美國國家航空暨太空總署（NASA）的太空望遠鏡SPHEREx任務的關鍵要素正在逐步形成，它將繪製出前所未有的宇宙地圖。NASA的SPHEREx太空望遠鏡已經開始呈現出它到達地球軌道並開始繪製整個天空地圖時的形態。

美國國家航空暨太空總署（NASA）為繪製宇宙地圖而設計的SPHEREx 太空望遠鏡已進入最後準備階段。它將於2025 年4 月發射，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脹。SPHEREx 採用紅外線技術，其數據將由一個全球團隊進行分析並公佈於眾。資料來源：加州理工學院

SPHEREx是”宇宙歷史、再電離紀元和冰探索者光譜光度計”的簡稱，它像一個牛角號，不過它將高達8.5英尺（約合2.6米），寬近10.5英尺（約合3.2米）。該天文台的錐形光子防護罩是其獨特的外形，目前正在南加州美國太空總署噴射推進實驗室的無塵室中進行組裝。

美國太空總署SPHEREx 任務的酬載副經理兼酬載系統工程師薩拉-蘇斯卡（Sara Susca）抬頭查看太空船的一個光子防護罩。這些同心錐可以保護望遠鏡免受來自太陽和地球的光和熱的影響，這些光和熱會使望遠鏡的探測器不堪重負。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

SPHEREx 的望遠鏡周圍將環繞著三個圓錐體，每個圓錐體之間相互依偎，以保護其免受太陽和地球的光和熱的影響。太空船將掃描天空的每個部分，就像掃描地球儀內部一樣，每年完成兩張全天空地圖。

圖為美國太空總署SPHEREx 望遠鏡光子防護罩的一部分正在加州斯托克頓的應用航空結構公司進行組裝。圖片來源：AACS

“SPHEREx必須非常靈活，因為飛船在掃描天空時必須相對快速地移動，”JPL的副有效載荷經理兼有效載荷系統工程師薩拉-蘇斯卡（Sara Susca）說。”看起來不是這樣，但防護罩實際上很輕，是由一層層像三明治一樣的材料製成的。外面是鋁板，裡面是鋁蜂窩結構，看起來像紙板–輕便但堅固。”

NASA 的SPHEREx 將繪製出一幅獨一無二的天空地圖。影片中展示了這項任務用來進行尖端科學研究的一些特殊硬體。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

任務目標

SPHEREx最遲將於2025年4月發射升空，它將幫助科學家更了解水和生命所需的其他關鍵成分的起源地。為此，這項任務將測量星際氣體雲和塵埃雲中水冰的豐度，新恆星誕生於此，行星也最終形成於此。它將透過測量星系產生的集合光來研究星系的宇宙歷史。這些測量結果將有助於弄清楚星係是何時開始形成的，以及它們的形成隨著時間的推移而發生了怎樣的變化。最後，透過繪製數百萬個星系的相對位置圖，SPHEREx 將尋找新的線索，了解宇宙是如何在大爆炸後的幾分之一秒內迅速膨脹或膨脹的。

圖為NASA SPHEREx 任務的機械整合負責人Amelia Quan 與V 形槽散熱器在一起，該硬體將有助於保持太空望遠鏡的低溫。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

冷卻和穩定

SPHEREx 將透過偵測紅外光來實現這一切，紅外線光的波長範圍比人眼所能看到的可見光還要長。紅外線有時也被稱為熱輻射，因為所有溫暖的物體都會發出紅外線。連望遠鏡也能產生紅外光。由於紅外線光會幹擾望遠鏡的偵測器，因此望遠鏡必須保持低溫–低於華氏零下350 度（約攝氏210 度）。

外部的光子防護罩將阻擋來自太陽和地球的光和熱，錐體之間的縫隙將防止熱量向望遠鏡內部傳入。但是，為了確保SPHEREx 的工作溫度能降到冰點，它還需要一種稱為V 形槽散熱器的機構：三面錐形鏡子，每一面都像一把倒置的傘，堆疊在一起。每塊鏡子都位於光子防護罩的下方，由一系列楔形鏡片組成，可以重新定向紅外光，使其透過防護罩之間的縫隙反彈到太空中。這樣就可以帶走透過支架從室溫太空船總線（包含電腦和電子設備）傳出的熱量。

JPL的康斯坦丁-佩納寧（Konstantin Penanen）是這次任務的有效載荷管理員。”如果溫度發生變化，可能會改變探測器的靈敏度，從而產生錯誤訊號”。

NASA SPHEREx 任務的望遠鏡在JPL 進行測試。它被傾斜放置在底座上，這樣它就能看到盡可能多的天空，同時又能在三個同心錐的保護範圍內，防止來自太陽和地球的光和熱。圖片來源：NASA/JPL-加州理工學院

天空之眼

SPHEREx 的核心當然是它的望遠鏡，它使用三面鏡子和六個探測器從遙遠的光源收集紅外光。望遠鏡傾斜放置在底座上，這樣它就能在光子防護罩的保護下看到盡可能多的天空。

該望遠鏡由位於科羅拉多州博爾德的波爾宇航公司製造，5 月運抵位於加州帕薩迪納的加州理工學院，在那裡與探測器和V 形槽輻射器整合在一起。然後，在JPL，工程師將其固定在一個振動台上，模擬望遠鏡在火箭發射到太空時所承受的震動。之後，它被送回加州理工學院，科學家在那裡確認其反射鏡在振動測試後仍然可以完成對焦。

NASA 的SPHEREx 將使用這些濾鏡來進行光譜分析，科學家可以使用這種技術來研究物體的成分或測量物體的距離。每個濾光片（約一個餅乾大小）都有多個片段，可以阻擋除一種特定波長以外的所有紅外光。資料來源：NASA/JPL-Caltech

SPHEREx 的紅外線”視覺

SPHEREx 望遠鏡內的反射鏡可以收集來自遙遠天體的光線，但探測器才能”看到”任務試圖觀測的紅外線波長。

像太陽這樣的恆星會發出整個可見光波長範圍的光，所以它是白色的（不過地球的大氣層會讓它在我們眼中看起來更黃一些）。三角鏡可以將這些光分成不同的波長–彩虹。這就是所謂的光譜學。

SPHEREx 將使用安裝在偵測器頂部的濾光片來進行光譜分析。每個濾光片只有餅乾大小，肉眼看起來呈現彩虹色，並有多個區段，可以阻擋除一種特定波長以外的所有紅外光。SPHEREx 觀測到的每個天體都會被每一段成像，使科學家能夠看到該天體發出的特定紅外線波長，無論是恆星還是星系。這款望遠鏡總共可以觀測到100 多種不同的波長。由此，SPHEREx 將繪製出不同於以往的宇宙地圖。

美國太空總署的SPHEREx 任務

SPHEREx 由噴射推進實驗室（JPL）負責管理，隸屬於華盛頓的美國太空總署科學任務局天文物理學處。Ball Aerospace 公司建造了這台望遠鏡，並將提供太空船總線。SPHEREx 數據的科學分析將由美國和韓國10 個機構的科學家團隊進行。數據將在加州理工學院的IPAC 進行處理和存檔。SPHEREx 資料集將向公眾開放。