Các yếu tố chính kết hợp với nhau để NASASứ mệnh SPHEREx là kính viễn vọng không gian sẽ tạo ra một bản đồ vũ trụ chưa từng có.

Kính viễn vọng không gian SPHEREx của NASA bắt đầu trông rất giống khi nó chạm tới quỹ đạo Trái đất và bắt đầu lập bản đồ toàn bộ bầu trời. Viết tắt của Specto-photometer cho Lịch sử vũ trụ, Kỷ nguyên tái sinh và Ices Explorer, SPHEREx giống như một chiếc kèn, mặc dù nó cao khoảng 8,5 feet (2,6 mét) và rộng khoảng 10,5 feet (3,2 mét). Tạo cho đài quan sát hình dạng đặc biệt là hình nón của nó Photon Các tấm chắn đang được lắp ráp trong phòng sạch tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Nam California.

Sarah Soska, phó giám đốc tải trọng và kỹ sư hệ thống tải trọng cho sứ mệnh SPHEREx của NASA, đang xem xét một trong những lá chắn photon của tàu vũ trụ. Những hình nón đồng tâm này bảo vệ kính thiên văn khỏi ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời và Trái đất, những thứ có thể lấn át các máy dò của kính thiên văn. Nguồn hình ảnh: NASA/JPL-Caltech

Che chắn và vận hành

Ba hình nón, mỗi hình nón bên trong, sẽ bao quanh kính thiên văn SPHEREx để bảo vệ nó khỏi ánh sáng và sức nóng của Mặt trời và Trái đất. Tàu vũ trụ sẽ quét mọi phần của bầu trời, chẳng hạn như quét bên trong Trái đất, để hoàn thành hai bản đồ toàn bộ bầu trời mỗi năm.

Trên đây là một phần của một trong những tấm chắn photon của kính thiên văn SPHEREx của NASA đang được lắp ráp tại Cơ quan Cấu trúc Hàng không Vũ trụ Ứng dụng ở Stockton, California. Tín dụng: AACS

Ông nói: “SPHEREx phải rất linh hoạt vì tàu vũ trụ phải di chuyển tương đối nhanh khi quét bầu trời. Phòng thí nghiệm động cơ phản lựcSarah Soska, phó giám đốc tải trọng và kỹ sư hệ thống tải trọng của sứ mệnh. “Trông thì không phải vậy, nhưng bộ giáp thực sự rất nhẹ và được làm từ nhiều lớp vật liệu giống như một chiếc bánh sandwich. Bên ngoài là các tấm nhôm, bên trong là cấu trúc nhôm hình tổ ong trông giống như bìa cứng—nhẹ nhưng chắc chắn. .”

NASA SPHEREx sẽ tạo ra một bản đồ bầu trời không giống ai. Kiểm tra một số thiết bị đặc biệt mà đoàn thám hiểm đang sử dụng để tiến hành khoa học tiên tiến. Nguồn hình ảnh: NASA/JPL-Caltech

Mục tiêu sứ mệnh

Khi ra mắt – không muộn hơn tháng 4 năm 2025 – SPHEREx sẽ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về nguồn gốc của nước và các thành phần quan trọng khác cần thiết cho sự sống. Để làm được điều này, sứ mệnh sẽ đo lường lượng băng nước dồi dào trong các đám mây khí và bụi giữa các vì sao, nơi các ngôi sao mới được sinh ra và từ đó các hành tinh cuối cùng hình thành. Nó sẽ nghiên cứu lịch sử vũ trụ của các thiên hà bằng cách đo ánh sáng tập thể mà chúng tạo ra. Những phép đo này sẽ giúp tìm ra thời điểm các thiên hà bắt đầu hình thành và thành phần của chúng thay đổi như thế nào theo thời gian. Cuối cùng, bằng cách lập bản đồ vị trí của hàng triệu thiên hà so với nhau, SPHEREx sẽ tìm kiếm manh mối mới về sự giãn nở nhanh chóng hay lạm phát của vũ trụ xảy ra như thế nào trong một phần giây sau Vụ nổ lớn.

Amelia Cowan, trưởng nhóm tích hợp cơ học cho sứ mệnh SPHEREx của NASA, được giới thiệu với bộ tản nhiệt hình chữ V, một phần cứng giúp giữ cho kính viễn vọng không gian luôn mát mẻ. Nguồn hình ảnh: NASA/JPL-Caltech

Mát mẻ và ổn định

SPHEREx sẽ thực hiện tất cả những điều này bằng cách phát hiện ánh sáng hồng ngoại, một dải bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến ​​mà mắt người có thể nhìn thấy. Ánh sáng hồng ngoại đôi khi được gọi là bức xạ nhiệt vì tất cả các vật thể ấm đều phát ra nó. Ngay cả kính thiên văn cũng có thể tạo ra ánh sáng hồng ngoại. Vì ánh sáng này có thể gây nhiễu các máy dò nên kính thiên văn phải được giữ mát – dưới 350 độ dưới 0 F (khoảng -210 độ độ C).

