Euclid (Weltraumteleskop)

Euclid ist ein Weitwinkel- Weltraumteleskop mit einer 600- Megapixel- Kamera zur Aufzeichnung von sichtbarem Licht , einem Nahinfrarot- Spektrometer und einem Photometer zur Bestimmung der Rotverschiebung detektierter Galaxien . Es wurde von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und dem Euclid-Konsortium entwickelt und am 1. Juli 2023 von Cape Canaveral in Florida aus gestartet . ^{[ 10 ] [ 11 ]} Die Mission ist nach dem antiken griechischen Mathematiker Euklid benannt .

Nach etwa einem Monat erreichte das Teleskop sein Ziel: eine Halo-Umlaufbahn um den zweiten Lagrange-Punkt L2 des Sonne-Erde-Systems , durchschnittlich 1,5  Millionen Kilometer jenseits der Erdumlaufbahn . Dort soll es mindestens sechs Jahre lang in Betrieb bleiben. Ziel der Euclid- Mission ist es, Dunkle Energie und Dunkle Materie besser zu verstehen, indem die beschleunigte Expansion des Universums präzise gemessen wird . Das Teleskop vom Korsch -Typ wird die Formen von Galaxien in unterschiedlichen Entfernungen von der Erde vermessen und den Zusammenhang zwischen Entfernung und Rotverschiebung untersuchen .

Euclid ist eine Mission der mittleren Klasse (M-Klasse) und Teil der Cosmic Vision- Kampagne des ESA- Wissenschaftsprogramms . Euclid wurde im Oktober 2011 zusammen mit Solar Orbiter ausgewählt . ^{[ 12 ]} Der Start von Euclid erfolgte mit einer Falcon-9 -Rakete. ^{[ 13 ] [ 4 ]} Am 7. November 2023 veröffentlichte die ESA die ersten Vollfarbbilder des Kosmos von Euclid, die das Potenzial von Euclid zur Erstellung der umfassendsten 3D-Karte des Universums verdeutlichen. ^{[ 14 ] [ 15 ]} Im Mai 2024 veröffentlichte die ESA-Mission Euclid Bilder der Galaxienhaufen Abell 2390 und Abell 2764, des Sternentstehungsgebiets Messier 78 , der Spiralgalaxie NGC 6744 und der Dorado-Gruppe . ^{[ 16 ]}

Euclid erforscht die Geschichte der Expansion des Universums und die Entstehung kosmischer Strukturen , indem es die Rotverschiebung von Galaxien bis zu einem Wert von 2 misst, was einer Betrachtung vor 10 Milliarden Jahren entspricht. ^{[ 17 ]} Der Zusammenhang zwischen Galaxienformen und ihrer entsprechenden Rotverschiebung trägt dazu bei, den Beitrag der Dunklen Energie zur beschleunigten Expansion des Universums aufzuzeigen. Die verwendeten Methoden nutzen das Phänomen der Gravitationslinsen , die Messung baryonischer akustischer Oszillationen und die spektroskopische Bestimmung galaktischer Entfernungen . ^{[ 18 ]}

Gravitationslinseneffekt (oder Gravitationsscherung) bezeichnet die Veränderung der Lichtbahnen durch Materie, die die Raumzeitkrümmung lokal verändert : Das von Galaxien emittierte Licht wird abgelenkt, wenn es nahe an Materie entlang der Sichtlinie vorbeizieht, wodurch das resultierende Bild verzerrt wird. Diese Materie besteht teilweise aus sichtbaren Galaxien, besteht aber vermutlich größtenteils aus Dunkler Materie . Durch die Messung dieser Scherung lässt sich die Menge an Dunkler Materie abschätzen und so das Verständnis ihrer Verteilung im Universum erweitern . ^{[ 19 ]}

Spektroskopische Messungen ermöglichen die Bestimmung der Rotverschiebung von Galaxien und ihrer Entfernungen mithilfe des Hubble-Gesetzes . Auf diese Weise lässt sich die dreidimensionale Verteilung der Galaxien im Universum rekonstruieren . ^{[ 17 ]}

Anhand dieser Daten lassen sich gleichzeitig die statistischen Eigenschaften der Verteilung von Dunkler Materie und Galaxien messen und deren Veränderung mit zunehmender zeitlicher Entfernung bestimmen. Für ausreichend genaue Messungen sind hochpräzise Bilder erforderlich. Jegliche sensorbedingte Verzerrung muss berücksichtigt und kalibriert werden, da die resultierenden Daten sonst nur bedingt nutzbar wären. ^{[ 17 ]}

