التلسكوب الفضائي SPHEREx التابع لناسا، المصمم لرسم خريطة للسماء، هو في مراحله النهائية من الإعداد. ومن المقرر إطلاقه بحلول أبريل 2025 لدراسة أصول الماء والعناصر الأساسية للحياة، وتكوين المجرات، والتوسع المبكر للكون. ومن خلال العمل بالأشعة تحت الحمراء، سيتم تحليل بيانات SPHEREx بواسطة فريق عالمي ونشرها للعامة. الائتمان: معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
يتم جمع العناصر الأساسية معًا ناسامهمة SPHEREx، عبارة عن تلسكوب فضائي سينشئ خريطة للكون لم يسبق لها مثيل.
بدأ التلسكوب الفضائي SPHEREx التابع لناسا في الظهور بشكل يشبه إلى حد كبير ما سيكون عليه عندما يصل إلى مدار الأرض ويبدأ في رسم خريطة للسماء بأكملها. اختصارًا لمقياس الطيف الضوئي لتاريخ الكون، وعصر إعادة التأين، ومستكشف الجليد، يشبه SPHEREx مكبر الصوت، على الرغم من أنه يبلغ ارتفاعه حوالي 8.5 قدم (2.6 متر) ويمتد عرضه حوالي 10.5 قدم (3.2 متر). وما يمنح المرصد شكله المميز هو شكله المخروطي. الفوتون الدروع، والتي يتم تجميعها في غرفة نظيفة في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا.
سارة سوسكا، نائبة مدير الحمولة ومهندسة أنظمة الحمولة في مهمة SPHEREx التابعة لناسا، تنظر إلى أحد دروع الفوتون الخاصة بالمركبة الفضائية. تحمي هذه المخاريط متحدة المركز التلسكوب من الضوء والحرارة القادمة من الشمس والأرض، والتي يمكن أن تطغى على كاشفات التلسكوب. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
التدريع والتشغيل
ستحيط ثلاثة مخاريط، كل منها متداخل داخل الآخر، بتلسكوب SPHEREx لحمايته من ضوء وحرارة الشمس والأرض. ستقوم المركبة الفضائية بمسح كل جزء من السماء، كما لو كانت تنظر إلى داخل الكرة الأرضية، لإنتاج خريطتين للسماء كل عام.
يظهر هنا جزء من أحد الدروع الضوئية الواقية الموجودة على تلسكوب SPHEREx التابع لناسا أثناء تجميعه في Applied Aerospace Structures في ستوكتون، كاليفورنيا. الائتمان: AACS
وقال: “يجب أن تكون SPHEREx مرنة للغاية لأن المركبة الفضائية تحتاج إلى التحرك بسرعة نسبية أثناء قيامها بمسح السماء”. مختبر الدفع النفاثسارة سوسكا، نائبة مدير الحمولة ومهندسة أنظمة الحمولة للمهمة. “قد لا يبدو الأمر كذلك، لكن الدروع في الواقع خفيفة جدًا ومصنوعة من طبقات من المواد مثل الساندويتش. الجزء الخارجي مصنوع من صفائح الألومنيوم والداخل عبارة عن هيكل من الألومنيوم على شكل قرص العسل يشبه الورق المقوى – خفيف ولكنه متين.
ستقوم وكالة ناسا SPHEREx بإنشاء خريطة للسماء لا مثيل لها. تعرف على بعض المعدات الخاصة التي تستخدمها البعثة لإجراء أبحاث علمية متطورة. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
أهداف المهمة
عند إطلاقه – في موعد أقصاه أبريل 2025 – سيساعد SPHEREx العلماء على فهم أفضل لأصل الماء والمكونات الرئيسية الأخرى الضرورية للحياة. وللقيام بذلك، ستقوم المهمة بقياس وفرة الجليد المائي في السحب بين النجوم من الغاز والغبار، حيث تولد النجوم الجديدة والتي تتشكل منها الكواكب في نهاية المطاف. وسوف يدرس التاريخ الكوني للمجرات من خلال قياس الضوء الجماعي الذي تنتجه. ستساعد هذه القياسات في تحديد متى بدأت المجرات بالتشكل وكيف تغير تكوينها بمرور الوقت. أخيرًا، من خلال رسم خرائط لموقع ملايين المجرات بالنسبة لبعضها البعض، ستبحث SPHEREx عن أدلة جديدة حول كيفية حدوث التوسع السريع، أو التضخم، للكون بعد جزء من الثانية من الانفجار الكبير.
أميليا كوان، مديرة التكامل الميكانيكي لمهمة SPHEREx التابعة لناسا، تظهر مع مشعاع على شكل حرف V، وهو قطعة من الأجهزة التي ستساعد في الحفاظ على برودة التلسكوب الفضائي. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
طازجة ومستقرة
ستقوم SPHEREx بكل هذا من خلال الكشف عن ضوء الأشعة تحت الحمراء، وهو نطاق من الأطوال الموجية أطول من الضوء المرئي الذي يمكن للعين البشرية رؤيته. يُطلق على ضوء الأشعة تحت الحمراء أحيانًا اسم الإشعاع الحراري لأن جميع الأجسام الساخنة تنبعث منه. حتى التلسكوب يمكنه إنشاء ضوء الأشعة تحت الحمراء. ونظرًا لأن هذا الضوء قد يتداخل مع أجهزة الكشف الخاصة به، فيجب أن يظل التلسكوب باردًا – أقل من 350 درجة تحت الصفر. فهرنهايت (حوالي -210 درجة درجة مئوية).
