Euclid¶

Euclid — космический телескоп Европейского космического агентства (ЕКА), предназначенный для изучения тёмной материи и тёмной энергии во Вселенной. Запущенный 1 июля 2023 года с мыса Канаверал (США) с помощью ракеты-носителя Falcon 9 компании SpaceX, аппарат работает в точке Лагранжа L2 системы Солнце—Земля, на расстоянии около 1,5 миллиона километров от Земли. Основная задача миссии — построение трёхмерной карты крупномасштабной структуры Вселенной, охватывающей более трети небесной сферы и содержащей миллиарды галактик на расстоянии до 10 миллиардов световых лет.

¶История и предпосылки

Идея миссии, названной в честь древнегреческого математика Евклида, возникла в начале 2000-х годов в рамках программы ЕКА «Cosmic Vision 2015—2025». В 2007 году проект был предложен как кандидат на среднюю миссию (M-class) и в 2011 году официально утверждён под названием Euclid. Разработкой руководил консорциум Euclid Consortium, объединяющий более 2000 учёных из 300 институтов в 15 европейских странах, а также США, Канаде и Японии. Головным подрядчиком по созданию спутника выступила компания Thales Alenia Space (Франция и Италия), а полезную нагрузку — телескоп и приборы — разработали Airbus Defence and Space (Франция) и другие участники консорциума.

Первоначально запуск планировался на 2020 год с использованием российской ракеты «Союз-СТ» с космодрома Куру во Французской Гвиане, однако из-за технических задержек и геополитических событий (включая прекращение сотрудничества с Россией в 2022 году) дата была перенесена. В итоге контракт на запуск был заключён с компанией SpaceX, и старт состоялся 1 июля 2023 года. Выход на рабочую орбиту вокруг точки L2 занял около месяца, после чего начался этап ввода в эксплуатацию и калибровки приборов, продлившийся до конца 2023 года.

¶Устройство и характеристики

¶Телескоп и оптическая система

Euclid оснащён телескопом-рефлектором системы Корша с диаметром главного зеркала 1,2 метра. Оптическая схема обеспечивает широкое поле зрения — 0,5 квадратного градуса (примерно в 200 раз больше, чем у космического телескопа «Хаббл»). Телескоп работает в двух диапазонах: видимом (VIS) и ближнем инфракрасном (NISP). Для защиты от солнечного света и теплового излучения используется многослойный солнцезащитный экран.

¶Научные инструменты

На борту установлены два основных прибора:

• VIS (Visible Imager) — камера видимого диапазона, состоящая из 36 ПЗС-матриц (CCD) общим разрешением 609 мегапикселей. Она предназначена для получения изображений галактик с высоким разрешением (0,1 угловой секунды на пиксель), что позволяет измерять их форму и распределение для анализа гравитационного линзирования.
• NISP (Near-Infrared Spectrometer and Photometer) — спектрометр и фотометр ближнего инфракрасного диапазона, работающий в трёх фотометрических фильтрах (Y, J, H) и спектроскопическом режиме (среднее разрешение около 250). NISP использует 16 детекторов на основе теллурида ртути-кадмия (HgCdTe) и позволяет измерять красное смещение галактик, а также их спектральные характеристики.

Оба прибора охлаждаются пассивными радиаторами до рабочих температур около 150 К (-123 °C) для VIS и 80 К (-193 °C) для NISP.

¶Спутниковая платформа

Спутник имеет массу около 2160 кг (включая 800 кг полезной нагрузки) и размеры 4,5 × 2,2 метра (в сложенном виде). Электропитание обеспечивается двумя солнечными батареями мощностью 2,5 кВт. Система ориентации использует звёздные датчики, гироскопы и маховики, обеспечивая точность наведения до 0,1 угловой секунды. Связь с Землёй осуществляется через антенну с высоким коэффициентом усиления в X-диапазоне (скорость передачи данных до 74 Мбит/с) и антенну в S-диапазоне для телеметрии и команд. Данные передаются на наземные станции в Австралии, Испании и Аргентине, а затем обрабатываются в центрах ЕКА.

