Το νεότερο διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA για έρευνα 450 εκατομμυρίων γαλαξιών

Τα κύρια στοιχεία ενώνονται για NASAΗ αποστολή SPHEREx είναι ένα διαστημικό τηλεσκόπιο που θα δημιουργήσει έναν άνευ προηγουμένου χάρτη του σύμπαντος.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο SPHEREx της NASA αρχίζει να μοιάζει πολύ όταν φτάνει σε τροχιά της Γης και αρχίζει να χαρτογραφεί ολόκληρο τον ουρανό. Σύντομο για τα Specto-photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization και Ices Explorer, το SPHEREx μοιάζει με τρομπέτα, αν και είναι περίπου 8,5 πόδια (2,6 μέτρα) ύψος και περίπου 10,5 πόδια (3,2 μέτρα) πλάτος. Δίνοντας στο παρατηρητήριο το χαρακτηριστικό του σχήμα είναι το κωνικό του σχήμα Φωτόνιο Οι ασπίδες, οι οποίες συναρμολογούνται σε ένα καθαρό δωμάτιο στο Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA στη Νότια Καλιφόρνια.

Η Sarah Soska, αναπληρώτρια υπεύθυνη ωφέλιμου φορτίου και μηχανικός συστημάτων ωφέλιμου φορτίου για την αποστολή SPHEREx της NASA, εξετάζει μια από τις ασπίδες φωτονίων του διαστημικού σκάφους. Αυτοί οι ομόκεντροι κώνοι προστατεύουν το τηλεσκόπιο από το φως και τη θερμότητα από τον Ήλιο και τη Γη, που μπορεί να κατακλύσουν τους ανιχνευτές του τηλεσκοπίου. Πηγή εικόνας: NASA/JPL-Caltech

Θωράκιση και λειτουργία

Τρεις κώνοι, ο ένας μέσα στον άλλο, θα περιβάλλουν το τηλεσκόπιο SPHEREx για να το προστατεύσουν από το φως και τη θερμότητα του Ήλιου και της Γης. Το διαστημόπλοιο θα σαρώνει κάθε μέρος του ουρανού, όπως σάρωση του εσωτερικού της Γης, για να συμπληρώνει δύο χάρτες ολόκληρου του ουρανού κάθε χρόνο.

Εδώ φαίνεται μέρος μιας από τις ασπίδες φωτονίων του τηλεσκοπίου SPHEREx της NASA που συναρμολογείται στο Applied Aerospace Structures στο Stockton της Καλιφόρνια. Πίστωση: AACS

«Το SPHEREx πρέπει να είναι πολύ ευέλικτο γιατί το διαστημόπλοιο πρέπει να κινείται σχετικά γρήγορα καθώς σαρώνει τον ουρανό», είπε. Εργαστήριο Jet PropulsionSarah Soska, αναπληρώτρια υπεύθυνη ωφέλιμου φορτίου και μηχανικός συστημάτων ωφέλιμου φορτίου για την αποστολή. “Δεν φαίνεται έτσι, αλλά η πανοπλία είναι στην πραγματικότητα πολύ ελαφριά και είναι φτιαγμένη από στρώματα υλικών όπως ένα σάντουιτς. Το εξωτερικό έχει φύλλα αλουμινίου και το εσωτερικό είναι μια δομή αλουμινίου σε σχήμα κηρήθρας που μοιάζει με χαρτόνι – ελαφρύ αλλά ανθεκτικό .”

Η NASA SPHEREx θα δημιουργήσει έναν χάρτη του ουρανού όπως κανένας άλλος. Ρίξτε μια ματιά στον ειδικό εξοπλισμό που χρησιμοποιεί η αποστολή για τη διεξαγωγή επιστήμης αιχμής. Πηγή εικόνας: NASA/JPL-Caltech

