NASA SPHEREx 红外望远镜开始绘制 3D 宇宙地图

美国宇航局的 SPHEREx 太空天文台已启动其天空测绘任务，每天拍摄 3600 张图像，以解开宇宙大爆炸和生命构成要素等宇宙奥秘。两年内，它将生成 102 种红外颜色的全天空地图，揭示从星系的 3D 结构到银河系中水的化学指纹的一切。

经过数周的准备，NASA 的 SPHEREx 太空观测站已启动其科学任务，每天拍摄约 3600 张独特的图像，绘制出独一无二的宇宙地图。图片来源：NASA

美国宇航局的SPHEREx太空天文台于3月11日发射升空，过去六周一直在进行仔细的检查和校准，以确保所有系统均按预期运行。SPHEREx现已全面投入运营，并开始绘制整个天空（而非部分天空）的图像，从而创建了数亿个星系的3D地图。该任务旨在解答有关宇宙起源、星系演化以及我们银河系中是否存在生命支持成分等重大问题。

5月1日，该航天器进入科学运行阶段，每天捕获约3600张红外图像。在其计划的两年任务期间，这些观测将为了解宇宙历史和结构提供突破性的见解。

NASA的SPHEREx任务正在用102种红外颜色（人眼无法看见的光波长）观测整个天空。这幅图像显示了天空中某一波长（3.29微米）的一部分，揭示了一团由类似烟尘或烟雾的分子构成的尘埃云。图片来源：NASA/JPL-Caltech

“感谢NASA、业界和学术界团队的辛勤工作，SPHEREx的运行正如我们预期，并将绘制出前所未有的全天域地图，”NASA华盛顿总部天体物理学部代理主任肖恩·多玛加尔-戈德曼说道。“这座新的天文台将为NASA发射南希·格雷斯·罗曼太空望远镜提供一系列太空天体物理学巡天任务。与其他任务一起，SPHEREx将在解答NASA每天探索的宇宙大问题方面发挥关键作用。”

SPHEREx 在其绕地球的轨道上凝视着深空，始终指向远离太阳和地球的方向。在其为期 25 个月的任务期间，它将完成超过 11000 次轨道飞行，每天绕地球约 14.5 圈。SPHEREx 沿着极地轨道运行，每天飞越地球两极，并对天空的圆形带进行成像。随着地球绕太阳公转，SPHEREx 的视野逐渐变化，使其每六个月就能扫描一次整个天空。

这张由NASA SPHEREx探测器拍摄的图像以不同的红外波长（0.98微米）显示了同一区域，但尘埃云已不可见。构成尘埃的分子——多环芳烃——不会辐射出这种颜色的光。图片来源：NASA/JPL-Caltech

当SPHEREx拍摄天空照片时，光线会被发送到六个探测器，每个探测器都会捕捉不同波长的光，从而生成独特的图像。这六张图像被称为一次曝光，SPHEREx每天大约需要拍摄600张。一次曝光完成后，整个天文台会移动位置——镜子和探测器不会像其他一些望远镜那样移动。SPHEREx不使用推进器，而是依靠一套在航天器内部旋转的反作用轮系统来控制其方向。

SPHEREx 拍摄的数十万张图像将以数字方式拼接在一起，在两年内绘制出四张全天地图。通过绘制整个天空，该任务将为了解宇宙大爆炸后最初几分之一秒发生的事情提供新的见解。在那短暂的一瞬间，一场名为宇宙膨胀的事件导致宇宙膨胀了数万亿倍。

“我们将通过从最大尺度观察现代宇宙，来研究宇宙诞生之初最小尺度上发生的事情，”NASA南加州喷气推进实验室的项目经理吉姆·范森（Jim Fanson）说道。“我认为这其中蕴含着一种诗意的意境。”

这段视频展示了SPHEREx天文台扫描大麦哲伦星云内部一片天空时的视野，彩虹色代表了望远镜探测器探测到的红外波长。其中一个探测器阵列的视野从紫色变为绿色，紧接着是第二个探测器阵列的视野，从黄色变为红色。这些图像循环播放了四次。图片来源：NASA/JPL-Caltech

宇宙膨胀微妙地影响着宇宙中物质的分布，而关于这一事件如何发生的线索则被记录在宇宙中星系的位置中。宇宙膨胀开始时，宇宙比原子还小，但早期宇宙的性质被拉伸，并影响着我们今天所见的景象。没有任何其他已知事件或过程能够像驱动宇宙膨胀那样耗费如此多的能量，因此研究宇宙膨胀为更深入地理解宇宙的运作方式提供了一个独特的机会。

“我们中的一些人已经为这个目标努力了12年，”加州理工学院和喷气推进实验室的该任务首席研究员杰米·博克说道。“该仪器的性能正如我们所愿。这意味着我们将能够完成我们计划的所有令人惊叹的科学研究，甚至可能获得一些意想不到的发现。”

SPHEREx 天文台并非首个绘制全天图的天文台，但它将是首个绘制如此丰富色彩的天文台。它观测到 102 种红外光波长（或颜色），这些波长是人眼无法察觉的。通过一种名为光谱的技术，该望远镜将光分解成不同的波长——就像棱镜从阳光中产生彩虹一样——揭示了有关宇宙源的各种信息。

例如，光谱学可以用来确定遥远星系的距离，这些信息可以用来将这些星系的二维地图转换成三维地图。这项技术还能使该任务测量所有曾经存在过的星系发出的集体辉光，并观察这些辉光在宇宙时间中是如何变化的。

光谱学可以揭示天体的成分。利用这一能力，该任务正在我们银河系的这些系统中寻找水和其他生命的关键成分。人们认为，地球海洋中的水起源于太阳诞生时星际云层中附着在尘埃上的冷冻水分子。

SPHEREx 任务将对银河系中的星际云进行超过 900 万次观测，绘制整个银河系中的星际云物质图，并帮助科学家了解不同条件如何影响产生当今地球上许多化合物的化学反应。

SPHEREx（宇宙历史、再电离时代和冰河时期光谱仪）是美国宇航局（NASA）的一项任务，旨在利用红外光绘制整个天空的图像，探索宇宙的起源、星系的形成以及生命的构成要素。该任务由美国宇航局喷气推进实验室（JPL）天体物理部门管理，加州理工学院也做出了重要贡献，该学院集成了该仪器并担任首席研究员。

该航天器和望远镜由位于科罗拉多州博尔德的BAE系统公司建造。一个由10个美国机构、2个韩国机构和1个台湾机构组成的全球科学团队将对数据进行分析。所有观测数据将由加州理工学院的红外光谱分析中心（IPAC）处理和存档，并通过NASA-IPAC红外科学档案库向公众开放。

编译自/ScitechDaily