Während seiner geplanten Missionsdauer von mindestens sechs Jahren wird Euclid etwa 15.000 Quadratgrad (4,6 msr), also etwa ein Drittel des Himmels, beobachten ^und sich dabei auf den extragalaktischen Himmel (den von der Milchstraße abgewandten Himmel ) konzentrieren. ^{[ 2 ]} Es wird während seiner sechsjährigen Mission täglich etwa 100 Gigabyte komprimierter Daten erzeugen. ^{[ 20 ]} Die Himmelsdurchmusterung wird durch zusätzliche Beobachtungen von drei Tiefenfeldern ergänzt, die ein fünffach höheres Signal-Rausch-Verhältnis als die Weitfelddurchmusterung aufweisen; die Tiefenfelder umfassen 50 Quadratgrad ⁽ 15,2 msr). ^{[ 21 ]} Die drei Felder werden während der gesamten Missionsdauer regelmäßig angeflogen. Sie dienen als Kalibrierungsfelder, zur Überwachung der Stabilität des Teleskops und der Instrumente sowie zur Gewinnung wissenschaftlicher Daten durch die Beobachtung der entferntesten Galaxien und Quasare im Universum. ^{[ 22 ]} Zwei der Tiefenfelder überschneiden sich mit Tiefenfeldern bestehender Untersuchungen ^{[ 23 ]} und das dritte Tiefenfeld ist als Standort für eines der LSST-Tiefenbohrfelder am Vera C. Rubin Observatorium vorgesehen . ^{[ 24 ]}

Um für jede Galaxie eine ausreichend genaue photometrische Rotverschiebung zu messen, benötigt die Euclid-Mission zusätzliche photometrische Daten, die in mindestens vier Filtern im optischen Wellenlängenbereich gewonnen werden. Diese Daten werden mit bodengebundenen Teleskopen auf der Nord- und Südhalbkugel erfasst, um das gesamte Missionsgebiet von 15.000 Quadratgrad abzudecken. ^{[ 25 ] [ 26 ] Insgesamt} werden für jede Galaxie der Euclid- Mission photometrische Informationen in mindestens sieben verschiedenen Filtern im Bereich von 460–2000 nm erfasst. ^{[ 27 ]}

Euclid wird etwa 10 Milliarden astronomische Objekte beobachten, von denen eine Milliarde für die Gravitationslinsenmessung (zur Bestimmung ihrer Gravitationsscherung) ^{[ 28 ]} genutzt wird – mit einer 50-mal höheren Präzision als bisher mit bodengebundenen Teleskopen möglich. Euclid misst spektroskopische Rotverschiebungen von mindestens 30 Millionen Objekten, um Galaxienhaufen zu untersuchen .

Die wissenschaftliche Auswertung dieses Datensatzes erfolgt durch ein europäisch geführtes Konsortium mit über 1200 Mitgliedern in mehr als 100 Laboren in 18 Ländern (Österreich, Belgien, Dänemark, Finnland, Frankreich, Deutschland, Italien, Niederlande, Norwegen, Portugal, Rumänien, Spanien, Schweiz, Großbritannien, Kanada, USA und Japan). ^{[ 29 ]} Das Euclid-Konsortium ist außerdem für den Bau der Euclid- Instrumentennutzlast sowie für die Entwicklung und Implementierung des Euclid- Bodensegments verantwortlich , das alle vom Satelliten erfassten Daten verarbeitet. ^{[ 28 ]}

Die am Euclid-Konsortium beteiligten Labore werden von ihren nationalen Raumfahrtagenturen finanziert und unterstützt, die auch die programmatischen Verantwortlichkeiten für ihren nationalen Beitrag tragen, sowie von ihren nationalen Forschungseinrichtungen (Forschungsinstitutionen, Observatorien, Universitäten). Insgesamt trägt das Euclid-Konsortium bis zum Abschluss der Mission etwa 25 % der Gesamtbudgetkosten bei. ^{[ 30 ]}

Das enorme Datenvolumen, die Vielfalt der Daten (Weltraum- und Bodenmessungen, sichtbares und nahinfrarotes Licht, Morphometrie , Photometrie und Spektroskopie) sowie die hohe Messgenauigkeit erforderten erhebliche Sorgfalt und Anstrengungen bei der Datenverarbeitung und machten diese zu einem kritischen Bestandteil der Mission. Die ESA , die nationalen Raumfahrtagenturen und das Euclid-Konsortium investieren beträchtliche Ressourcen in den Aufbau von Forschungs- und Ingenieurteams für die Algorithmenentwicklung, Softwareentwicklung, Test- und Validierungsverfahren sowie die Datenarchivierung und Datenverteilungsinfrastruktur.

