A NASA legújabb űrteleszkópja 450 millió galaxis felmérésére

A NASA égbolt feltérképezésére tervezett SPHEREx űrteleszkópja az előkészítés utolsó szakaszában jár. 2025 áprilisáig indítják útjára, hogy tanulmányozzák a víz és az élethez szükséges elemek eredetét, a galaxisok kialakulását, valamint a világegyetem korai tágulását. Az infravörösben dolgozó SPHEREx adatokat egy globális csapat elemzi és nyilvánosságra hozza. Köszönetnyilvánítás: California Institute of Technology

A fő elemek azért jönnek össze NASAA SPHEREx küldetés egy űrteleszkóp, amely a világegyetem példátlan térképét hozza létre.

A NASA SPHEREx űrteleszkópja nagyon úgy néz ki, mint amikor eléri a Föld pályáját, és elkezdi feltérképezni a teljes égboltot. A SPHEREx a Specto-photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization és az Ices Explorer szavak rövidítése egy trombitára emlékeztet, bár körülbelül 8,5 láb (2,6 méter) magas és körülbelül 10,5 láb (3,2 méter) széles. Az obszervatórium jellegzetes formáját kúpos alakja adja Foton A pajzsokat a NASA dél-kaliforniai Jet Propulsion Laboratóriumának tiszta helyiségében szerelik össze.

Sarah Soska, a NASA SPHEREx küldetésének hasznos tehermenedzsere és rakományrendszer-mérnöke az űrhajó egyik fotonpajzsát nézi. Ezek a koncentrikus kúpok megvédik a távcsövet a Nap és a Föld fényétől és hőjétől, amelyek túlterhelhetik a távcső detektorait. A kép forrása: NASA/JPL-Caltech

Árnyékolás és működés

A SPHEREx távcsövet három, egymás belsejében lévő kúp veszi körül, hogy megvédje a Nap és a Föld fényétől és hőjétől. Az űrszonda az égbolt minden részét át fogja söpörni, például átvizsgálja a Föld belsejét, hogy évente két térképet készítsen a teljes égboltról.

Itt látható a NASA SPHEREx távcső egyik fotonpajzsának egy része, amelyet a kaliforniai Stocktonban található Applied Aerospace Structures-nél szerelnek össze. Kredit: AACS

„A SPHEREx-nek nagyon rugalmasnak kell lennie, mert az űrhajónak viszonylag gyorsan kell mozognia, miközben pásztázza az eget” – mondta. Sugárhajtómű LaboratóriumSarah Soska, a küldetés hasznos tehermenedzsere és rakományrendszer-mérnöke. „Nem úgy néz ki, de a páncél valójában nagyon könnyű, és olyan rétegekből készült, mint egy szendvics. A külsején alumíniumlemezek vannak, belül pedig méhsejt alakú alumínium szerkezet, amely úgy néz ki, mint a karton – könnyű, de erős .”

A NASA SPHEREx olyan térképet készít az égboltról, amilyen senki más. Tekintse meg azokat a speciális felszereléseket, amelyeket az expedíció a legkorszerűbb tudomány folytatásához használ. A kép forrása: NASA/JPL-Caltech

A küldetés céljai

Amikor elindítják – legkésőbb 2025 áprilisában – a SPHEREx segíteni fog a tudósoknak abban, hogy jobban megértsék, honnan származik a víz és az élethez szükséges egyéb kulcsfontosságú összetevők. Ennek érdekében a küldetés mérni fogja a vízjég mennyiségét csillagközi gáz- és porfelhőkben, ahol új csillagok születnek, és amelyekből végül bolygók alakulnak ki. A galaxisok kozmikus történetét fogja tanulmányozni az általuk termelt kollektív fény mérésével. Ezek a mérések segítenek kideríteni, hogy mikor kezdtek kialakulni a galaxisok, és hogyan változott összetételük az idő múlásával. Végül a galaxisok millióinak egymáshoz viszonyított helyzetének feltérképezésével a SPHEREx új nyomokat fog keresni arra vonatkozóan, hogyan ment végbe az univerzum gyors tágulása vagy inflációja a másodperc törtrészével az Ősrobbanás után.

Amelia Cowan, a NASA SPHEREx küldetésének mechanikai integrációs vezetője egy V-alakú radiátorral látható, egy hardverrel, amely segít az űrteleszkóp hűvösében. A kép forrása: NASA/JPL-Caltech

Hűvös és stabil

A SPHEREx mindezt az infravörös fény érzékelésével teszi, amely a látható fénynél hosszabb hullámhossztartomány, amelyet az emberi szem is láthat. Az infravörös fényt néha hősugárzásnak nevezik, mert minden meleg tárgy kibocsátja. Még egy teleszkóp is képes infravörös fényt létrehozni. Mivel ez a fény zavarhatja az érzékelőket, a távcsövet hűvös helyen kell tartani – 350 fok alatt. F (kb. -210 fok Celsius).

