Et nyt NASA rumteleskop, SPHEREx, går fremad

NASAs kommende rumteleskop, spektrofotometeret for universets historie, Epoke med reionisering og Ice Explorer, eller SPHEREx, er et skridt nærmere lanceringen. Missionen er officielt gået ind i fase C, på NASA-sprog. Det betyder, at agenturet har godkendt foreløbige designplaner for observatoriet, og arbejdet kan begynde med at skabe en finale, detaljeret design, samt på at bygge hardware og software.

Administreret af NASA's Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien, SPHEREx er planlagt til at lancere tidligst i juni 2024 og senest i april 2025. Dets instrumenter vil detektere nær-infrarødt lys, eller bølgelængder flere gange længere end det lys, der er synligt for det menneskelige øje. I løbet af sin to-årige mission, det vil kortlægge hele himlen fire gange, skabe en massiv database med stjerner, galakser, tåger (skyer af gas og støv i rummet), og mange andre himmellegemer.

På størrelse med en subkompakt bil, rumteleskopet vil bruge en teknik kaldet spektroskopi til at bryde nær-infrarødt lys i dets individuelle bølgelængder, eller farver, ligesom et prisme bryder sollys i dets komponentfarver. Spektroskopidata kan afsløre, hvad et objekt er lavet af, fordi individuelle kemiske grundstoffer absorberer og udstråler specifikke bølgelængder af lys. Det kan også bruges til at estimere et objekts afstand fra Jorden, hvilket betyder, at SPHEREx-kortet vil være tredimensionelt. SPHEREx vil være den første NASA-mission til at bygge et spektroskopisk kort over hele himlen i nær-infrarød, og den vil observere i alt 102 nær-infrarøde farver.

"Det er som at gå fra sort-hvide billeder til farve; det er som at gå fra Kansas til Oz, " sagde Allen Farrington, SPHEREx projektleder hos JPL.

Inden man går ind i fase C, SPHEREx-teamet gennemførte med succes en foreløbig designgennemgang i oktober 2020. I løbet af denne flerdages proces, holdet skulle demonstrere over for NASA-ledelsen, at de kan gøre deres komplekse, banebrydende missionsdesign en realitet. Som regel, gennemgangen foretages personligt, men med COVID-19 sikkerhedsforanstaltninger på plads, holdet skulle tilpasse deres præsentation til et nyt format.

"Det føltes som om vi producerede en film, " sagde Beth Fabinsky, SPHEREx' stedfortrædende projektleder hos JPL. "Der blev bare tænkt meget over produktionsværdien, som at sikre, at de animationer, vi ønskede at vise, ville fungere over begrænset båndbredde."

Tre nøglespørgsmål

SPHEREx videnskabsteam har tre overordnede mål. Den første er at lede efter beviser for noget, der kunne være sket mindre end en milliardtedel af en milliardtedel af et sekund efter big bang. I det splitsekund, selve rummet kan hurtigt have udvidet sig i en proces, som forskerne kalder inflation. En sådan pludselig ballonflyvning ville have påvirket fordelingen af ​​stof i kosmos, og beviser på den indflydelse ville stadig eksistere i dag. Med SPHEREx, videnskabsmænd vil kortlægge positionen af ​​milliarder af galakser på tværs af universet i forhold til hinanden, leder efter statistiske mønstre forårsaget af inflation. Mønstrene kunne hjælpe videnskabsmænd med at forstå den fysik, der drev udvidelsen.

Det andet mål er at studere historien om galaksedannelse, startende med de første stjerner, der antændes efter big bang og strækker sig til nutidens galakser. SPHEREx vil gøre dette ved at studere den svage glød skabt af alle galakserne i universet. Gløden, hvilket er grunden til, at nattehimlen ikke er helt mørk, varierer gennem rummet, fordi galakser klynger sig sammen. Ved at lave kort i mange farver, SPHEREx-forskere kan finde ud af, hvordan lyset blev produceret over tid og begynde at afdække, hvordan de første galakser oprindeligt dannede stjerner.

Endelig, forskere vil bruge SPHEREx-kortet til at lede efter vandis og frosne organiske molekyler – byggestenene i livet på Jorden – omkring nydannende stjerner i vores galakse. Vandis glomer på støvkorn i kulde, tætte gasskyer i hele galaksen. Unge stjerner dannes inde i disse skyer, og planeter dannes fra skiver af resterende materiale omkring disse stjerner. Is i disse skiver kunne så planeter med vand og andre organiske molekyler. Faktisk, vandet i Jordens oceaner begyndte højst sandsynligt som interstellar is. Forskere ønsker at vide, hvor ofte livsopretholdende materialer som vand inkorporeres i unge planetsystemer. Dette vil hjælpe dem med at forstå, hvor almindelige planetsystemer som vores er i hele kosmos.

Flere missionspartnere begynder at bygge på forskellige hardware- og softwarekomponenter til SPHEREx. Teleskopet, der skal indsamle nær-infrarødt lys, vil blive bygget af Ball Aerospace i Boulder, Colorado. De infrarøde kameraer, der fanger lyset, vil blive bygget af JPL og Caltech (som administrerer JPL for NASA). JPL vil også bygge solskærmene, der holder teleskopet og kameraerne kølige, mens Ball vil bygge rumfartøjsbussen, som huser sådanne undersystemer som strømforsyningen og kommunikationsudstyr. Softwaren, der skal styre missionsdataene og gøre dem tilgængelige for videnskabsfolk over hele verden, bliver bygget hos IPAC, et videnskabs- og datacenter for astrofysik og planetarisk videnskab hos Caltech. Kritisk jordstøttehardware til at teste instrumenterne vil blive bygget af Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI), en videnskabspartner på missionen i Daejeon, Sydkorea.

SPHEREx-teamet er planlagt til at bruge 29 måneder på at bygge missionskomponenterne, før de går ind i den næste missionsfase, hvornår disse komponenter vil blive bragt sammen, testet, og lanceret.

SPHEREx administreres af JPL for NASA's Astrophysics Division i Science Mission Directorate i Washington. Missionens hovedefterforsker, James Bock, har en fælles stilling mellem Caltech og JPL. Den videnskabelige analyse af SPHEREx-dataene vil blive udført af et team af videnskabsmænd placeret i 10 institutioner i hele USA, og i Sydkorea.