NASA je připravena zahájit vesmírný dalekohled, aby viděl vesmír zcela novým způsobem.
Spektrotemetrech agentury pro historii vesmíru, epocha reionizace a průzkumníka ICES, nebo sféra, mise, je naplánována na spuštění ne dříve než 2. března v 22:09 EST z kalifornské základny Vandenberg Space Force. Mise Spherex ve výši 488 milionů USD je přizpůsobena pro kosmologie;; Mezi jeho klíčové cíle patří jakýsi nebeskými statistikami, které vědci doufají, že jim pomohou pochopit nejranější okamžiky kosmické historie. Jakmile bude v práci, dalekohled prozkoumá celou oblohu ve více než 100 různých „barvách“ infračervené světloVytvoření masivního datového souboru, který bude mít v celé astronomii obrovské důsledky.
„Normálně nemáte takový průzkum,“ říká Jo Dunkley, astrofyzik na Princetonské univerzitě, který slouží na revizní radě NASA, která sleduje misi. „Je to opravdu neobvyklé a opravdu úhledné.“
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Obvykle mají mise zkoumáná nebesa široká pole, ale pouze v hrstce jednotlivců nebo skupin vlnových délek světla. Dvouéky, které dokážou analyzovat světlo při vlnové délce, obvykle tak činí pouze na malé ploše oblohy a ukazují na konkrétní objekty zájmu. Například, Fotoaparát na Vera C. Rubin Observatory v Chilekterý se očekává, že bude zahájena pozorování koncem tohoto roku, bude ponořit oblohu v šesti pásmech vlnových délek. Naproti tomu James Webb Space Telescope má několik pozorovacích režimů To může rozbít světlo na mnoho vlnových délek, ale všechny jsou omezeny malým zorným polem observatoře.
Spherex funguje jinak. Chcete -li tomu porozumět, zvažte barevnou tiskárnu, která rozbije obraz na jednu vrstvu každou ze čtyř různých inkoustových barev – cyan, purpurová, žlutá a černá. Tyto barvy se spojí a tvoří konečný plnobarevný obrázek. Podobně je Spherex vybaven šesti speciálními filtry, které rozdělí jeho pohled na plnou oblohu na 102 infračervených barev.
„Je to opravdu mapování oblohy novým způsobem,“ říká Olivier Doré, kosmolog v NASA’s Jet Populsion Laboratory (JPL) a Kalifornský technologický institut a projektový vědec pro Spherex. „Jde o otevření nového okna na vesmíru.“
Ačkoli data, která kosmická loď shromažďuje, budou mít v celé astronomii široký význam, tým Spherex má tři klíčové vědecké cíle. Ty sahají od mapování různé zmrzliny V našem galaktickém sousedství a jeho okolí, abychom se zaměřili na světlo vesmíru nad jeho historií, aby dokonce prozkoumali některé z prvních okamžiků samotného času, krátce po velkém třesku.
Ices habalore
Ve svých studiích nejblíže zde a teď bude Spherex hledat nejrůznější zmrzliny v celém Mléčná dráha a jeho sousední galaxie. Za tímto účelem je dalekohled zmapovat přítomnost vodního ledu, samozřejmě, stejně jako zmrazený oxid uhličitý, methanol, amoniak a další zajímavé sloučeniny. Každá z těchto látek nese svůj vlastní výrazný molekulární podpis nebo spektrum, které je potištěno v vlnových délkách světla, které s ním interagují. A vědci budou moci tyto ledové spektra rozeznat bezprecedentní jasností díky pozorování Spherex.
Shromáždění takových spekter byla historicky obtížným procesem; Před zahájením JWST bylo provedeno pouze asi 200 takových měření pro tyto zmrzliny. Naproti tomu Spherex učiní asi osm milionů takových pozorování. Vědci doufají, že tato práce poskytne lepší porozumění komplexním chemickým procesům, které tyto zmrzliny spojí na mezihvězdné prachové zrna – a pravděpodobně je dodávají do vzrůstajících planetárních systémů.
