NASA SPHEREx任务计划于2025年4月发射，将首次以102种红外颜色观测数亿颗恒星和星系

美国宇航局的 SPHEREx 任务将不迟于 2025 年 4 月发射，它不会是第一个观测数亿颗恒星和星系的太空望远镜，但它将是第一个以 102 种颜色观测这些恒星和星系的望远镜。虽然这些颜色由于处于红外范围内而无法被人眼看到，但科学家将利用它们来了解各种主题，从宇宙诞生后不到一秒的物理学到地球等行星上水的起源。

“我们是第一个以如此多的颜色观察整个天空的任务，”SPHEREx 首席研究员杰米·博克 (Jamie Bock) 说道，他同时在南加州的 NASA 喷气推进实验室和加州理工学院工作。“每当天文学家以新的方式观察天空时，我们都可以期待发现。”

SPHEREx是“宇宙历史光谱光度计”、“再电离时代”和“冰河探测器”的缩写，它将收集红外光，这种光的波长略长于人眼可以探测到的波长。该望远镜将使用一种称为光谱的技术，从数亿颗恒星和星系中获取光并将其分离成单独的颜色，就像棱镜将阳光变成彩虹一样。这种颜色分解可以揭示物体的各种属性，包括其成分和与地球的距离。

以下是 SPHEREx 将利用其彩色全天空地图进行的三项关键科学研究。

宇宙起源

人类眼睛所感知的颜色是不同波长的光。颜色之间的唯一区别是光波波峰之间的距离。如果恒星或星系在移动，其光波就会被拉伸或压缩，从而改变它们发出的颜色。（声波也是如此，这就是为什么救护车警报器的音调在靠近时似乎会升高，而在经过时会降低。）天文学家可以测量光被拉伸或压缩的程度，并据此推断到物体的距离。

SPHEREx 将应用这一原理绘制数亿个星系的三维位置图。通过这样做，科学家可以研究膨胀的物理原理，膨胀导致宇宙在大爆炸后不到一秒的时间内膨胀了数万亿倍。这种快速膨胀放大了物质分布的细微差异。由于这些差异仍然印刻在今天的星系分布上，因此测量星系的分布可以让科学家更多地了解膨胀是如何运作的。

银河起源

SPHEREx 还将测量所有星系产生的集体光辉——换句话说，就是宇宙历史上星系发出的光的总量。科学家们试图通过观察单个星系并推断宇宙中数万亿个星系来估计总光输出量。但这些计数可能会遗漏一些微弱或隐藏的光源，例如太小或太远以至于望远镜无法轻易探测到的星系。

利用光谱，SPHEREx 还可以向天文学家展示总光输出随时间的变化情况。例如，它可能揭示宇宙最早几代星系产生的光比以前认为的要多，要么是因为它们的数量更多，要么是因为它们比目前的估计更大更亮。由于光需要时间才能穿越太空，所以我们看到的遥远物体和过去一样。而且，随着光的传播，宇宙的膨胀会拉伸光，从而改变它的波长和颜色。因此，科学家可以使用 SPHEREx 数据来确定光传播了多远，以及它在宇宙历史中的哪个位置被释放。

水的起源

SPHEREx 将测量银河系 900 多万个独特方向上冰冻水、二氧化碳和其他生命必需成分的丰度。这些信息将帮助科学家更好地了解这些关键分子对行星形成的影响。研究表明，我们银河系中的大部分水都是冰而不是气体，冻结在小尘埃颗粒的表面。在恒星形成的浓密云层中，这些冰冷的尘埃颗粒可以成为新形成行星的一部分，并有可能形成像地球上的海洋。

此次任务的彩色视图将使科学家能够识别这些物质，因为化学元素和分子在它们吸收和发射的颜色中留下了独特的特征。

概览

许多太空望远镜，包括 NASA 的哈勃望远镜和詹姆斯·韦伯望远镜，都可以提供高分辨率、深入的单个物体或小部分太空光谱。其他太空望远镜，如 NASA 已退役的广域红外巡天探测器(WISE)，旨在拍摄整个天空的图像。SPHEREx 结合了这些能力，将光谱应用于整个天空。

通过将针对天空特定部分的望远镜观测结果与 SPHEREx 的全景视图相结合，科学家将获得更完整、更丰富多彩的宇宙视角。

关于SPHEREx的更多信息

SPHEREx 由 JPL 为位于华盛顿的 NASA 科学任务理事会内的天体物理学部门管理。BAE Systems（前身为 Ball Aerospace）建造了望远镜和航天器总线。SPHEREx 数据的科学分析将由位于美国和韩国的 10 个机构的科学家团队进行。数据将在加州理工学院的IPAC进行处理和存档，该中心负责管理 NASA 的 JPL。任务首席研究员在加州理工学院工作，由 JPL 联合任命。SPHEREx 数据集将公开。