egzoplanet, a także badania ich atmosfery. Zwierciadło JWST ma średnicę 6,5 m (Euclid 1,2 m), co pozwala mu obserwować bardzo słabe optycznie obiekty. Pracuje tylko w podczerwieni, co pozwala „zajrzeć” na odległość 13,5 miliarda lat świetlnych (Euclid: 10 miliardów), aż do obiektów powstających w najwcześniejszym okresie powstawania Wszechświata.

Warto wiedzieć, że bank danych misji Euclid będzie udostępniany publicznie za pośrednictwem Astronomy Science Archives mieszczącego się w Europejskim Centrum Astronomii Kosmicznej ESA w Hiszpanii. Warto już teraz zajrzeć na tę stronę, bo zawiera setki terabajtów danych na temat kilkudziesięciu misji, w których uczestniczy(-ła) ESA, między innymi: Gaia, Herschel, JWST, Hubble, Planck, Patfinder, Cassini Huygens, Rosetta, oraz przyszłych jak: Euclid, Ariel, Plato, Juice, Smile.

Źródła:

1. https://wyborcza.pl/7,75400,30377081,pierwsze-zdjecia-teleskopu-euclid-wprost-zapieraja-dech-moga.html
2. https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/Euclid_s_first_images_the_dazzling_edge_of_darkness
3. https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid_overview
4. https://pl.wikipedia.org/wiki/Punkt_libracyjny
5. https://ts2.space/en/what-is-the-difference-between-the-euclid-telescope-and-the-james-webb-telescope/
6. https://www.jameswebbdiscovery.com/other-missions/euclid/euclid-telescope-vs-james-webb-space-telescope-exploring-the-cosmos
7. https://www.cosmos.esa.int/web/esdc