Tento obrázek od NASA James Webb Space Telescope je blízká infračervená kamera (Nircam) obsahuje centrální oblast Chamaeleon I Dark Molecular Cloud, který spočívá v 630 světelných letech. Chladný, moudrý oblak (modrý, střed) je osvětlen infračerveným záře mladých, odstíněných protostar CED 110 IRS 4 (oranžová, vlevo nahoře).
NASA, ESA, CSA a M. Zamani (ESA)
„Je pravděpodobné, že led v mezihvězdném médiu je zdrojem vody na Zemi a v naší sluneční soustavě,“ říká James Bock, kosmolog v JPL a Kalifornský technologický institut a hlavní vyšetřovatel Spherex. To je více než nějaká akademická trivialita, vzhledem k tomu, jak důležité jsou tyto konkrétní molekuly pro malý jev, který nazýváme život.
Všechno světlo vesmíru
Kromě toho se většina práce Spherex bude týkat dřívějšího, vzdálenějšího vesmíru díky zaměření dalekohledu na infračervené světlo. Protože vesmír se neustále rozšiřuje ve všech směrech, vlnová délka světla projíždí doslova natažená. Vědci nazývají tento jev „redshifting“, protože v rozsahu lehkých lidských očí může vidět červené světlo nejdelší vlnové délky. Čím více prochází vesmírným světlem, tím více je jeho vlnová délka natažená a čím červenější se stává – takže jakékoli světlo emitované ze starověkých, vzdálených zdrojů často končí tím, že se stane infračerveným světlem.
To také znamená, že pečlivá analýza červenosvěného světla objektu umožňuje astronomům vypočítat, jak daleko je objekt od Země. Přes astronomii přidává měření této hlubiny na obloze třetí dimenzi vzdálenosti (a časem díky konečné rychlosti Light) na naše jinak ploché mapy vesmíru.
Tato taktika jsou zvláště silná pro regiony, kde Spherex shromáždí nejvíce dat – až po rovinu naší sluneční soustavy, uvnitř oblohy dabovaných na sever a jižní ekliptické póly. Dalekohled bude pozorovat každý ekliptický pól, jakmile bude každá oběžná dráha dlouhá mise a bude hledat něco zdánlivě nevyshovatelného: slabý signál vše Světlo emitováno nad historií vesmíru, které vědci Spherexu pak budou v průběhu času analyzovat.
Vědci již odhadli tento kosmický tok měřením množství světla generovaného reprezentativními vzorky galaxií. Ale vědí, že to podřídí skutečnou produkci světla. Některé galaxie jsou příliš daleko nebo příliš slabý na to, aby se měřilo pomocí této aproximační techniky, a světlo z hvězd na difúzních okrajích galaxie je snadno přehlédnuto. Ale Spherex nedívá na jednotlivé galaxie: dívá se na celou oblohu, takže uvidí i to jinak zmeškané světlo číhající v pozadí.
„I když tam nevidíte hvězdu, stále uvidíme světlo, fotony společně emitované všemi galaxiemi ve vesmíru,“ říká Asantha Cooray, kosmologka na Kalifornské univerzitě, Irvine a člen týmu Spherex.
Ale jednoduše vidět nestačí: Vědci také chtějí pochopit, jak se celková produkce světla vesmíru v průběhu času změnila, což je místo, kde přicházejí údaje o vlnových délkách s červeným posunem a Spherex.malé červené tečky“Pozorované JWST vytvořilo pouhé stovky milionů let po Velkém třesku.
Spherex, který pracuje z nízké oběžné dráhy Země, zametá přes oblohu a každý den přijímá asi 600 expozic. Pomocí techniky zvané spektroskopie bude observatoř představit každou část oblohy 102krát, pokaždé pomocí jiného barevného filtru, který blokuje všechny vlnové délky kromě jednoho.
„Každá vlnová délka je druh, který vám dává kosmickou historii jiný plátek,“ říká Bock. Je to, jako by se čtyřbarevný obraz naší „tiskárny“ analogie explodoval do řady zřetelných vrstev mezi divákem a stránkou-s každá vzdálenější vrstva byla výrazně starší než ten před ní a v jejich přechodech kódoval miliardy let historie.
