美國太空總署敲定下一個宇宙地圖製作計劃


美國太空總署即將執行的SPHEREx(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer,宇宙歷史、再電離紀元光譜—光度計和冰層探測器)太空望遠鏡將與韋伯太空望遠鏡有一些相似之處。但這兩台太空望遠鏡採用截然不同的方法來研究天空。

SPHEREx太空望遠鏡能夠每六個月掃描一次整個天空,並建立一張前所未有的宇宙地圖。計劃不遲於2025年4月發射升空,它會探索宇宙大爆炸後第一秒內發生的事情,星系如何形成和演化,以及對生命形成至關重要的分子的普遍性,例如:水在星系的存在。實現這些目標需要尖端技術,美國太空總署本月批准SPHEREx所有組件的最終計劃。

負責該任務的美國太空總署位於南加州的噴射推進實驗室SPHEREx項目經理艾倫·法靈頓(Allen Farrington)說:「我們正處於從用電腦模型做事到用真正的硬件做事的轉變。就目前而言,望遠鏡的設計已經得到證實。我們已經證明它在最小的細節上都是可行的。所以現在我們可以真正開始建造和組裝東西了。」

為了回答有關宇宙的重大問題,科學家需要以不同的方式觀測天空。許多望遠鏡,例如哈勃太空望遠鏡,都是為了專注於單顆恆星、星系或其它宇宙物體,並對其進行詳細研究。但 SPHEREx屬於另一類太空望遠鏡,可快速觀測大部分天空,在短時間內測量許多天體。SPHEREx每六個月掃描99%以上的天空;相比之下,哈勃太空望遠鏡在三十多年的運行中觀測到了大約0.1%的天空。

儘管像SPHEREx這樣的巡天望遠鏡無法看到與目標天文台具有相同細節水平的物體,例如,最近發射的韋伯太空望遠鏡將瞄准單一顆系外行星,測量它們的大小、溫度、天氣模式和構成。但是,平均而言,系外行星是在我們所知的有利於生命的環境中形成的嗎?借助 SPHEREx,科學家將測量諸如水之類的維持生命的物質的普遍性,這些物質存在於新恆星及其行星系統誕生的銀河雲中冰冷的塵埃顆粒中。天文學家認為,地球海洋中的水認為對地球上的生命至關重要,最初來自這種星際物質。

SPHEREx和韋伯太空望遠鏡不僅在研究天空的方法上不同,而且在物理參數上也不同。韋伯太空望遠鏡是有史以來在太空中飛行的最大望遠鏡,擁有一個6.5米的主鏡,可以捕捉歷史上任何太空望遠鏡的最高分辨率圖像。韋伯太空望遠鏡用一塊網球場那麼大的遮陽罩保護它的敏感的儀器免受太陽的刺眼光線的影響。另一方面,SPHEREx有一個20厘米的主鏡和一塊只有3.2米寬的遮陽板。

但是兩台太空望遠鏡都收集紅外光,是人眼可以檢測到的波長范圍之外的波長。紅外線有時被稱為熱輻射,因為它是由溫暖的物體發出的,這就是它用於夜視設備的原因。這兩台望遠鏡還將使用一種稱為光譜學的技術將紅外光分解為其單獨的波長或顏色,就像棱鏡將太陽光分解為其成分顏色一樣。光譜學使SPHEREx和韋伯太空望遠鏡都能夠顯示天體的構成,因為單個化學元素會吸收和輻射特定波長的光。

為了追求大局問題,SPHEREx團隊首先要回答更實際的問題,比如望遠鏡上的儀器是否能夠在太空環境中生存,它的所有組件是否可以打包在一起作為一個系統運行。上個月,該團隊的最終計劃獲得的批准,完成關鍵設計審查。標誌著該任務在發射過程中的一個重要里程碑。

【圖、文:節譯自美國太空總署噴射推進實驗室2022年3月24日新聞公佈】


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