Một lá chắn photon bên ngoài sẽ chặn ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời và Trái đất, đồng thời các khoảng trống giữa các hình nón sẽ ngăn nhiệt truyền vào bên trong tới kính thiên văn. Nhưng để đảm bảo SPHEREx đạt đến nhiệt độ hoạt động cực lạnh, nó cũng cần một thứ gọi là bộ tản nhiệt rãnh chữ V: ba chiếc gương hình nón, mỗi chiếc giống như một chiếc ô lộn ngược, xếp chồng lên nhau. Nằm bên dưới các tấm chắn photon, mỗi tấm bao gồm một loạt các nêm chuyển hướng ánh sáng hồng ngoại để nó phản xạ qua các khoảng trống giữa các tấm chắn và ra ngoài không gian. Điều này loại bỏ nhiệt truyền qua các thanh chống từ bus nhiệt độ phòng của tàu vũ trụ chứa máy tính và thiết bị điện tử.

Konstantin Pinanin, người quản lý trọng tải của sứ mệnh từ JPL cho biết: “Chúng tôi không chỉ quan tâm đến việc SPHEREx mát như thế nào mà còn quan tâm đến việc liệu nhiệt độ của nó có giữ nguyên hay không”. “Nếu nhiệt độ thay đổi, độ nhạy của máy dò có thể thay đổi, điều này có thể được hiểu là tín hiệu sai.”

Kính thiên văn phục vụ sứ mệnh SPHEREx của NASA đang được thử nghiệm tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL). Nó được nghiêng trên đế để có thể nhìn thấy bầu trời nhiều nhất có thể trong khi vẫn nằm trong sự bảo vệ của ba hình nón đồng tâm bảo vệ kính thiên văn khỏi ánh sáng và nhiệt từ mặt trời và Trái đất. Nguồn hình ảnh: NASA/JPL-Caltech

Mắt nhìn lên bầu trời

Tất nhiên, trái tim của SPHEREx là kính thiên văn, thu thập ánh sáng hồng ngoại từ các nguồn ở xa bằng cách sử dụng ba gương và sáu máy dò. Kính viễn vọng được đặt nghiêng trên đế để có thể nhìn thấy bầu trời nhiều nhất có thể trong khi vẫn nằm trong sự bảo vệ của các lá chắn photon.

Kính viễn vọng do Ball Aerospace chế tạo ở Boulder, Colorado, đã đến Viện Công nghệ California ở Pasadena, California vào tháng 5, nơi nó được tích hợp các máy dò và bộ tản nhiệt rãnh chữ V. Sau đó, tại JPL, các kỹ sư đã gắn nó lên một chiếc bàn rung để mô phỏng độ rung mà kính thiên văn sẽ chịu đựng trong chuyến hành trình của tên lửa vào vũ trụ. Sau đó, nó quay trở lại Caltech, nơi các nhà khoa học xác nhận rằng gương của nó vẫn được lấy nét sau một cuộc kiểm tra độ rung.

Xe tự hành SPHEREx của NASA sẽ sử dụng các bộ lọc này để thực hiện quang phổ, một kỹ thuật mà các nhà khoa học có thể sử dụng để nghiên cứu thành phần của vật thể hoặc đo khoảng cách của nó. Mỗi bộ lọc—có kích thước bằng một chiếc bánh quy—có nhiều bộ phận chặn tất cả ngoại trừ một bước sóng cụ thể của ánh sáng hồng ngoại. Nguồn hình ảnh: NASA/JPL-Caltech

“Tầm nhìn” hồng ngoại của SPHEREx.

Các tấm gương bên trong kính thiên văn SPHEREx thu thập ánh sáng từ các vật thể ở xa, nhưng chính các máy dò mới có thể “nhìn thấy” các bước sóng hồng ngoại mà sứ mệnh đang cố gắng quan sát.

Một ngôi sao giống như Mặt trời của chúng ta phát ra toàn bộ dải bước sóng khả kiến ​​nên nó có màu trắng (mặc dù bầu khí quyển Trái đất khiến nó xuất hiện) Chúng xuất hiện màu vàng hơn trong mắt chúng ta). Một lăng kính có thể chia ánh sáng này thành các bước sóng thành phần của nó – cầu vồng. Điều này được gọi là quang phổ.

SPHEREx sẽ sử dụng các bộ lọc được gắn trên đầu máy dò của nó để thực hiện phép đo quang phổ. Mỗi bộ lọc có kích thước xấp xỉ một chiếc bánh quy trông có vẻ óng ánh khi nhìn bằng mắt thường và chứa nhiều bộ phận để chặn tất cả ngoại trừ một bước sóng cụ thể của bức xạ hồng ngoại. Mỗi vật thể được SPHEREx quan sát sẽ được chụp ảnh qua từng mảnh, cho phép các nhà khoa học nhìn thấy các bước sóng cụ thể của ánh sáng hồng ngoại do vật thể đó phát ra, cho dù đó là một ngôi sao hay thiên hà. Tổng cộng, kính thiên văn có thể quan sát hơn 100 bước sóng khác nhau.

Từ đó, SPHEREx sẽ tạo ra các bản đồ vũ trụ không giống bất kỳ bản đồ nào từng thấy trước đây.

Sứ mệnh SPHEREx của NASA

SPHEREx được quản lý bởi Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) thuộc Phòng Vật lý Thiên văn của NASA thuộc Ban Giám đốc Sứ mệnh Khoa học ở Washington. Ball Aerospace đã chế tạo kính viễn vọng và sẽ cung cấp xe buýt cho tàu vũ trụ. Phân tích khoa học về dữ liệu SPHEREx sẽ được thực hiện bởi một nhóm các nhà khoa học có trụ sở tại 10 tổ chức trên khắp Hoa Kỳ và Hàn Quốc. Dữ liệu sẽ được xử lý và lưu trữ tại IPAC tại Caltech. Bộ dữ liệu SPHEREx sẽ được cung cấp công khai.