美國國家航空暨太空總署（NASA）即將執行的SPHEREx任務正在追蹤深空中冰凍水和生命必需分子的宇宙儲存。利用獨特的三維光譜方法，它將掃描恆星和行星誕生的分子雲，揭示冰是如何形成和演變的。 透過勘測數百萬個目標，SPHEREx將繪製出銀河係有史以來最大的冰凍化合物地圖，加深我們對行星形成和水起源的了解。 過去的任務發現的氣態水遠比預期的要少，這暗示著大量的水可能被鎖在冰粒中，隱藏在人們的視線之外–直到現在。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的SPHEREx 任務將測量銀河系，尋找水冰和其他生命的關鍵成分。 在尋找這些冰凍化合物的過程中，該任務將重點放在分子雲–太空中氣體和塵埃的集合體–就像該機構的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）所成像的這個分子雲一樣。 圖片來源：NASA、ESA、CSA

追蹤水源： 開始宇宙搜索

地球上的每一種生物都依賴水，因此當科學家在太陽系外尋找生命時，他們通常遵循一個關鍵原則：”跟著水走”。 NASA 的SPHEREx 任務–Spectro-Photometer for the History of the Universe， Epoch of Reionization， and Ices Explorer 的縮寫– 將於3 月7 日星期五發射，以支持這一搜索。

SPHEREx 從加州范登堡空軍基地搭乘SpaceX 獵鷹9 號火箭發射升空後，將對宇宙進行掃描，尋找冰凍的水、二氧化碳、一氧化碳和其他重要分子。 這些化合物存在於浩瀚的氣體和塵埃雲中的微小塵粒表面–恆星和行星最終會在這些區域形成。

宇宙歷史、再電離紀元和冰探索者光譜光度計（SPHEREx）任務將提供首次全天空光譜測量。 在為期兩年的計畫任務中，SPHEREx天文台將收集銀河系中超過4.5億個星系和超過1億顆恆星的數據，以探索宇宙的起源。 資料來源：美國國家航空暨太空總署

任務的獨特能力

雖然太空中沒有自由漂浮的海洋或湖泊，但科學家們相信，宇宙中的大部分水都以冰的形式存在，與這些微小的塵粒結合在一起。 事實上，地球海洋中的水，以及銀河系中其他行星和衛星上的水，很可能就會來自這樣的冰庫。

SPHEREx 將重點放在被稱為分子雲的大質量氣體和塵埃區域。 在這些雲層中，望遠鏡也將檢查新形成的恆星和周圍的物質盤，行星就是從這些物質盤中形成的。

英仙座分子雲距離地球約1000光年，由美國太空總署退役的史匹哲太空望遠鏡拍攝。 NASA 的SPHEREx 任務將在銀河系中搜尋像這樣的太空氣體和塵埃雲中的水​​冰和其他冰凍化合物。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech

超越以往的太空望遠鏡

儘管美國太空總署的詹姆斯-韋伯和現已退役的斯皮策等太空望遠鏡已經探測到水、 SPHEREx 是第一個旨在對銀河系進行大規模勘測的任務，它將繪製廣闊宇宙景觀中的冰凍化合物地圖。

SPHEREx 將沿著視線收集三維數據，而不是拍攝恆星等目標的二維影像。 這使科學家能夠看到分子雲中的冰量，並觀察整個分子雲中的冰成分在不同環境下的變化。

透過進行900多萬次這樣的視線觀測，並對這些物質進行有史以來最大規模的調查，該任務將幫助科學家更好地了解這些化合物是如何在塵粒上形成的，以及不同的環境會如何影響它們的豐度。

1月16日，BAE系統公司的員工在加州范登堡空軍基地的Astrotech太空操作設施中為NASA的SPHEREx觀測站工作。 任務將於2月27日發射，將以紅外線光繪製整個天空的地圖。 圖片來源：BAE 系統公司/班傑明-弗萊

冰山一角宇宙之謎

行星和恆星的組成反映了它們所形成的分子雲，這是合理的。 然而，研究人員仍在努力確認行星形成過程的具體細節，宇宙並不總是符合科學家的預期。

例如，美國國家航空暨太空總署（NASA）於1998年發射的亞毫米波天文衛星（SWAS）在銀河系中勘測了氣體形式的水–包括分子雲中的水–但發現的水遠遠少於預期。

「這讓我們困惑了好一陣子，」哈佛大學與史密森天文物理學中心高級天文學家、SPHEREx 科學小組成員加里-梅爾尼克（Gary Melnick）說。 “我們最終意識到，SWAS 在分子雲表面附近的薄層中探測到了氣態水，這表明雲層內部可能還有更多的水，它們以冰的形式被鎖住了”。

冰如何在深空生存

任務小組的假設也是有道理的，因為SWAS 檢測到的氧氣體（兩個氧原子結合在一起）比預期的要少。 他們的結論是，氧原子黏附在星際塵粒上，然後與氫原子結合，形成水。 後來的研究證實了這一點。 此外，雲還能保護分子免受宇宙輻射的傷害，否則這些化合物就會被輻射分解。 因此，儲存在雲內部深處的水冰和其他物質受到了保護。

當星光穿過分子雲時，水和二氧化碳等分子會阻擋某些波長的光，從而形成一種獨特的特徵，SPHEREx 和其他任務（如韋伯望遠鏡）可以利用一種稱為吸收光譜學的技術來識別這種特徵。

除了更詳細地說明這些冰凍化合物的豐度外，SPHEREx 還將幫助研究人員回答一些問題，包括冰是在分子雲多深的地方開始形成的，水和其他冰的豐度是如何隨分子雲的密度而變化的，以及一旦恆星形成，這種豐度又是如何變化的。

太空探索領域強大的合作夥伴關係

作為一台巡天望遠鏡，SPHEREx 的設計目的是相對快速地研究天空中的大片區域，其結果可以與韋伯等目標望遠鏡的數據結合使用，後者觀測的區域要小得多，但可以看到更詳細的目標。

梅爾尼克說：”如果SPHEREx發現了一個特別有趣的位置，韋伯望遠鏡就可以用更高的光譜分辨能力和SPHEREx無法探測到的波長來研究這個目標。這兩台望遠鏡可以形成高效的合作夥伴關係。”

關於SPHEREx 的更多信息

SPHEREx（Spectro-Photometer for the History of the Universe， Epoch of Reionization， and Ices Explorer）是美國國家航空暨太空總署（NASA）的一個太空望遠鏡，旨在用紅外光勘測天空，搜尋整個銀河系中冰凍的水和其他關鍵分子。 SPHEREx 由位於南加州的美國太空總署噴射推進實驗室（JPL ）管理，隸屬於美國太空總署科學任務局天文物理學處。

該航天器由BAE 系統公司（原波爾宇航公司）建造，將進行大規模光譜測量，繪製星際冰、碳化合物以及恆星和行星形成條件的地圖。 一個全球科學家團隊將對數據進行分析，其中包括來自10 個美國機構、兩個韓國機構和一個台灣機構的研究人員。 這項任務的主要研究人員在加州理工學院工作，與JPL 共同任命。

SPHEREx 的資料將在加州理工學院的IPAC 進行處理和存檔，IPAC 也為NASA 管理JPL。 全部資料集收集完畢後，將透過NASA/IPAC 紅外線科學檔案館向公眾開放，為全世界的天文學家提供前所未有的資源。

編譯自/ ScitechDaily