سيحجب الدرع الضوئي الخارجي الضوء والحرارة من الشمس والأرض، وستمنع المسافات بين المخاريط الحرارة من اختراق التلسكوب. ولكن لضمان وصول SPHEREx إلى درجة حرارة التشغيل المتجمدة، فإنها تحتاج أيضًا إلى ما يسمى مشعاع V-groove: ثلاث مرايا مخروطية، كل منها مثل مظلة مقلوبة، مكدسة فوق بعضها البعض. تقع تحت دروع الفوتون، وتتكون كل منها من سلسلة من الزوايا التي تعيد توجيه ضوء الأشعة تحت الحمراء بحيث يرتد عبر الفجوات بين الدروع ويخرج إلى الفضاء. يؤدي هذا إلى التخلص من الحرارة المنقولة عبر الوسائط بواسطة ناقل المركبة الفضائية الذي يحتوي على درجة حرارة الغرفة والذي يحتوي على الكمبيوتر والإلكترونيات.
قال كونستانتين بينانين، مدير الحمولة للمهمة من مختبر الدفع النفاث: “نحن لسنا قلقين فقط بشأن مدى برودة SPHEREx، ولكن أيضًا ما إذا كانت درجة حرارتها ستظل كما هي”. “إذا تغيرت درجة الحرارة، فمن الممكن أن تتغير حساسية الكاشف، مما قد يؤدي إلى إشارة خاطئة.”
يتم اختبار تلسكوب مهمة SPHEREx التابع لناسا في مختبر الدفع النفاث (JPL). وهو مائل على قاعدته حتى يتمكن من رؤية أكبر قدر ممكن من السماء مع البقاء تحت حماية ثلاثة مخاريط متحدة المركز تحمي التلسكوب من ضوء وحرارة الشمس والأرض. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
العين على السماء
قلب SPHEREx هو بالطبع التلسكوب، الذي يجمع ضوء الأشعة تحت الحمراء من مصادر بعيدة باستخدام ثلاث مرايا وستة أجهزة كشف. ويميل التلسكوب على قاعدته حتى يتمكن من رؤية أكبر قدر ممكن من السماء مع البقاء تحت حماية دروع الفوتون.
وقد وصل التلسكوب، الذي صنعته شركة بول إيروسبيس في بولدر، كولورادو، في مايو/أيار إلى معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا، كاليفورنيا، حيث تم دمجه مع أجهزة الكشف والمبرد على شكل حرف V. ثم في مختبر الدفع النفاث، قام المهندسون بتوصيله إلى طاولة اهتزازية تحاكي الاهتزاز الذي يحدث في مختبر الدفع النفاث. سيختبرها التلسكوب خلال رحلة الصاروخ إلى الفضاء. بعد ذلك، عاد إلى معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، حيث أكد العلماء أن مراياه كانت لا تزال في بؤرة التركيز بعد اختبارات الاهتزاز.
سوف يستخدم SPHEREx التابع لناسا هذه المرشحات لإجراء التحليل الطيفي، وهي تقنية يمكن للعلماء استخدامها لدراسة تكوين الجسم أو قياس المسافة التي تفصله. يحتوي كل مرشح – بحجم قطعة البسكويت تقريبًا – على عدة أجزاء تحجب جميع الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء باستثناء طول موجي واحد محدد. مصدر الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
“رؤية” الأشعة تحت الحمراء لـ SPHEREx
تقوم المرايا الموجودة داخل تلسكوب SPHEREx بجمع الضوء من الأجسام البعيدة، لكن أجهزة الكشف هي التي يمكنها “رؤية” الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء التي تحاول المهمة رصدها.
يُصدر نجم مثل شمسنا نطاقًا كاملاً من الأطوال الموجية المرئية، لذلك يكون لونه أبيض (على الرغم من أن الغلاف الجوي للأرض يجعله تظهر أكثر صفراء في أعيننا). يمكن للمنشور أن يقسم هذا الضوء إلى الأطوال الموجية التي يتكون منها – قوس قزح. وهذا ما يسمى التحليل الطيفي.
سوف يستخدم SPHEREx مرشحات مثبتة فوق أجهزة الكشف الخاصة به لإجراء التحليل الطيفي. يبدو كل مرشح بحجم قطعة البسكويت تقريبًا متقزح اللون للعين المجردة ويحتوي على أجزاء متعددة لمنع جميع الأطوال الموجية المحددة للأشعة تحت الحمراء باستثناء طول موجي واحد محدد. سيتم تصوير كل جسم تمت مراقبته بواسطة SPHEREx من خلال كل قطعة، مما يسمح للعلماء برؤية الأطوال الموجية المحددة للأشعة تحت الحمراء المنبعثة من ذلك الجسم، سواء كان نجمًا أو مجرة. في المجمل، يمكن للتلسكوب مراقبة أكثر من 100 طول موجي مختلف.
ومن هناك، ستقوم SPHEREx بإنشاء خرائط غير مسبوقة للكون.
مهمة ناسا SPHEREx
تتم إدارة SPHEREx بواسطة مختبر الدفع النفاث (JPL) التابع لقسم الفيزياء الفلكية التابع لناسا داخل مديرية المهام العلمية في واشنطن. قامت شركة Ball Aerospace ببناء التلسكوب وستوفر حافلة المركبة الفضائية. سيتم إجراء التحليل العلمي لبيانات SPHEREx بواسطة فريق من العلماء في 10 مؤسسات في الولايات المتحدة وكوريا الجنوبية. ستتم معالجة البيانات وأرشفتها في IPAC في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. ستكون مجموعة بيانات SPHEREx متاحة للعامة.