¶Научные задачи

Основная научная программа Euclid направлена на решение двух ключевых проблем современной космологии: природы тёмной энергии и свойств тёмной материи. Для этого используются два взаимодополняющих метода:

• Гравитационное линзирование (слабый сдвиг) — измерение искажений формы далёких галактик под действием гравитационного поля промежуточных скоплений тёмной материи. Это позволяет построить карту распределения тёмной материи в пространстве и оценить её массу.
• Барионные акустические осцилляции (БАО) — анализ крупномасштабного распределения галактик по данным спектроскопии. БАО представляют собой регулярные флуктуации плотности материи, возникшие в ранней Вселенной, и служат «стандартной линейкой» для измерения расстояний и скорости расширения Вселенной.

Комбинируя данные VIS и NISP, Euclid сможет измерить параметры тёмной энергии с точностью до 1% и проверить альтернативные теории гравитации (например, модифицированную ньютоновскую динамику). Кроме того, миссия предоставит данные для изучения эволюции галактик, формирования скоплений и свойств тёмной материи на малых масштабах.

¶План наблюдений и обработка данных

Euclid будет проводить обзор неба в течение 6 лет (номинальный срок миссии), разделённый на два этапа:

• Широкий обзор (Wide Survey) — охватывает около 15 000 квадратных градусов (35% небесной сферы), исключая область Млечного Пути и плоскости эклиптики. Планируется получить изображения VIS для 1,5 миллиарда галактик и спектры NISP для 35 миллионов галактик.
• Глубокий обзор (Deep Survey) — три площадки по 10 квадратных градусов каждая, наблюдаемые с большей экспозицией для изучения самых далёких объектов (красное смещение до 2,5).

Ожидаемый объём данных за весь период миссии составит около 1 петабайта (10^15 байт). Обработка и анализ выполняются распределённой сетью центров в Европе, включая Институт внеземной физики имени Макса Планка (Германия) и Национальный институт астрофизики (Италия). Первые научные результаты ожидаются в 2025 году, а полный каталог данных — к 2030 году.

¶Значение и контекст

Euclid является одной из трёх крупных космических миссий по изучению тёмной энергии наряду с телескопом «Джеймс Уэбб» (NASA/ЕКА/ККА) и миссией «Роман» (NASA, запуск планируется в 2027 году). В отличие от них, Euclid специализируется именно на широкоугольном обзоре и статистическом анализе, что делает его уникальным инструментом для космологии. Миссия также дополняет наземные обсерватории, такие как «Обсерватория Веры Рубин» (Чили), которая будет проводить аналогичные наблюдения в оптическом диапазоне.

Для российской науки участие в миссии было ограничено: в 2010-х годах российские учёные из Института космических исследований РАН и других организаций участвовали в разработке программного обеспечения для обработки данных, однако после 2022 года сотрудничество было приостановлено. Тем не менее, данные Euclid остаются открытыми для международного научного сообщества, включая российских исследователей, при условии соблюдения санкционных ограничений.

¶Интересные факты

• Название миссии выбрано не только в честь математика Евклида, но и как отсылка к его труду «Начала», который заложил основы геометрии — Euclid измеряет геометрию Вселенной.
• Солнцезащитный экран телескопа имеет размеры 4,5 × 2,5 метра и изготовлен из многослойного материала, напоминающего ткань, используемую в космических кораблях.
• Для калибровки инструментов Euclid использует звёзды с известной светимостью, а также специальные бортовые источники света.
• Миссия стала первой для ЕКА, запущенной с помощью ракеты SpaceX, что вызвало дискуссии о зависимости европейской космонавтики от американских коммерческих пусковых услуг.

¶Источники

• ESA. Euclid Mission Overview. European Space Agency, 2023.
• Euclid Consortium. Euclid Definition Study Report. ESA/SRE(2011)12, 2011.
• Thales Alenia Space. Euclid Satellite Factsheet. 2023.
• NASA. Euclid Mission Page. Jet Propulsion Laboratory, 2023.
• Роскосмос. О сотрудничестве по миссии Euclid. Пресс-релиз, 2022.