Новітній космічний телескоп NASA для огляду 450 мільйонів галактик

Основні елементи збираються для НАСАМісія SPHEREx – це космічний телескоп, який створить безпрецедентну карту Всесвіту.

Космічний телескоп NASA SPHEREx починає виглядати дуже схожим, коли він досягає орбіти Землі та починає складати карту всього неба. Скорочено від Specto-photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer, SPHEREx нагадує трубу, хоча має приблизно 8,5 футів (2,6 метра) у висоту та близько 10,5 футів (3,2 метра) в ширину. Особливу форму обсерваторії надає її конічна форма Фотон Щити, які збираються в чистій кімнаті в Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії.

Сара Соска, заступник менеджера з корисного навантаження та системний інженер місії NASA SPHEREx, дивиться на один із фотонних екранів космічного корабля. Ці концентричні конуси захищають телескоп від світла та тепла від Сонця та Землі, які можуть перекрити детектори телескопа. Джерело зображення: NASA/JPL-Caltech

Екранування та експлуатація

Три конуса, один в одному, оточуватимуть телескоп SPHEREx, щоб захистити його від світла та тепла Сонця та Землі. Космічний корабель очищатиме кожну частину неба, наприклад, скануватиме внутрішню частину Землі, щоб складати дві карти всього неба щороку.

Тут зображено частину одного з фотонних екранів телескопа NASA SPHEREx, який збирають у Applied Aerospace Structures у Стоктоні, Каліфорнія. Авторство: AACS

«SPHEREx має бути дуже гнучким, оскільки космічний корабель має рухатися відносно швидко, скануючи небо», — сказав він. Лабораторія реактивного рухуСара Соска, заступник менеджера з корисного навантаження та системний інженер місії. «Це не виглядає так, але броня насправді дуже легка і складається з шарів матеріалів, як сендвіч. Зовні — алюмінієві листи, а всередині — алюмінієва конструкція у формі стільника, яка виглядає як картон — легка, але міцна. .”

NASA SPHEREx створить карту неба, як ніхто інший. Перегляньте спеціальне обладнання, яке використовує експедиція для проведення передових наукових досліджень. Джерело зображення: NASA/JPL-Caltech

Цілі місії

Після запуску — не пізніше квітня 2025 року — SPHEREx допоможе вченим краще зрозуміти, звідки походить вода та інші ключові компоненти, необхідні для життя. Для цього місія вимірюватиме кількість водяного льоду в міжзоряних хмарах газу та пилу, де народжуються нові зірки та з яких зрештою утворюються планети. Він вивчатиме космічну історію галактик шляхом вимірювання колективного світла, яке вони виробляють. Ці вимірювання допоможуть з’ясувати, коли почали формуватися галактики та як їх склад змінювався з часом. Нарешті, відображаючи положення мільйонів галактик відносно одна одної, SPHEREx шукатиме нові підказки про те, як швидке розширення або інфляція Всесвіту відбулося через частку секунди після Великого вибуху.

Амелія Коуен, керівник механічної інтеграції місії NASA SPHEREx, зображена з V-подібним радіатором, частиною апаратного забезпечення, яке допоможе зберегти космічний телескоп холодним. Джерело зображення: NASA/JPL-Caltech

Прохолодний і стабільний

SPHEREx зробить все це, виявляючи інфрачервоне світло, діапазон довжин хвиль, який перевищує видиме світло, яке може бачити людське око. Інфрачервоне світло іноді називають тепловим випромінюванням, оскільки всі теплі предмети випромінюють його. Навіть телескоп може створювати інфрачервоне світло. Оскільки це світло може заважати детекторам, телескоп має бути прохолодним — нижче 350 градусів нижче нуля. Ф (близько -210 градусів за Цельсієм).

