Najnowszy teleskop kosmiczny NASA do badania 450 milionów galaktyk

Główne elementy łączą się w celu NASAMisja SPHEREx to teleskop kosmiczny, który stworzy niespotykaną dotąd mapę wszechświata.

Należący do NASA teleskop kosmiczny SPHEREx zaczyna wyglądać podobnie do chwili, gdy osiągnie orbitę okołoziemską i zacznie mapować całe niebo. Skrót od Specto-photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization i Ices Explorer, SPHEREx przypomina trąbkę, chociaż ma około 8,5 stopy (2,6 m) wysokości i około 10,5 stopy (3,2 m) szerokości. Charakterystyczny kształt obserwatorium zawdzięcza jego stożkowemu kształtowi Foton Tarcze są montowane w czystym pomieszczeniu w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA w południowej Kalifornii.

Sarah Soska, zastępca kierownika ds. ładunku i inżynier systemów ładunku w misji NASA SPHEREx, przygląda się jednej z tarcz fotonowych statku kosmicznego. Te koncentryczne stożki chronią teleskop przed światłem i ciepłem Słońca i Ziemi, które mogą przytłoczyć detektory teleskopu. Źródło obrazu: NASA/JPL-Caltech

Ekranowanie i działanie

Trzy stożki, każdy wewnątrz drugiego, otoczą teleskop SPHEREx, chroniąc go przed światłem i ciepłem Słońca i Ziemi. Sonda przeszuka każdą część nieba, na przykład skanując wnętrze Ziemi, aby co roku ukończyć dwie mapy całego nieba.

Powyżej pokazano część jednej z osłon fotonowych teleskopu SPHEREx należącego do NASA, montowanej w Applied Aerospace Structures w Stockton w Kalifornii. Źródło: AACS

„SPHEREx musi być bardzo elastyczny, ponieważ statek kosmiczny musi poruszać się stosunkowo szybko podczas skanowania nieba” – powiedział. Laboratorium Napędów OdrzutowychSarah Soska, zastępca kierownika ds. ładunku i inżynier systemów ładunku w misji. „Na to nie wygląda, ale pancerz jest w rzeczywistości bardzo lekki i wykonany z warstw materiałów niczym kanapka. Na zewnątrz znajdują się aluminiowe blachy, a wewnątrz aluminiowa konstrukcja w kształcie plastra miodu, która wygląda jak karton – lekka, ale wytrzymała .”

NASA SPHEREx stworzy mapę nieba jak żadna inna. Przyjrzyj się specjalnemu sprzętowi, którego używa ekspedycja do prowadzenia nowatorskich badań naukowych. Źródło obrazu: NASA/JPL-Caltech

Cele misji

Po wystrzeleniu – nie później niż w kwietniu 2025 r. – SPHEREx pomoże naukowcom lepiej zrozumieć, skąd pochodzi woda i inne kluczowe składniki niezbędne do życia. Aby tego dokonać, misja zmierzy obfitość lodu wodnego w międzygwiazdowych obłokach gazu i pyłu, w których rodzą się nowe gwiazdy i z których ostatecznie powstają planety. Będzie badał kosmiczną historię galaktyk, mierząc zbiorcze wytwarzane przez nie światło. Pomiary te pomogą ustalić, kiedy zaczęły powstawać galaktyki i jak zmieniał się ich skład w czasie. Wreszcie, mapując położenie milionów galaktyk względem siebie, SPHEREx będzie szukać nowych wskazówek na temat tego, jak szybka ekspansja, czyli inflacja Wszechświata, nastąpiła ułamek sekundy po Wielkim Wybuchu.

Amelia Cowan, kierownik ds. integracji mechanicznej misji SPHEREx należącej do NASA, została pokazana z grzejnikiem w kształcie litery V – elementem konstrukcyjnym, który pomoże utrzymać chłód teleskopu kosmicznego. Źródło obrazu: NASA/JPL-Caltech

Fajne i stabilne

SPHEREx dokona tego wszystkiego, wykrywając światło podczerwone – zakres długości fal dłuższy niż światło widzialne dostrzegalne przez ludzkie oko. Światło podczerwone jest czasami nazywane promieniowaniem cieplnym, ponieważ emitują je wszystkie ciepłe obiekty. Nawet teleskop może wytworzyć światło podczerwone. Ponieważ światło to może zakłócać pracę detektorów, teleskop musi być chłodny – poniżej 350 stopni poniżej zera F (około -210 stopni Celsjusz).