A külső fotonpajzs elzárja a Nap és a Föld fényét és hőjét, a kúpok közötti rések pedig megakadályozzák, hogy a hő befelé haladjon a távcső felé. De ahhoz, hogy a SPHEREx elérje ultrahideg üzemi hőmérsékletét, egy V-hornyú radiátorra is szükség van: három kúpos tükörre, amelyek mindegyike fejjel lefelé fordított esernyőhöz hasonlít, egymásra rakva. A fotonpajzsok alatt elhelyezkedő ékek sorozata egy sor ékből áll, amelyek az infravörös fényt úgy irányítják vissza, hogy az a pajzsok közötti réseken keresztül visszaverődjön az űrbe. Ez eltávolítja az űrszonda számítógépet és elektronikát tartalmazó szobahőmérsékletű buszából a támaszokon keresztül átadott hőt.

„Nemcsak az érdekel minket, hogy a SPHEREx mennyire hűvös, hanem az is, hogy a hőmérséklete változatlan marad-e” – mondta Konstantin Pinanin, a küldetés hasznos teher menedzsere a JPL-től. „Ha a hőmérséklet változik, az érzékelő érzékenysége megváltozhat, ami hamis jelként értelmezhető.”

A NASA SPHEREx küldetésének távcsövét tesztelik a Jet Propulsion Laboratoryban (JPL). Alapján megdöntött, hogy a lehető legtöbb égboltot láthassa, miközben három koncentrikus kúp védelmén belül marad, amelyek megvédik a távcsövet a nap és a Föld fényétől és hőjétől. A kép forrása: NASA/JPL-Caltech

Szem az égre

A SPHEREx szíve természetesen a teleszkópja, amely három tükör és hat detektor segítségével távoli forrásokból gyűjti össze az infravörös fényt. A teleszkóp az alapjára dőlt, így a lehető legtöbb égboltot láthatja, miközben a fotonpajzsok védelmén belül marad.

A Colorado állambeli Boulderben található Ball Aerospace által épített teleszkóp májusban érkezett meg a kaliforniai pasadenai California Institute of Technology-ba, ahol detektorokkal és V-hornyú radiátorral integrálták. Aztán a JPL-en a mérnökök egy rázóasztalra szerelték, amely szimulálta azt a vibrációt, amelyet a távcső elvisel a rakéta űrbe való utazása során. Ezután visszatért a Caltechhez, ahol a tudósok megerősítették, hogy tükrei még mindig fókuszban voltak egy rezgésteszt után.

A NASA SPHEREx roverje ezeket a szűrőket fogja használni a spektroszkópia elvégzésére, amely technikával a tudósok tanulmányozhatják az objektum összetételét vagy megmérhetik a távolságát. Minden szűrőnek – körülbelül egy süti méretű – több olyan alkatrésze van, amelyek blokkolják az infravörös fény egy meghatározott hullámhosszát, kivéve. A kép forrása: NASA/JPL-Caltech

A SPHEREx infravörös „látása”.

A SPHEREx teleszkóp belsejében lévő tükrök távoli tárgyak fényét gyűjtik össze, de a detektorok „látják” azokat az infravörös hullámhosszakat, amelyeket a küldetés megfigyelni próbál.

Egy csillag, mint a mi Napunk, a látható hullámhosszok teljes tartományát kibocsátja, tehát fehér (bár a Föld légköre okozza a megjelenést) Sárgábbnak tűnnek a szemünknek). Egy prizma ezt a fényt az alkotórészei hullámhosszaira – a szivárványra – bonthatja. Ezt spektroszkópiának hívják.

A SPHEREx a detektorai tetejére szerelt szűrőket fog használni a spektroszkópia elvégzéséhez. Mindegyik körülbelül cookie méretű szűrő szabad szemmel irizálónak tűnik, és több alkatrészt tartalmaz, amelyek blokkolják az infravörös sugárzás egy meghatározott hullámhosszát egy kivételével. A SPHEREx által megfigyelt minden objektum mindegyik darabon keresztül lesz leképezve, így a tudósok láthatják az adott objektum által kibocsátott infravörös fény meghatározott hullámhosszát, legyen szó csillagról vagy galaxisról. A teleszkóp összesen több mint 100 különböző hullámhosszt képes megfigyelni.

Ebből a SPHEREx az eddig látottaktól eltérően az univerzum térképeit készíti el.

A NASA SPHEREx küldetése

A SPHEREx-et a NASA asztrofizikai részlegének Jet Propulsion Laboratory (JPL) kezeli a washingtoni Tudományos Misszió Igazgatóságán belül. A Ball Aerospace megépítette a távcsövet, és ellátja az űrhajó buszát. A SPHEREx adatok tudományos elemzését az Egyesült Államokban és Dél-Koreában 10 intézményben dolgozó tudósok csoportja végzi majd. Az adatokat a Caltech IPAC-ja dolgozza fel és archiválja. A SPHEREx adatkészlet nyilvánosan elérhető lesz.