Сара Суска, заместитель менеджера по полезной нагрузке и инженер по системам полезной нагрузки миссии НАСА SPHEREx, смотрит на один из фотонных щитов космического корабля. Эти концентрические конусы защищают телескоп от света и тепла Солнца и Земли, которые могут перегрузить детекторы телескопа. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Космический телескоп НАСА SPHEREx начинает выглядеть так же, как когда он выйдет на околоземную орбиту и начнет составлять карту всего неба. Сокращенно от «Спекто-фотометр для истории Вселенной», «Эпохи реионизации» и «Исследователя льдов», SPHEREx напоминает мегафон, хотя его высота составляет почти 8,5 футов (2,6 метра), а ширина — почти 10,5 футов (3,2 метра). Отличительную форму обсерватории придают конусообразные фотонные щиты, которые собираются в чистой комнате Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
Три конуса, каждый из которых расположен внутри другого, будут окружать телескоп SPHEREx, защищая его от света и тепла Солнца и Земли. Космический корабль будет обходить каждый участок неба, словно сканируя внутреннюю часть земного шара, и каждый год будет составлять две карты всего неба.
«SPHEREx должен быть достаточно маневренным, потому что космический корабль должен двигаться относительно быстро, сканируя небо», — сказала Сара Суска из JPL, заместитель менеджера по полезной нагрузке и инженер по системам полезной нагрузки миссии. «Это так не выглядит, но на самом деле щиты довольно легкие и состоят из слоев материала, напоминающих сэндвич. Снаружи — алюминиевые листы, а внутри — алюминиевая сотовая конструкция, похожая на картон — легкая, но прочная».
Телескоп для миссии НАСА SPHEREx проходит испытания в Лаборатории реактивного движения. Его основание наклонено таким образом, чтобы он мог видеть как можно большую часть неба, оставаясь при этом под защитой трех концентрических конусов, которые защищают телескоп от света и тепла Солнца и Земли. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Когда он будет запущен – не позднее апреля 2025 года – SPHEREx поможет ученым лучше понять, откуда взялась вода и другие ключевые ингредиенты, необходимые для жизни. Для этого миссия будет измерять содержание водяного льда в межзвездных облаках газа и пыли, где рождаются новые звезды и из которых в конечном итоге формируются планеты. Он будет изучать космическую историю галактик, измеряя коллективный свет, который они излучают.
Эти измерения помогут выяснить, когда начали формироваться галактики и как их формирование изменилось с течением времени. Наконец, составив карту расположения миллионов галактик относительно друг друга, SPHEREx будет искать новые подсказки о том, как быстрое расширение или инфляция Вселенной произошло через долю секунды после Большого взрыва.
Круто и стабильно
SPHEREx будет делать все это, обнаруживая инфракрасный свет, диапазон длин волн которого больше, чем видимый свет, который могут видеть человеческие глаза. Инфракрасный свет также иногда называют тепловым излучением, поскольку его излучают все теплые предметы. Даже телескоп может создавать инфракрасный свет. Поскольку этот свет будет мешать работе детекторов, телескоп необходимо хранить в холодном состоянии — ниже минус 350 градусов по Фаренгейту (около минус 210 градусов по Цельсию).
Внешний фотонный экран будет блокировать свет и тепло от Солнца и Земли, а промежутки между конусами не позволят теплу проникнуть внутрь телескопа. Но чтобы SPHEREx достиг своей холодной рабочей температуры, ему также необходимо нечто, называемое радиатором с V-образной канавкой: три конических зеркала, каждое из которых похоже на перевернутый зонтик, сложенных друг на друга. Расположенный под фотонными щитами, каждый из них состоит из ряда клиньев, которые перенаправляют инфракрасный свет так, чтобы он отражался через промежутки между щитами и выходил в космос. Это отводит тепло, переносимое через опоры из автобуса космического корабля комнатной температуры, в котором находится компьютер и электроника.
Амелия Куан, руководитель механической интеграции миссии НАСА SPHEREx, изображена с радиатором с V-образной канавкой, аппаратным обеспечением, которое поможет сохранять космический телескоп холодным. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
«Нас беспокоит не только то, насколько холоден SPHEREx, но и то, чтобы его температура оставалась прежней», — сказал Константин Пенанен из JPL, менеджер полезной нагрузки миссии. «Если температура изменится, это может изменить чувствительность детектора, что может быть расценено как ложный сигнал».
Глаз на небо
Сердцем SPHEREx, конечно же, является телескоп, который собирает инфракрасное излучение от удаленных источников с помощью трех зеркал и шести детекторов. Основание телескопа наклонено таким образом, чтобы он мог видеть как можно большую часть неба, оставаясь при этом под защитой фотонного щита.
Построенный компанией Ball Aerospace в Боулдере, штат Колорадо, телескоп прибыл в мае в Калифорнийский технологический институт в Пасадене, штат Калифорния, где он был интегрирован с детекторами и излучателем с V-образной канавкой. Затем инженеры Лаборатории реактивного движения закрепили его на вибрационном столе, имитирующем тряску, которую телескоп выдержит во время полета ракеты в космос. После этого он вернулся в Калифорнийский технологический институт, где ученые подтвердили, что его зеркала все еще находятся в фокусе после вибрационных испытаний.
SPHEREx НАСА будет использовать эти фильтры для проведения спектроскопии — метода, который ученые могут использовать для изучения состава объекта или измерения того, насколько далеко он находится. Каждый фильтр размером примерно с крекер имеет несколько сегментов, которые блокируют все волны инфракрасного света, кроме одной определенной длины волны. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Инфракрасное «видение» SPHEREx
Зеркала внутри телескопа SPHEREx собирают свет от удаленных объектов, но именно детекторы могут «видеть» инфракрасные волны, которые миссия пытается наблюдать.
Звезда, подобная нашему Солнцу, излучает весь диапазон видимых длин волн, поэтому она белая (хотя из-за атмосферы Земли она кажется нашим глазам более желтой). Призма может разбить этот свет на составляющие его длины волн — радугу. Это называется спектроскопией.
SPHEREx будет использовать фильтры, установленные поверх своих детекторов, для проведения спектроскопии. Каждый фильтр размером всего с крекер кажется переливающимся невооруженным глазом и имеет несколько сегментов, которые блокируют все волны инфракрасного света, кроме одной определенной длины волны. Каждый объект, который наблюдает SPHEREx, будет отображаться каждым сегментом, что позволит ученым видеть определенные длины волн инфракрасного излучения, излучаемые этим объектом, будь то звезда или галактика. Всего телескоп может наблюдать более 100 различных длин волн.
И на основе этого SPHEREx создаст карты Вселенной, непохожие ни на одну из предыдущих.
