NASA’s nieuwste ruimtetelescoop om 450 miljoen sterrenstelsels te onderzoeken

De belangrijkste elementen komen samen NASADe SPHEREx-missie is een ruimtetelescoop die een ongekende kaart van het universum zal creëren.

NASA’s SPHEREx-ruimtetelescoop begint veel op elkaar te lijken wanneer hij de baan om de aarde bereikt en de hele hemel in kaart begint te brengen. SPHEREx is een afkorting van Specto-photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization en Ices Explorer en lijkt op een trompet, hoewel hij ongeveer 2,6 meter hoog en ongeveer 3,2 meter breed is. De conische vorm geeft het observatorium zijn kenmerkende vorm Foton De schilden worden geassembleerd in een cleanroom van het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Zuid-Californië.

Sarah Soska, plaatsvervangend payload-manager en payload-systeemingenieur voor NASA’s SPHEREx-missie, kijkt naar een van de fotonenschilden van het ruimtevaartuig. Deze concentrische kegels beschermen de telescoop tegen licht en hitte van de zon en de aarde, die de detectoren van de telescoop kunnen overweldigen. Bron afbeelding: NASA/JPL-Caltech

Afscherming en bediening

Drie kegels, elk in elkaar, omringen de SPHEREx-telescoop om hem te beschermen tegen het licht en de hitte van de zon en de aarde. Het ruimtevaartuig zal elk deel van de hemel verkennen, zoals het scannen van het binnenste van de aarde, om elk jaar twee kaarten van de hele hemel te voltooien.

Hier afgebeeld is een deel van een van de fotonenschilden van NASA’s SPHEREx-telescoop die wordt geassembleerd bij Applied Aerospace Structures in Stockton, Californië. Krediet: AACS

“SPHEREx moet heel flexibel zijn omdat het ruimtevaartuig relatief snel moet bewegen terwijl het de lucht afspeurt”, zei hij. Laboratorium voor straalaandrijvingSarah Soska, plaatsvervangend payload-manager en payload-systeemingenieur voor de missie. “Het ziet er niet zo uit, maar het pantser is eigenlijk heel licht en gemaakt van materiaallagen, zoals een sandwich. De buitenkant bestaat uit aluminium platen en de binnenkant is een honingraatvormige aluminium structuur die eruitziet als karton: licht maar stevig. .”

NASA SPHEREx zal een kaart van de hemel maken als geen ander. Bekijk enkele van de speciale apparatuur die de expeditie gebruikt om baanbrekende wetenschap uit te voeren. Bron afbeelding: NASA/JPL-Caltech

Missiedoelstellingen

Wanneer SPHEREx gelanceerd wordt – uiterlijk in april 2025 – zal het wetenschappers helpen beter te begrijpen waar water en andere belangrijke componenten die nodig zijn voor het leven, vandaan komen. Om dit te doen zal de missie de overvloed aan waterijs meten in interstellaire wolken van gas en stof, waar nieuwe sterren worden geboren en waaruit uiteindelijk planeten ontstaan. Het zal de kosmische geschiedenis van sterrenstelsels bestuderen door het collectieve licht te meten dat ze produceren. Deze metingen zullen helpen erachter te komen wanneer sterrenstelsels zich begonnen te vormen en hoe hun samenstelling in de loop van de tijd veranderde. Ten slotte zal SPHEREx, door de positie van miljoenen sterrenstelsels ten opzichte van elkaar in kaart te brengen, zoeken naar nieuwe aanwijzingen over hoe de snelle uitdijing of inflatie van het universum een ​​fractie van een seconde na de oerknal plaatsvond.

Amelia Cowan, hoofd mechanische integratie voor NASA’s SPHEREx-missie, wordt getoond met een V-vormige radiator, een stuk hardware dat de ruimtetelescoop koel houdt. Bron afbeelding: NASA/JPL-Caltech

Koel en stabiel

SPHEREx zal dit allemaal doen door infrarood licht te detecteren, een golflengtebereik dat groter is dan zichtbaar licht dat het menselijk oog kan zien. Infraroodlicht wordt ook wel thermische straling genoemd, omdat alle warme voorwerpen dit uitstralen. Zelfs een telescoop kan infrarood licht creëren. Omdat dit licht de detectoren kan verstoren, moet de telescoop koel worden gehouden – onder de 350 graden onder nul F (ongeveer -210 graden Celsius).