Στόχοι αποστολής

Όταν κυκλοφορήσει – το αργότερο τον Απρίλιο του 2025 – το SPHEREx θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα από πού προέρχεται το νερό και άλλα βασικά συστατικά απαραίτητα για τη ζωή. Για να γίνει αυτό, η αποστολή θα μετρήσει την αφθονία του υδάτινου πάγου στα διαστρικά σύννεφα αερίου και σκόνης, όπου γεννιούνται νέα αστέρια και από τα οποία σχηματίζονται τελικά πλανήτες. Θα μελετήσει την κοσμική ιστορία των γαλαξιών μετρώντας το συλλογικό φως που παράγουν. Αυτές οι μετρήσεις θα βοηθήσουν να καταλάβουμε πότε άρχισαν να σχηματίζονται οι γαλαξίες και πώς άλλαξε η σύνθεσή τους με την πάροδο του χρόνου. Τέλος, χαρτογραφώντας τις θέσεις εκατομμυρίων γαλαξιών μεταξύ τους, το SPHEREx θα αναζητήσει νέες ενδείξεις σχετικά με το πώς η ταχεία διαστολή ή ο πληθωρισμός του σύμπαντος συνέβη ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Η Amelia Cowan, επικεφαλής μηχανικής ολοκλήρωσης για την αποστολή SPHEREx της NASA, εμφανίζεται με ένα καλοριφέρ σε σχήμα V, ένα κομμάτι υλικού που θα βοηθήσει να κρατήσει το διαστημικό τηλεσκόπιο δροσερό. Πηγή εικόνας: NASA/JPL-Caltech

Δροσερό και σταθερό

Το SPHEREx θα τα κάνει όλα αυτά ανιχνεύοντας υπέρυθρο φως, ένα εύρος μηκών κύματος μεγαλύτερο από το ορατό φως που μπορεί να δει το ανθρώπινο μάτι. Το υπέρυθρο φως μερικές φορές ονομάζεται θερμική ακτινοβολία επειδή όλα τα θερμά αντικείμενα την εκπέμπουν. Ακόμη και ένα τηλεσκόπιο μπορεί να δημιουργήσει υπέρυθρο φως. Επειδή αυτό το φως μπορεί να επηρεάσει τους ανιχνευτές, το τηλεσκόπιο πρέπει να διατηρείται δροσερό – κάτω από 350 βαθμούς κάτω από το μηδέν φά (περίπου -210 μοίρες Κελσίου).

Μια εξωτερική ασπίδα φωτονίων θα μπλοκάρει το φως και τη θερμότητα από τον Ήλιο και τη Γη και τα κενά μεταξύ των κώνων θα εμποδίσουν τη θερμότητα να κατευθύνεται προς τα μέσα προς το τηλεσκόπιο. Αλλά για να διασφαλιστεί ότι το SPHEREx θα φτάσει στην εξαιρετικά κρύα θερμοκρασία λειτουργίας του, χρειάζεται επίσης κάτι που ονομάζεται ψυγείο V-groove: τρεις κωνικοί καθρέφτες, ο καθένας σαν ανάποδη ομπρέλα, στοιβαγμένοι ο ένας πάνω στον άλλο. Το καθένα που βρίσκεται κάτω από τις ασπίδες φωτονίων, αποτελείται από μια σειρά από σφήνες που ανακατευθύνουν το υπέρυθρο φως έτσι ώστε να αναπηδά μέσα από τα κενά μεταξύ των ασπίδων και να βγει στο διάστημα. Αυτό αφαιρεί τη θερμότητα που μεταφέρεται μέσω των αντηρίδων από το δίαυλο θερμοκρασίας δωματίου του διαστημικού σκάφους που περιέχει τον υπολογιστή και τα ηλεκτρονικά.

«Δεν μας ενδιαφέρει μόνο πόσο δροσερό είναι το SPHEREx, αλλά και αν η θερμοκρασία του παραμένει ίδια», δήλωσε ο Konstantin Pinanin, διαχειριστής ωφέλιμου φορτίου της αποστολής από την JPL. “Εάν αλλάξει η θερμοκρασία, η ευαισθησία του ανιχνευτή μπορεί να αλλάξει, κάτι που θα μπορούσε να ερμηνευθεί ως ψευδές σήμα.”

Το τηλεσκόπιο για την αποστολή SPHEREx της NASA υποβάλλεται σε δοκιμή στο Jet Propulsion Laboratory (JPL). Έχει κλίση στη βάση του, ώστε να μπορεί να δει όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του ουρανού, ενώ παραμένει εντός της προστασίας τριών ομόκεντρων κώνων που προστατεύουν το τηλεσκόπιο από το φως και τη θερμότητα από τον ήλιο και τη Γη. Πηγή εικόνας: NASA/JPL-Caltech

Το μάτι στον ουρανό

Η καρδιά του SPHEREx είναι φυσικά το τηλεσκόπιό του, το οποίο συλλέγει υπέρυθρο φως από μακρινές πηγές χρησιμοποιώντας τρεις καθρέφτες και έξι ανιχνευτές. Το τηλεσκόπιο έχει κλίση στη βάση του, ώστε να μπορεί να δει όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του ουρανού, ενώ παραμένει εντός της προστασίας των ασπίδων φωτονίων.

