Das SPHEREx-Weltraumteleskop der NASA war in den vergangenen zwei Monaten immer wieder in einer speziell angefertigten Kammer untergebracht und wurde Tests unterzogen, um es auf seine zweijährige Mission im Weltraum vorzubereiten. SPHEREx, das für Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization und Ices Explorer steht, soll spätestens im April 2025 in die Umlaufbahn um die Erde starten.
Es wird den gesamten Himmel in infraroten Lichtwellenlängen kartieren und dabei nicht nur Bilder von Hunderten Millionen Sternen und Galaxien, sondern auch Spektren dieser Objekte erfassen. Spektren werden von Instrumenten erzeugt, die Licht in einen Regenbogen von Wellenlängen zerlegen und so neue Details über die Zusammensetzung, Entfernung und mehr eines kosmischen Objekts offenbaren.
„Es ist ein kleines Teleskop, aber es sammelt dank seines sehr weiten Sichtfelds enorm viel Licht“, erklärt Stephen Padin, Forschungsprofessor für Physik am Caltech und Mitglied des SPHEREx-Teams. „Dies wird die erste spektroskopische Untersuchung des gesamten Himmels im nahen Infrarot sein.“
Um SPHEREx auf seine Reise vorzubereiten, waren Wissenschaftler und Ingenieure am Caltech und am Jet Propulsion Laboratory (JPL), das von Caltech für die NASA verwaltet wird, damit beschäftigt, die Detektoren und Optiken von SPHEREx in einem Kellerlabor im Cahill Center for Astronomy and Astrophysics des Caltech zu testen.
Da für die Durchführung dieser Tests die Simulation des extrem kalten Vakuums des Weltraums erforderlich ist, beauftragte das SPHEREx-Team Kollegen vom Korean Astronomy and Space Science Institute (KASI) mit dem Bau einer Spezialkammer für diesen Zweck. Die SUV-große Kammer kühlt das Teleskop auf etwa minus 350 Grad Fahrenheit (etwa minus 200 Grad Celsius).
„Eine Reihe von Messungen in der Kammer wird testen, ob das Teleskop im Fokus ist und auch während der Erschütterungen beim Start im Fokus bleibt“, sagt Jamie Bock, der leitende Forscher der Mission, Professor für Physik am Caltech und leitender Forschungswissenschaftler am JPL . „Die Kammer wird später zur Charakterisierung des Spektrometers von SPHEREx verwendet, das detaillierte Spektralinformationen für jeden Punkt am Himmel erfassen wird.“
Letztes Jahr wurde die maßgeschneiderte Kammer mit Hilfe eines 30-Tonnen-Krans in den Keller von Cahill abgesenkt, wie in einem Zeitraffervideo zu sehen ist. Anschließend wurde das Teleskop sorgfältig für die Platzierung in der Kammer vorbereitet. Dabei wurden Teile des Teleskops in Folienmaterial eingewickelt, um Streulicht auszublenden und das Teleskop kühl zu halten. Ein zweites Zeitraffervideo zeigt Teammitglieder, wie sie das Teleskop in die Kammer laden.
Um zu testen, ob das Teleskop im Fokus ist, nutzt das Team einen Kollimator, im Grunde ein umgekehrt arbeitendes Teleskop, um einen künstlichen Stern in die Kammer und auf die Detektoren zu richten. Die Kammer wurde mit einem goldbeschichteten Saphirfenster ausgestattet, das es dem Team ermöglicht, den künstlichen Stern in die Kammer zu projizieren und gleichzeitig die Wärme aus dem Labor von der Kammer weg zu reflektieren.
„Das Labor leuchtet im Infrarotbereich“, erklärt Phil Korngut, wissenschaftlicher Forscher am Caltech und Instrumentenwissenschaftler des SPHEREx-Teams. „Wir müssen verhindern, dass dieses unangenehme thermische Hintergrundlicht in das Teleskop gelangt, da es die Detektoren völlig überfluten würde.“
Zwischen den Tests am Caltech wird das Teleskop zum JPL verschifft, wo ein großer mechanischer Shaker die Vibrationen nachahmt, die SPHEREx erfährt, wenn es an Bord einer Rakete ins All startet. Sobald SPHEREx die Tests bei Caltech und JPL bestanden hat, wird es ab März 2024 zur Integration in das Raumschiff an Ball Aerospace in Boulder, Colorado, verschifft.
Die Himmelskarten der Mission werden Sterne und Galaxien im gesamten Universum in etwas mehr als 100 verschiedenen Infrarotwellenlängen des Lichts zeigen. Seine Bilder und Spektraldaten werden es Astronomen ermöglichen, die großräumige Struktur des Universums zu verfolgen und grundlegende Fragen zu den ersten Momenten nach der Geburt unseres Kosmos vor 13,8 Milliarden Jahren zu beantworten. SPHEREx wird auch dazu beitragen, das Rätsel zu lösen, wie Wasser auf die Erde gelangte, indem es die Fülle an Wasser und anderem Eis in Regionen untersucht, in denen sich Sterne und Planetensysteme bilden.
„Unsere Mission ergänzt andere wie JWST und das zukünftige Nancy Grace Roman Space Telescope“, sagt Chi Nguyen, Postdoktorand und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Caltech und Mitglied des SPHEREx-Teams. „Sie betrachten Objekte im Detail, während wir den gesamten Himmel kartieren und mehr auf globale Merkmale achten.“
SPHEREx wird vom JPL für die Astrophysik-Abteilung der NASA im Science Mission Directorate in Washington, D.C. verwaltet. Ball Aerospace wird das Raumschiff liefern. Die wissenschaftliche Analyse der SPHEREx-Daten wird von einem Team von Wissenschaftlern an 10 Institutionen in den USA und in Südkorea durchgeführt. Die Daten werden im IPAC am Caltech verarbeitet und archiviert. Der SPHEREx-Datensatz wird öffentlich verfügbar sein.