NASA最新太空望远镜将勘测4.5亿个星系 绘制宇宙地图

美国国家航空航天局（NASA）为绘制宇宙地图而设计的 SPHEREx 太空望远镜已进入最后准备阶段。它将于 2025 年 4 月发射，研究水和生命必需元素的起源、星系的形成以及宇宙的早期膨胀。SPHEREx 采用红外技术，其数据将由一个全球团队进行分析并公布于众。资料来源：加州理工学院

SPHEREx是"宇宙历史、再电离纪元和冰探索者光谱光度计"的简称，它像一个牛角号，不过它将高达8.5英尺（约合2.6米），宽近10.5英尺（约合3.2米）。该天文台的锥形光子防护罩是其独特的外形，目前正在南加州美国宇航局喷气推进实验室的无尘室中进行组装。

美国宇航局 SPHEREx 任务的有效载荷副经理兼有效载荷系统工程师萨拉-苏斯卡（Sara Susca）抬头查看航天器的一个光子防护罩。这些同心锥可以保护望远镜免受来自太阳和地球的光和热的影响，这些光和热会使望远镜的探测器不堪重负。图片来源：NASA/JPL-Caltech

SPHEREx 的望远镜周围将环绕着三个圆锥体，每个圆锥体之间相互依偎，以保护其免受太阳和地球的光和热的影响。航天器将扫描天空的每一个部分，就像扫描地球仪内部一样，每年完成两幅全天空地图。

图为美国宇航局 SPHEREx 望远镜光子防护罩的一部分正在加利福尼亚州斯托克顿的应用航空结构公司进行组装。图片来源：AACS

"SPHEREx必须非常灵活，因为飞船在扫描天空时必须相对快速地移动，"JPL的副有效载荷经理兼有效载荷系统工程师萨拉-苏斯卡（Sara Susca）说。"看起来并不是这样，但防护罩实际上很轻，是由一层层像三明治一样的材料制成的。外面是铝板，里面是铝蜂窝结构，看起来像纸板--轻便但坚固。"

NASA 的 SPHEREx 将绘制出一幅独一无二的天空地图。视频中展示了这项任务用来进行尖端科学研究的一些特殊硬件。图片来源：NASA/JPL-Caltech

任务目标

SPHEREx最迟将于2025年4月发射升空，它将帮助科学家更好地了解水和生命所需的其他关键成分的起源地。为此，这项任务将测量星际气体云和尘埃云中水冰的丰度，新恒星诞生于此，行星也最终形成于此。它将通过测量星系产生的集合光来研究星系的宇宙历史。这些测量结果将有助于弄清星系是何时开始形成的，以及它们的形成随着时间的推移发生了怎样的变化。最后，通过绘制数百万个星系的相对位置图，SPHEREx 将寻找新的线索，了解宇宙是如何在大爆炸后的几分之一秒内迅速膨胀或膨胀的。

图为 NASA SPHEREx 任务的机械集成负责人 Amelia Quan 与 V 形槽散热器在一起，该硬件将有助于保持太空望远镜的低温。图片来源：NASA/JPL-Caltech

冷却和稳定

SPHEREx 将通过探测红外光来实现这一切，红外光的波长范围比人眼所能看到的可见光还要长。红外线有时也被称为热辐射，因为所有温暖的物体都会发出红外线。甚至望远镜也能产生红外光。由于红外光会干扰望远镜的探测器，因此望远镜必须保持低温--低于零下 350 华氏度（约零下 210 摄氏度）。

外部的光子防护罩将阻挡来自太阳和地球的光和热，锥体之间的缝隙将防止热量向望远镜内部传入。但是，为了确保 SPHEREx 的工作温度能降到冰点，它还需要一种叫做 V 形槽散热器的机构：三面锥形镜子，每一面都像一把倒置的伞，堆叠在一起。每块镜子都位于光子防护罩的下方，由一系列楔形镜片组成，可以重新定向红外光，使其通过防护罩之间的缝隙反弹到太空中。这样就可以带走通过支架从室温航天器总线（包含计算机和电子设备）传出的热量。

JPL的康斯坦丁-佩纳宁（Konstantin Penanen）是这次任务的有效载荷管理员。"如果温度发生变化，可能会改变探测器的灵敏度，从而产生错误信号"。

NASA SPHEREx 任务的望远镜在 JPL 进行测试。它被倾斜放置在底座上，这样它就能看到尽可能多的天空，同时又能在三个同心锥的保护范围内，防止来自太阳和地球的光和热。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院

天空之眼

SPHEREx 的核心当然是它的望远镜，它使用三面镜子和六个探测器从遥远的光源收集红外光。望远镜倾斜放置在底座上，这样它就能在光子防护罩的保护下看到尽可能多的天空。

该望远镜由位于科罗拉多州博尔德的波尔宇航公司制造，5 月份运抵位于加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院，在那里与探测器和 V 形槽辐射器集成在一起。然后，在 JPL，工程师们将其固定在一个振动台上，模拟望远镜在火箭发射到太空时所承受的震动。之后，它被送回加州理工学院，科学家们在那里确认其反射镜在振动测试后仍然可以完成对焦。

NASA 的 SPHEREx 将使用这些滤镜来进行光谱分析，科学家们可以用这种技术来研究物体的成分或测量物体的距离。每个滤光片（约一个饼干大小）都有多个片段，可以阻挡除一种特定波长以外的所有红外光。资料来源：NASA/JPL-Caltech

SPHEREx 的红外线"视觉

SPHEREx 望远镜内的反射镜可以收集来自遥远天体的光线，但探测器才能"看到"任务试图观测的红外线波长。

像太阳这样的恒星会发出整个可见光波长范围的光，所以它是白色的（不过地球的大气层会让它在我们眼中看起来更黄一些）。三棱镜可以将这些光分成不同的波长--彩虹。这就是所谓的光谱学。

SPHEREx 将使用安装在探测器顶部的滤光片来进行光谱分析。每个滤光片只有饼干大小，肉眼看上去呈彩虹色，并有多个区段，可以阻挡除一种特定波长以外的所有红外光。SPHEREx 观测到的每一个天体都会被每一段成像，使科学家能够看到该天体发出的特定红外波长，无论是恒星还是星系。该望远镜总共可以观测到 100 多种不同的波长。由此，SPHEREx 将绘制出不同于以往的宇宙地图。

美国宇航局的 SPHEREx 任务

SPHEREx 由喷气推进实验室（JPL）负责管理，隶属于位于华盛顿的美国宇航局科学任务局天体物理学处。Ball Aerospace 公司建造了这台望远镜，并将提供航天器总线。SPHEREx 数据的科学分析将由美国和韩国 10 个机构的科学家团队进行。数据将在加州理工学院的 IPAC 进行处理和存档。SPHEREx 数据集将向公众开放。