Insgesamt werden neun über die Länder des Euclid-Konsortiums verteilte Wissenschaftsdatenzentren über mindestens sechs Jahre mehr als 170 Petabyte an Rohbilddaten verarbeiten, um der wissenschaftlichen Gemeinschaft Datenprodukte (Bilder, Kataloge, Spektren) in drei öffentlichen Hauptveröffentlichungen im Wissenschaftsarchivsystem der Euclid- Mission bereitzustellen. ^{[ 31 ] [ 27 ]}

Dank seiner umfassenden Himmelsabdeckung und seiner Kataloge mit Milliarden von Sternen und Galaxien reicht der wissenschaftliche Wert der von der Mission gesammelten Daten weit über die Kosmologie hinaus . Diese Datenbank wird der weltweiten astronomischen Gemeinschaft Quellen und Ziele für das James-Webb-Weltraumteleskop und das Atacama Large Millimeter Array sowie für zukünftige Missionen wie das Extremely Large Telescope (ELT) , das Thirty Meter Telescope (TMT) , das Square Kilometer Array (SKA) und das Vera C. Rubin Observatory liefern . ^{[ 32 ]}

Die ESA beauftragte die italienische Niederlassung von Thales Alenia Space mit dem Bau des Raumfahrzeugs in Turin . Euclid ist 4,5 Meter lang, hat einen Durchmesser von 3,1 Metern und eine Masse von 2 Tonnen. ^{[ 3 ]} Das Nutzlastmodul von Euclid wurde von der französischen Niederlassung von Airbus Defence and Space in Toulouse entwickelt . Es besteht aus einem Korsch-Teleskop mit einem Hauptspiegel von 1,2 Metern Durchmesser, der eine Fläche von 0,91  ^Quadratgrad abdeckt . ^{[ 33 ] [ 34 ]}

Das Euclid-Konsortium, bestehend aus Wissenschaftlern aus 13 europäischen Ländern und den Vereinigten Staaten, stellte die Kamera für sichtbares Licht (VIS) ^{[ 6 ]} und das Nahinfrarot- Spektrometer und -Photometer (NISP) ^{[ 7 ]} bereit. Gemeinsam werden sie die dreidimensionale Verteilung von bis zu zwei Milliarden Galaxien kartieren, die sich über mehr als ein Drittel des gesamten Himmels erstrecken ^{[ 35 ]} . Diese großformatigen Kameras werden zur Charakterisierung der morphometrischen , photometrischen und spektroskopischen Eigenschaften von Galaxien eingesetzt.

• VIS, eine Kamera, die im sichtbaren Wellenlängenbereich (530–920 nm) arbeitet und aus einem Mosaik von 6 × 6 e2v- Ladungsgekoppelten Detektoren mit 600 Millionen Pixeln besteht, ermöglicht die Messung der Deformation von Galaxien ^{[ 36 ].}
• NISP, eine Kamera, die aus einem Mosaik von 4 × 4 Teledyne H2RG-Detektoren besteht, die empfindlich auf Nahinfrarotstrahlung (920–2020 nm) reagieren und 65 Millionen Pixel aufweisen, ist für Folgendes konzipiert:

1. Sie liefern ungenaue Messungen der Rotverschiebung und damit der Entfernungen von über einer Milliarde Galaxien mittels Mehrfarbenphotometrie (3-Filter (Y, J und H)) ( photometrische Rotverschiebungstechnik ); und
2. Mithilfe eines spaltlosen Spektrometers wird das Lichtspektrum im nahen Infrarot (920–1850 nm) analysiert, um präzise Rotverschiebungen und Entfernungen von Millionen von Galaxien mit einer Genauigkeit zu ermitteln, die 10-mal besser ist als photometrische Rotverschiebungen , und um die baryonischen akustischen Oszillationen zu bestimmen . ^{[ 37 ]}

The telescope bus includes solar panels that provide power and stabilise the orientation and pointing of the telescope to better than 35 milliarcseconds (170 nrad). The telescope is insulated to ensure good thermal stability so as to not disturb the optical alignment.