Een buitenste fotonenschild blokkeert het licht en de warmte van de zon en de aarde, en openingen tussen de kegels voorkomen dat de warmte naar binnen dringt, richting de telescoop. Maar om ervoor te zorgen dat SPHEREx zijn ultrakoude bedrijfstemperatuur bereikt, heeft hij ook iets nodig dat een V-groefradiator wordt genoemd: drie conische spiegels, elk als een omgekeerde paraplu, op elkaar gestapeld. Ze bevinden zich onder de fotonenschilden en bestaan ​​elk uit een reeks wiggen die infrarood licht omleiden, zodat het door de openingen tussen de schilden de ruimte in stuitert. Hierdoor wordt de warmte verwijderd die via de stutten wordt overgedragen van de kamertemperatuurbus van het ruimtevaartuig, die de computer en elektronica bevat.

“We zijn niet alleen geïnteresseerd in hoe cool SPHEREx is, maar ook in de vraag of de temperatuur hetzelfde blijft”, zegt Konstantin Pinanin, payload manager van de missie van JPL. “Als de temperatuur verandert, kan de gevoeligheid van de detector veranderen, wat kan worden geïnterpreteerd als een vals signaal.”

De telescoop voor NASA’s SPHEREx-missie wordt getest in het Jet Propulsion Laboratory (JPL). Hij is op zijn basis gekanteld, zodat hij zoveel mogelijk van de hemel kan zien, terwijl hij binnen de bescherming blijft van drie concentrische kegels die de telescoop beschermen tegen licht en hitte van de zon en de aarde. Bron afbeelding: NASA/JPL-Caltech

Oog op de hemel

Het hart van SPHEREx is uiteraard de telescoop, die infraroodlicht van verre bronnen opvangt met behulp van drie spiegels en zes detectoren. De telescoop is gekanteld op zijn basis, zodat hij zoveel mogelijk van de hemel kan zien terwijl hij binnen de bescherming van de fotonenschilden blijft.

De telescoop, gebouwd door Ball Aerospace in Boulder, Colorado, arriveerde in mei bij het California Institute of Technology in Pasadena, Californië, waar hij werd geïntegreerd met detectoren en een V-groefradiator. Vervolgens monteerden ingenieurs bij JPL het op een schudtafel die de trillingen simuleerde die de telescoop zou ondergaan tijdens de reis van de raket naar de ruimte. Vervolgens keerde het terug naar Caltech, waar wetenschappers bevestigden dat de spiegels na een trillingstest nog steeds scherp waren.

NASA’s SPHEREx-rover zal deze filters gebruiken om spectroscopie uit te voeren, een techniek die wetenschappers kunnen gebruiken om de samenstelling van een object te bestuderen of de afstand ervan te meten. Elk filter, ongeveer zo groot als een koekje, bestaat uit meerdere onderdelen die op één na alle golflengten van infrarood licht blokkeren. Bron afbeelding: NASA/JPL-Caltech

SPHEREx’s infrarood ‘visie’.

Spiegels in de SPHEREx-telescoop verzamelen licht van verre objecten, maar het zijn de detectoren die de infrarode golflengten kunnen “zien” die de missie probeert waar te nemen.

Een ster als onze zon zendt het hele bereik van zichtbare golflengten uit, dus hij is wit (ook al zorgt de atmosfeer van de aarde ervoor dat hij verschijnt) Ze lijken geler in onze ogen). Een prisma kan dit licht opsplitsen in de samenstellende golflengten: de regenboog. Dit heet spectroscopie.

SPHEREx zal filters gebruiken die bovenop zijn detectoren zijn gemonteerd om de spectroscopie uit te voeren. Elk filter ter grootte van een koekje lijkt met het blote oog iriserend en bevat meerdere onderdelen om op één na alle specifieke golflengten van infraroodstraling te blokkeren. Elk object dat door SPHEREx wordt waargenomen, zal door elk stuk heen in beeld worden gebracht, waardoor wetenschappers de specifieke golflengten van het infraroodlicht kunnen zien dat door dat object wordt uitgezonden, of het nu een ster of een sterrenstelsel is. In totaal kan de telescoop meer dan 100 verschillende golflengten waarnemen.

Hieruit zal SPHEREx kaarten van het universum maken die nog nooit eerder zijn gezien.

NASA’s SPHEREx-missie

SPHEREx wordt beheerd door het Jet Propulsion Laboratory (JPL) van de Astrophysics Division van NASA binnen het Directoraat Wetenschapsmissies in Washington. Ball Aerospace heeft de telescoop gebouwd en zal de ruimtevaartuigbus leveren. De wetenschappelijke analyse van de SPHEREx-gegevens zal worden uitgevoerd door een team van wetenschappers, gevestigd in tien instellingen in de Verenigde Staten en Zuid-Korea. De gegevens worden verwerkt en gearchiveerd bij IPAC bij Caltech. De SPHEREx-dataset zal openbaar beschikbaar zijn.