Zewnętrzna osłona fotonowa będzie blokować światło i ciepło ze Słońca i Ziemi, a szczeliny pomiędzy stożkami zapobiegną przedostawaniu się ciepła do środka, w stronę teleskopu. Aby jednak SPHEREx osiągnął ultraniską temperaturę roboczą, potrzebuje również czegoś, co nazywa się grzejnikiem z rowkiem w kształcie litery V: trzy stożkowe lustra, każde przypominające odwrócony parasol, ułożone jedno na drugim. Każdy z nich, umieszczony pod osłonami fotonowymi, składa się z szeregu klinów, które przekierowują światło podczerwone w taki sposób, że odbija się ono przez szczeliny między osłonami i wypływa w przestrzeń kosmiczną. To usuwa ciepło przenoszone przez rozpórki z szyny statku kosmicznego o temperaturze pokojowej, zawierającej komputer i elektronikę.

„Interesuje nas nie tylko to, jak chłodny jest SPHEREx, ale także to, czy jego temperatura pozostaje taka sama” – powiedział Konstantin Pinanin, menedżer ładunku misji z JPL. „Jeśli zmieni się temperatura, może zmienić się czułość detektora, co można zinterpretować jako fałszywy sygnał”.

Teleskop przeznaczony dla misji NASA SPHEREx przechodzi testy w Laboratorium Napędów Odrzutowych (JPL). Jest on pochylony na podstawie tak, aby widzieć jak najwięcej nieba, pozostając jednocześnie w zasięgu trzech koncentrycznych stożków, które chronią teleskop przed światłem i ciepłem Słońca i Ziemi. Źródło obrazu: NASA/JPL-Caltech

Oko na niebie

Sercem SPHEREx jest oczywiście teleskop, który zbiera światło podczerwone z odległych źródeł za pomocą trzech zwierciadeł i sześciu detektorów. Teleskop jest pochylony na podstawie, dzięki czemu może zobaczyć jak najwięcej nieba, pozostając jednocześnie pod ochroną tarcz fotonowych.

Teleskop zbudowany przez Ball Aerospace w Boulder w Kolorado przybył w maju do California Institute of Technology w Pasadenie w Kalifornii, gdzie został zintegrowany z detektorami i radiatorem z rowkiem w kształcie litery V. Następnie w JPL inżynierowie zamontowali go na trzęsącym się stole, który symulował wibracje, jakie teleskop będzie odczuwał podczas lotu rakiety w przestrzeń kosmiczną. Następnie powrócił do Caltech, gdzie naukowcy potwierdzili, że po teście wibracyjnym jego lustra nadal były ostre.

Należący do NASA łazik SPHEREx wykorzysta te filtry do przeprowadzenia spektroskopii – techniki, którą naukowcy mogą wykorzystać do badania składu obiektu lub pomiaru jego odległości. Każdy filtr – mniej więcej wielkości ciasteczka – składa się z wielu części, które blokują wszystkie oprócz jednej określonej długości fali światła podczerwonego. Źródło obrazu: NASA/JPL-Caltech

„Widzenie” w podczerwieni SPHEREx.

Lustra wewnątrz teleskopu SPHEREx zbierają światło od odległych obiektów, ale to detektory potrafią „widzieć” długości fal podczerwonych, które misja stara się obserwować.

Gwiazda taka jak nasze Słońce emituje cały zakres fal widzialnych, dlatego jest biała (mimo że jej pojawienie się powoduje atmosfera ziemska) Naszym oczom wydają się bardziej żółte). Pryzmat może rozbić to światło na składowe długości fal – tęczę. Nazywa się to spektroskopią.

Do przeprowadzenia spektroskopii SPHEREx użyje filtrów zamontowanych na detektorach. Gołym okiem każdy filtr wielkości ciasteczka wydaje się opalizujący i zawiera wiele części blokujących wszystkie z wyjątkiem jednej określonej długości fali promieniowania podczerwonego. Każdy obiekt obserwowany przez SPHEREx zostanie sfotografowany przez każdy fragment, co umożliwi naukowcom zobaczenie określonych długości fal światła podczerwonego emitowanego przez ten obiekt, niezależnie od tego, czy jest to gwiazda, czy galaktyka. W sumie teleskop może obserwować ponad 100 różnych długości fal.

Na tej podstawie SPHEREx utworzy mapy wszechświata, jakich nie widziano wcześniej.

Misja NASA SPHEREx

SPHEREx jest zarządzany przez Laboratorium Napędów Odrzutowych (JPL) Wydziału Astrofizyki NASA w Dyrekcji Misji Naukowych w Waszyngtonie. Firma Ball Aerospace zbudowała teleskop i dostarczy autobus do statku kosmicznego. Naukowa analiza danych SPHEREx zostanie przeprowadzona przez zespół naukowców z 10 instytucji w Stanach Zjednoczonych i Korei Południowej. Dane będą przetwarzane i archiwizowane w IPAC w Caltech. Zbiór danych SPHEREx będzie publicznie dostępny.