美國太空總署的SPHEREx 太空天文台已啟動其天空測繪任務，每天拍攝3600 張影像，以解開宇宙大爆炸和生命構成要素等宇宙奧秘。兩年內，它將產生102 種紅外線顏色的全天空地圖，揭示從星系的3D 結構到銀河系中水的化學指紋的一切。

經過數週的準備，NASA 的SPHEREx 太空觀測站已啟動其科學任務，每天拍攝約3,600 張獨特的影像，繪製出獨一無二的宇宙地圖。圖片來源：NASA

美國太空總署的SPHEREx太空天文台於3月11日發射升空，過去六週一直在進行仔細的檢查和校準，以確保所有系統均能如預期運作。 SPHEREx現已全面投入運營，並開始繪製整個天空（而非部分天空）的圖像，從而創建了數億個星系的3D地圖。該任務旨在解答有關宇宙起源、星系演化以及我們銀河系中是否存在生命支持成分等重大問題。

5月1日，太空船進入科學運行階段，每天捕捉約3600張紅外線影像。在其計劃的兩年任務期間，這些觀測將為了解宇宙歷史和結構提供突破性的見解。

NASA的SPHEREx任務正在用102種紅外線顏色（人眼無法看見的光波長）觀測整個天空。這張影像顯示了天空中某一波長（3.29微米）的一部分，揭示了一團由類似煙塵或煙霧的分子構成的塵埃雲。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

「感謝NASA、業界和學術界團隊的辛勤工作，SPHEREx的運作正如我們預期，並將繪製出前所未有的全天域地圖，」NASA華盛頓總部天文物理學部代理主任肖恩·多瑪加爾-戈德曼說道。 “這座新的天文台將為NASA發射南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡提供一系列太空天體物理學巡天任務。與其他任務一起，SPHEREx將在解答NASA每天探索的宇宙大問題方面發揮關鍵作用。”

SPHEREx 在其繞地球的軌道上凝視著深空，始終指向遠離太陽和地球的方向。在其為期25 個月的任務期間，它將完成超過11,000 次軌道飛行，每天繞地球約14.5 圈。 SPHEREx 沿著極地軌道運行，每天飛越地球兩極，並對天空的圓形帶進行成像。隨著地球繞太陽公轉，SPHEREx 的視野逐漸變化，使其每六個月就能掃描整個天空。

這張由NASA SPHEREx探測器拍攝的影像以不同的紅外線波長（0.98微米）顯示了同一區域，但塵埃雲已不可見。構成塵埃的分子－多環芳烴－不會輻射出這種顏色的光。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

當SPHEREx拍攝天空照片時，光線會被傳送到六個偵測器，每個偵測器都會捕捉不同波長的光，從而產生獨特的影像。這六張影像稱為一次曝光，SPHEREx每天大約需要拍攝600張。一次曝光完成後，整個天文台會移動位置——鏡子和探測器不會像其他一些望遠鏡那樣移動。 SPHEREx不使用推進器，而是依靠一套在太空船內部旋轉的反作用輪系統來控制其方向。

SPHEREx 拍攝的數十萬張影像將以數位方式拼接在一起，並在兩年內繪製四張全天地圖。透過繪製整個天空，該任務將為了解宇宙大爆炸後最初幾分之一秒發生的事情提供新的見解。在那短暫的一瞬間，一場名為宇宙膨脹的事件導致宇宙膨脹了數兆倍。

「我們將透過從最大尺度觀察現代宇宙，來研究宇宙誕生之初最小尺度上發生的事情，」NASA南加州噴射推進實驗室的專案經理吉姆·範森（Jim Fanson）說道。 “我認為這其中蘊含著一種詩意的意境。”

這段影片展示了SPHEREx天文台掃描大麥哲倫星雲內部一片天空時的視野，彩虹色代表瞭望遠鏡探測器探測到的紅外線波長。其中一個探測器陣列的視野從紫色變為綠色，緊接著是第二個探測器陣列的視野，從黃色變為紅色。這些影像循環播放了四次。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

宇宙膨脹微妙地影響著宇宙中物質的分佈，而關於這事件如何發生的線索則被記錄在宇宙中星系的位置中。宇宙膨脹開始時，宇宙比原子還小，但早期宇宙的性質被拉伸，並影響我們今天所見的景象。沒有其他已知事件或過程能夠像驅動宇宙膨脹那樣耗費如此多的能量，因此研究宇宙膨脹為更深入地理解宇宙的運作方式提供了一個獨特的機會。

「我們中的一些人已經為這個目標努力了12年，」加州理工學院和噴氣推進實驗室的該任務首席研究員傑米·博克說道。 “儀器的性能正如我們所願。這意味著我們將能夠完成我們計劃的所有令人驚嘆的科學研究，甚至可能獲得一些意想不到的發現。”

SPHEREx 天文台並非首個繪製全天圖的天文台，但它將是首個繪製如此豐富色彩的天文台。它觀測到102 種紅外光波長（或顏色），這些波長是人眼無法察覺的。透過一種名為光譜的技術，該望遠鏡將光分解成不同的波長——就像棱鏡從陽光中產生彩虹一樣——揭示了有關宇宙源的各種資訊。

例如，光譜學可以用來確定遙遠星系的距離，這些資訊可以用來將這些星系的二維地圖轉換成三維地圖。這項技術也能使該任務測量所有曾經存在過的星系發出的集體輝光，並觀察這些輝光在宇宙時間中是如何變化的。

光譜學可以揭示天體的成分。利用這項能力，該任務正在我們銀河系的這些系統中尋找水和其他生命的關鍵成分。人們認為，地球海洋中的水起源於太陽誕生時星際雲層中附著在塵埃上的冷凍水分子。

SPHEREx 任務將對銀河系中的星際雲進行超過900 萬次觀測，繪製整個銀河系中的星際雲物質圖，並幫助科學家了解不同條件如何影響產生當今地球上許多化合物的化學反應。

SPHEREx（宇宙歷史、再電離時代和冰河時期光譜儀）是美國太空總署（NASA）的一項任務，旨在利用紅外光繪製整個天空的圖像，探索宇宙的起源、星系的形成以及生命的構成要素。該任務由美國太空總署噴射推進實驗室（JPL）天體物理部門管理，加州理工學院也做出了重要貢獻，該學院整合了該儀器並擔任首席研究員。

該航天器和望遠鏡由位於科羅拉多州博爾德的BAE系統公司建造。由10個美國機構、2個韓國機構和1個台灣機構組成的全球科學團隊將對數據進行分析。所有觀測資料將由加州理工學院的紅外光譜分析中心（IPAC）處理和存檔，並透過NASA-IPAC紅外線科學檔案庫向公眾開放。

編譯自/ ScitechDaily