Το τηλεσκόπιο, που κατασκευάστηκε από την Ball Aerospace στο Μπόλντερ του Κολοράντο, έφτασε τον Μάιο στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια στην Πασαντένα της Καλιφόρνια, όπου ενσωματώθηκε με ανιχνευτές και ένα θερμαντικό σώμα V-groove. Στη συνέχεια, στο JPL, οι μηχανικοί το τοποθέτησαν σε ένα ανακινούμενο τραπέζι που προσομοίωσε τη δόνηση που θα άντεχε το τηλεσκόπιο κατά το ταξίδι του πυραύλου στο διάστημα. Στη συνέχεια επέστρεψε στο Caltech, όπου οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν ότι οι καθρέφτες του ήταν ακόμα στο επίκεντρο μετά από μια δοκιμή δόνησης.

Το ρόβερ SPHEREx της NASA θα χρησιμοποιήσει αυτά τα φίλτρα για να πραγματοποιήσει φασματοσκοπία, μια τεχνική που μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι επιστήμονες για να μελετήσουν τη σύνθεση ενός αντικειμένου ή να μετρήσουν την απόστασή του. Κάθε φίλτρο – περίπου στο μέγεθος ενός cookie – έχει πολλά μέρη που μπλοκάρουν όλα εκτός από ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος του υπέρυθρου φωτός. Πηγή εικόνας: NASA/JPL-Caltech

Το υπέρυθρο «όραμα» του SPHEREx.

Οι καθρέφτες μέσα στο τηλεσκόπιο SPHEREx συλλέγουν φως από μακρινά αντικείμενα, αλλά είναι οι ανιχνευτές που μπορούν να «δουν» τα υπέρυθρα μήκη κύματος που προσπαθεί να παρατηρήσει η αποστολή.

Ένα αστέρι όπως ο Ήλιος μας εκπέμπει όλο το φάσμα των ορατών μηκών κύματος, επομένως είναι λευκό (παρόλο που η ατμόσφαιρα της Γης προκαλεί την εμφάνισή του) Φαίνονται πιο κίτρινα στα μάτια μας). Ένα πρίσμα μπορεί να σπάσει αυτό το φως στα συστατικά του μήκη κύματος – το ουράνιο τόξο. Αυτό ονομάζεται φασματοσκοπία.

Το SPHEREx θα χρησιμοποιήσει φίλτρα τοποθετημένα πάνω από τους ανιχνευτές του για να πραγματοποιήσει τη φασματοσκοπία. Κάθε φίλτρο περίπου μεγέθους cookie φαίνεται ιριδίζον με γυμνό μάτι και περιέχει πολλά μέρη για να μπλοκάρουν όλα εκτός από ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Κάθε αντικείμενο που παρατηρείται από το SPHEREx θα απεικονίζεται μέσα από κάθε κομμάτι, επιτρέποντας στους επιστήμονες να δουν τα συγκεκριμένα μήκη κύματος του υπέρυθρου φωτός που εκπέμπεται από αυτό το αντικείμενο, είτε πρόκειται για αστέρι είτε για γαλαξία. Συνολικά, το τηλεσκόπιο μπορεί να παρατηρήσει περισσότερα από 100 διαφορετικά μήκη κύματος.

Από αυτό, το SPHEREx θα δημιουργήσει χάρτες του σύμπαντος σε αντίθεση με όλους τους προηγούμενους.

Αποστολή NASA SPHEREx

Το SPHEREx διοικείται από το Εργαστήριο Αεριωθούμενης Προώθησης (JPL) του Τμήματος Αστροφυσικής της NASA εντός της Διεύθυνσης Επιστημονικής Αποστολής στην Ουάσιγκτον. Η Ball Aerospace κατασκεύασε το τηλεσκόπιο και θα προμηθεύσει το λεωφορείο του διαστημικού σκάφους. Η επιστημονική ανάλυση των δεδομένων SPHEREx θα διεξαχθεί από μια ομάδα επιστημόνων με έδρα σε 10 ιδρύματα στις Ηνωμένες Πολιτείες και τη Νότια Κορέα. Τα δεδομένα θα υποβληθούν σε επεξεργασία και αρχειοθέτηση στο IPAC στο Caltech. Το σύνολο δεδομένων SPHEREx θα είναι διαθέσιμο στο κοινό.