Зовнішній фотонний екран блокуватиме світло та тепло від Сонця та Землі, а проміжки між конусами запобігатимуть проникненню тепла всередину до телескопа. Але для того, щоб SPHEREx досяг своєї наднизкої робочої температури, йому також потрібен так званий V-подібний радіатор: три конічні дзеркала, кожне як перевернута парасолька, складені одне на одне. Кожен із них, розташований під фотонними екранами, складається з ряду клинів, які перенаправляють інфрачервоне світло так, щоб воно відбивалося крізь щілини між екранами та виходило в космос. Це видаляє тепло, що передається через стійки від шини кімнатної температури космічного корабля, що містить комп’ютер та електроніку.

«Нас цікавить не тільки те, наскільки холодний SPHEREx, але й те, чи залишається його температура незмінною», — сказав Костянтин Пінанін, менеджер корисного навантаження місії з JPL. «Якщо температура змінюється, чутливість детектора може змінитися, що може бути інтерпретовано як помилковий сигнал».

Телескоп для місії NASA SPHEREx проходить тестування в Лабораторії реактивного руху (JPL). Він нахилений на основі так, щоб він міг бачити якомога більше неба, залишаючись у межах захисту трьох концентричних конусів, які захищають телескоп від світла та тепла від сонця та Землі. Джерело зображення: NASA/JPL-Caltech

Око на небо

Серцем SPHEREx є, звичайно, його телескоп, який збирає інфрачервоне світло від віддалених джерел за допомогою трьох дзеркал і шести детекторів. Телескоп нахилений на основі, щоб він міг бачити якомога більше неба, залишаючись під захистом фотонних екранів.

Телескоп, побудований компанією Ball Aerospace у Боулдері, штат Колорадо, прибув у травні до Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені, штат Каліфорнія, де його об’єднали з детекторами та радіатором з V-подібним пазом. Тоді в JPL інженери встановили його на тремтячому столі, який імітував вібрацію, яку витримає телескоп під час подорожі ракети в космос. Потім він повернувся до Каліфорнійського технологічного інституту, де вчені підтвердили, що його дзеркала все ще перебувають у фокусі після випробування на вібрацію.

Марсохід NASA SPHEREx використовуватиме ці фільтри для виконання спектроскопії, техніки, яку вчені можуть використовувати для вивчення складу об’єкта або вимірювання відстані до нього. Кожен фільтр — розміром приблизно з печиво — має кілька частин, які блокують усі хвилі інфрачервоного випромінювання, крім однієї. Джерело зображення: NASA/JPL-Caltech

Інфрачервоний “зір” SPHEREx.

Дзеркала всередині телескопа SPHEREx збирають світло від віддалених об’єктів, але саме детектори можуть «бачити» інфрачервоні довжини хвиль, які намагається спостерігати місія.

Така зірка, як наше Сонце, випромінює весь діапазон видимих ​​довжин хвиль, тому вона біла (хоча земна атмосфера спричиняє її появу) Вони здаються нашим очам більш жовтими). Призма може розбити це світло на складові довжини хвилі – веселку. Це називається спектроскопією.

Для проведення спектроскопії SPHEREx використовуватиме фільтри, встановлені на детекторах. Кожен фільтр розміром приблизно з печиво неозброєному оку виглядає райдужним і містить кілька частин, які блокують усі хвилі інфрачервоного випромінювання, крім однієї. Кожен об’єкт, який спостерігає SPHEREx, буде зображено через кожну частину, що дозволить вченим побачити конкретні довжини хвилі інфрачервоного світла, випромінюваного цим об’єктом, незалежно від того, чи це зірка чи галактика. Загалом телескоп може спостерігати понад 100 різних довжин хвиль.

На основі цього SPHEREx створюватиме карти Всесвіту, які не схожі на жодні раніше.

Місія NASA SPHEREx

SPHEREx управляється Лабораторією реактивного руху (JPL) відділу астрофізики NASA в Управлінні наукових місій у Вашингтоні. Компанія Ball Aerospace створила телескоп і поставить автобус для космічного корабля. Науковий аналіз даних SPHEREx буде проводитися групою вчених із 10 установ у США та Південній Кореї. Дані будуть оброблені та архівовані в IPAC при Каліфорнійському технологічному інституті. Набір даних SPHEREx буде загальнодоступним.