„Snažíme se prozkoumat téměř celou celou kosmickou historii, až do epochy první hvězdy,“ říká Cooray.
Přiblížení inflace
Poslední cíle primární vědy Spherexu vypadají ještě dále v čase, až do okamžiků po Velkém třesku, během kterého většina vědců věří, že jev zvaný kosmická inflace vedl výbušninu Zvýšení velikosti vesmíru.
„Inflace byla v našem vesmíru velká událost,“ říká Bock. „Vesmír dramaticky rozšířil-bilion bilionů nebo něco takového.“
Pro něco tak epochálního je inflace překvapivě těžko studovat. Stalo se to, když byla záležitost vesmíru v téměř nepředstavitelně hustém, energetickém stavu, daleko za vše, co se vědci mohou pokusit napodobit v laboratoři. Spherex tato omezení nezmění, ale umožní vědcům sledovat způsob kruhového objezdu, jak porozumět tomu, jak se inflace rozvinula.
„Je to opravdu objevovací stroj.“ —Olivier Doré, kosmolog
Jádrem této práce je průzkum Spherex o celé obloze a mnoho galaxií v něm – některé 450 milionů, všichni řekli. Dalekohled určí umístění každé z těchto galaxií a vytvoří masivní trojrozměrný atlas vesmíru.
Odtud přijde nebeská statistika. Na základě různých teorií o tom, jak by inflace mohla fungovat a jaké další jevy by to mohly ovlivnit, vědci vyvinuli různé modely toho, jak by byla hmota rozptýlena v novorozeném vesmíru. Navzdory zasahujícím věkům by měl být tento vzorec stále leptán přes kosmos v prostorových distribucích galaxií. A Spherex by měla poskytnout data potřebná k jeho detekci, vyhodnotit, které inflační modely se hodí a které ne – podporuje některé inflační scénáře a vyvrácení ostatních, i když přímo pozoruje inflaci.
„Intelektuálně se vracíme v čase k původu vesmíru,“ říká Doré. „Ve skutečnosti můžeme, skoro s perem na papíře, jít z distribuce galaxií na těchto větších měřítcích, pomocí fyziky, kterou známe, až k fyzice inflace.“ To je něco, co je velmi silné, velmi ohromující. “
Během své počáteční cesty od Země Spherex také usnadňuje porozumění slunci vědcům. Druhá mise NASA, složená ze čtyř malých satelitů společně nazývala polarimetr, aby sjednotily koronu a heliosféru, nebo Punch, bude projíždět jízdou s vesmírným dalekohledem. Stejně jako Spherex budou tyto čtyři satelity obíhat po zemi podél linie, kde se den setká s nocí. Ale na rozdíl od jejich většího společníka zaměřeného na kosmos se budou satelity Punch dívat směrem k naší hvězdě a studovat, jak jeho vnější atmosféra živí proud nabitých částic nazývaných sluneční vítr, který vzbuzuje celou naši sluneční soustavu.
Ale i samotná sféra přispěje k vědě daleko nad rámec svých tří primárních astronomických otázek. Ačkoli je například přizpůsoben napětí do vzdálenosti, přesto bude pozorovat vše, co padá do jeho cesty, včetně blíže zvláštností, jako jsou planety, asteroidy a komety. A protože to bude zkoumat celou oblohu nejméně čtyřikrát-možná více, možná více, vzhledem k záznamu NASA o tom, jak z kosmické lodi co nejvíce vědy, budou vyhledávatelé, kteří se zajímají o rychle se měnící události, jako jsou SuperNové, také hledat nové nálezy v datech sféry.
„Krása astronomie je: Víme, že pokaždé, když se podíváme na oblohu jiným způsobem, s jiným nástrojem, z jiného úhlu, objevujeme nové věci,“ říká Doré. Spherex bude jednoduše nejnovější iterací tohoto truismu, dodává. „Je to opravdu objevovací stroj,“ říká Doré.