The telecommunications system is capable of transferring 850 gigabits per day. It uses the Ka band and CCSDS File Delivery Protocol to send scientific data at a rate of 55 megabits per second for 4 hours per day to the 35 m dish Cebreros ground station in Spain, when the telescope is above the horizon. Euclid has an onboard storage capacity of 4 terabits (500 GB).^[38]

The service module (SVM) hosts most of the spacecraft subsystems:

• TT&C – Telemetry and Telecommand
• AOCS – Attitude Orbit Control System
• CDMS – Central Data Management System
• EPS – Electrical Power System
• RCS – Reaction Control System
• MPS – Micro-Propulsion System

AOCS provides stable pointing with a dispersion beneath 35 milli-arcseconds per visual exposure. A high thermal stability is required to protect the telescope assembly from optical misalignments at those accuracies.^[39]

Euclid emerged from two mission concepts that were proposed in response to the ESA Cosmic Vision 2015–2025 Call for Proposals, issued in March 2007: DUNE, the Dark Universe Explorer, and SPACE, the Spectroscopic All-Sky Cosmic Explorer. Both missions proposed complementary techniques to measure the geometry of the universe, and after an assessment study phase, a combined mission resulted. The new mission concept was called Euclid, honouring the Greek mathematician Euclid of Alexandria (~300 BC), who is considered the father of geometry. In October 2011, Euclid was selected by ESA's Science Programme Committee for implementation, and on 25 June 2012 it was formally adopted.^[1]

NASA signed a memorandum of understanding with ESA on 24 January 2013 describing its participation in the mission. NASA provided 20 detectors for the near-infrared band instrument, which operate in parallel with a camera in the visible-light band. The instruments, the telescope, and the satellite were built-in and are operated from Europe. NASA has also appointed 40 American scientists to be part of the Euclid consortium, which developed the instruments and analyse the data generated by the mission. Currently, this consortium brings together more than 1000 scientists from 13 European countries and the United States.^[40]

Im Jahr 2015 bestand Euclid eine erste Designprüfung, nachdem zahlreiche technische Konstruktionen abgeschlossen und wichtige Komponenten gebaut und getestet worden waren. ^{[ 41 ]} Im Dezember 2018 bestand Euclid die kritische Designprüfung, die das Gesamtdesign des Raumfahrzeugs und den Missionsarchitekturplan bestätigte, woraufhin die Endmontage des Raumfahrzeugs beginnen konnte. ^{[ 42 ]} Im Juli 2020 wurden die beiden Instrumente (für den sichtbaren und den nahen Infrarotbereich) zur Integration in das Raumfahrzeug an Airbus in Toulouse, Frankreich, geliefert. ^{[ 43 ]}

Nachdem Russland 2022 aus dem mit Sojus geplanten Start von Euclid ausgestiegen war, übertrug die ESA den Start einer SpaceX Falcon 9-Trägerrakete, die am 1. Juli 2023 vom Startkomplex 40 in Cape Canaveral startete . ^{[ 13 ] [ 44 ] [ 11 ]} Nach einer Reisezeit von 30 Tagen nach dem Start begann sie, den Lagrange-Punkt L2 des Sonne-Erde-Systems ^{[ 3 ]} in einer finsternisfreien Halo-Umlaufbahn mit einem Durchmesser von etwa 1 Million km zu umkreisen.

Nach Erhalt der ersten Bilder trat ein Problem auf: Wissenschaftler entdeckten einen kleinen Spalt in der Außenhülle des Raumfahrzeugs. Durch diesen Spalt drang Sonnenlicht in den Bildsensor ein, was zu einer Verschlechterung der Bildqualität führte. ^{[ 45 ]} Um dieses Problem zu beheben, korrigierte das Team die Ausrichtung des Raumfahrzeugs um einige Grad und blockierte so effektiv den Lichteinfall durch den entdeckten Spalt. Diese Korrekturmaßnahme löste das Problem. ^{[ 46 ]}

Animation von Euklid

Rund um die Erde

Um die Sonne – Rahmen dreht sich mit der Erde – Draufsicht

Um die Sonne – Bezugssystem dreht sich mit der Erde – Von der Sonne aus betrachtet

  Euklid  ·   Erde  ·   Sonne-Erde L2

Im Mai 2024 wurden die Early Release Observations (ERO) als erste Datenveröffentlichung veröffentlicht. ^{[ 47 ]} Diese Veröffentlichung enthält Bilder und Kataloge von Sternentstehungsgebieten, Kugelsternhaufen, nahen Galaxien, Feldern des Fornax- und des Perseus-Haufens sowie weiter entfernten Galaxienhaufen. ^{[ 48 ]} Der Inhalt der ERO wird in einem bei Astronomy & Astrophysics eingereichten Artikel beschrieben . Die Forscher verwenden eine Pipeline , die die Bilder auf zwei Arten verarbeiten kann: optimiert für Punktquellen oder optimiert für ausgedehnte Quellen. ^{[ 49 ]} Eine Reihe von Artikeln beschreibt erste Ergebnisse der ERO. Dazu gehören frei schwebende Objekte planetenähnlicher Masse im Sigma-Orionis-Haufen ^{[ 50 ] ,} die Entdeckung neuer Gravitationslinsen [ ^{51 ]} und die Entdeckung einer Zwerggalaxie um NGC 6744. ^{[ 52 ]}

Die erste Datenveröffentlichung (Q1) des Quick Euclid-Programms wurde am 19. März 2025 veröffentlicht. Drei Tiefenfelder können über ESASky , ein webbasiertes Tool, erkundet werden. ^{[ 53 ]} Die Datenprodukte sind über das Euclid Science Archive ( ESAC ) oder über IRSA zugänglich . ^{[ 54 ] [ 55 ]} Q1 umfasst das Euclid Deep Field North (EDF-N), das Euclid Deep Field South (EDF-S) und das Euclid Deep Field Fornax (EDF-F). Diese Tiefenfelder decken eine Fläche von 63,1 Quadratgrad ab. EDF-F ist auf dieselbe Region zentriert wie das Chandra Deep Field South (CDFS). Euclid wird diese Tiefenfelder bis zum DR3-Datensatz beobachten, der 2 mag tiefer als der Euclid Wide Survey sein wird. Zusätzlich enthält Q1 eine 0,5 Quadratgrad große Beobachtung von LDN 1641 in der Orion-A-Wolke. ^{[ 56 ]}

Die Euclid Quick Data Release 2 (Q2) wurde am 24. Juni 2026 veröffentlicht. Ein Feld, das den galaktischen Bulge der Milchstraße zeigt , kann auf ESASky erkundet werden. ^{[ 57 ]}

Zukünftige Datenveröffentlichungen umfassen Datenveröffentlichung 1 (DR1), geplant für den 21. Oktober 2026, Datenveröffentlichung 2 (DR2), geplant für März 2029, und Datenveröffentlichung 3 (DR3), geplant für Oktober 2031. ^{[ 47 ]}

• 
  Euclid scannt den Nachthimmel mit einer „Schritt-und-Starr“-Methode und kombiniert Einzelmessungen zu der größten jemals im sichtbaren und nahinfraroten Bereich durchgeführten kosmologischen Durchmusterung. ^{[ 58 ]}
• 
  Frühe Inbetriebnahmeprüfung mit dem VIS-Instrument ^{[ 58 ]}
• 
  Frühe Inbetriebnahmeprüfung des NISP-Instruments ^{[ 58 ]}
• 
  Frühes Inbetriebnahmetestbild NISP-Instrumenten -Grism -Modus ^{[ 58 ]}
• 
  Euklids Ansicht des Pferdekopfnebels .
• 
  Euklids Ansicht des Perseus -Galaxienhaufens.
• 
  Euklids Ansicht des Galaxienhaufens Abell 2390 .
• 
  Euklids Ansicht der Spiralgalaxie NGC 6744 .
• 
  Euklids Ansicht des Galaxienhaufens Abell 2764.
• 
  Euklids Ansicht der Sternentstehungsgebiete Messier 78 (Mitte), NGC 2071 (oben) und HH 24-26 (unten).
• 
  Das Mosaik und die vergrößerten Bilder wurden von der ESA-Mission Euclid am 15. Oktober 2024 veröffentlicht ^{[ 59 ].}
• 
  Barnard 30 mit Euclid
• 
  Die Galaxie NGC 6505 mit einem Einstein-Ring in ihrem Zentrum, die zusammen mit Euklid entdeckt wurde.
• 
  Dieses Bild zeigt einen Ausschnitt aus Euclids Deep Field South. Der Ausschnitt ist im Vergleich zum großen Mosaik 16-fach vergrößert.
• 
  Euklids Ansicht des galaktischen Bulges der Milchstraße

• Euclid-Homepage
• Euclid-Artikel auf eoPortal von der ESA

Euclid Deep Fields aus dem Quick Data Release 1 (Q1), die auf ESASky erkundet werden können :

• Euclid Deep Field South
• Euclid Deep Field Fornax
• Euclid Deep Field North