Die NASA stellt die Pläne für ihren nächsten kosmischen Kartographen fertig

Die bevorstehende SPHEREx-Mission der NASA wird einige Ähnlichkeiten mit dem James-Webb-Weltraumteleskop haben. Aber die beiden Observatorien werden dramatisch unterschiedliche Ansätze zur Untersuchung des Himmels verfolgen.

Die SPHEREx-Mission wird in der Lage sein, alle sechs Monate den gesamten Himmel zu scannen und eine Karte des Kosmos zu erstellen, wie es sie noch nie gegeben hat. Es soll spätestens im April 2025 starten und untersuchen, was innerhalb der ersten Sekunde nach dem Urknall passiert ist, wie Galaxien entstehen und sich entwickeln und die Prävalenz von Molekülen, die für die Entstehung von Leben entscheidend sind, wie Wasser, das als Eis in unserem eingeschlossen ist Galaxis. Um diese Ziele zu erreichen, ist modernste Technologie erforderlich, und die NASA hat diesen Monat die endgültigen Pläne für alle Komponenten des Observatoriums genehmigt.

„Wir befinden uns am Übergang von der Arbeit mit Computermodellen zur Arbeit mit echter Hardware“, sagte Allen Farrington, SPHEREx-Projektmanager am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, das die Mission leitet. „Das Design für das Raumschiff, so wie es ist, ist bestätigt. Wir haben gezeigt, dass es bis ins kleinste Detail machbar ist. Jetzt können wir also wirklich mit dem Bauen und Zusammenbauen beginnen.“

Um große Fragen über das Universum zu beantworten, müssen Wissenschaftler den Himmel auf unterschiedliche Weise betrachten. Viele Teleskope, wie das Hubble-Weltraumteleskop der NASA, sind so gebaut, dass sie sich auf einzelne Sterne, Galaxien oder andere kosmische Objekte konzentrieren und sie im Detail untersuchen können. Aber SPHEREx (was für Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer steht) gehört zu einer anderen Klasse von Weltraumteleskopen, die schnell große Teile des Himmels beobachten und viele Objekte in kurzer Zeit vermessen. SPHEREx wird alle sechs Monate über 99 % des Himmels scannen; im Gegensatz dazu hat Hubble in mehr als 30 Betriebsjahren etwa 0,1 % des Himmels beobachtet. Obwohl Durchmusterungsteleskope wie SPHEREx Objekte nicht mit dem gleichen Detailgrad sehen können wie Zielobservatorien, können sie Fragen zu den typischen Eigenschaften dieser Objekte im gesamten Universum beantworten.

Beispielsweise wird das kürzlich gestartete James-Webb-Weltraumteleskop der NASA auf einzelne Exoplaneten (Planeten außerhalb unseres Sonnensystems) abzielen und ihre Größe, Temperatur, Wettermuster und Zusammensetzung messen. Aber bilden sich Exoplaneten im Durchschnitt in Umgebungen, die dem Leben, wie wir es kennen, förderlich sind? Mit SPHEREx werden Wissenschaftler die Verbreitung lebenserhaltender Materialien wie Wasser messen, die sich in eisigen Staubkörnern in den galaktischen Wolken befinden, aus denen neue Sterne und ihre Planetensysteme geboren werden. Astronomen glauben, dass das Wasser in den Ozeanen der Erde, von dem angenommen wird, dass es für das Leben auf der Erde unerlässlich ist, ursprünglich aus solchem ​​interstellaren Material stammt.

„Es ist der Unterschied zwischen dem Kennenlernen einiger einzelner Personen und dem Durchführen einer Volkszählung und dem Lernen über die Bevölkerung als Ganzes“, sagte Beth Fabinsky, stellvertretende Projektmanagerin für SPHEREx am JPL. „Beide Arten von Studien sind wichtig und ergänzen sich. Aber es gibt einige Fragen, die nur durch diese Volkszählung beantwortet werden können.“

SPHEREx und Webb unterscheiden sich nicht nur in ihrer Herangehensweise an die Untersuchung des Himmels, sondern auch in ihren physikalischen Parametern. Webb ist das größte Teleskop, das jemals in den Weltraum geflogen ist, mit einem 6,5 Meter (21,3 Fuß) großen Primärspiegel, um die Bilder mit der höchsten Auflösung aller Weltraumteleskope in der Geschichte aufzunehmen. Mit einem Sonnendach so groß wie ein Tennisplatz schützt die Sternwarte ihre empfindlichen Instrumente vor blendendem Sonnenlicht. SPHEREx hingegen hat einen 8-Zoll-Hauptspiegel und eine Sonnenblende mit einem Durchmesser von nur 3,2 Metern.

Aber beide Observatorien werden Infrarotlicht sammeln – Wellenlängen außerhalb des Bereichs, den das menschliche Auge wahrnehmen kann. Infrarot wird manchmal als Wärmestrahlung bezeichnet, weil es von warmen Objekten ausgestrahlt wird, weshalb es in Nachtsichtgeräten verwendet wird. Die beiden Teleskope werden auch beide eine Technik namens Spektroskopie verwenden, um Infrarotlicht in seine einzelnen Wellenlängen oder Farben zu zerlegen, genau wie ein Prisma Sonnenlicht in seine Farbkomponenten zerlegt. Durch die Spektroskopie können sowohl SPHEREx als auch Webb zeigen, woraus ein Objekt besteht, da einzelne chemische Elemente bestimmte Lichtwellenlängen absorbieren und abstrahlen.

Um den großen Fragen nachzugehen, musste das SPHEREx-Team zunächst praktischere Fragen beantworten, etwa ob das Instrument an Bord die Umwelt im Weltraum überleben könnte und ob alle seine Komponenten zusammengepackt und als System betrieben werden könnten. Letzten Monat wurden die endgültigen Pläne des Teams von der NASA genehmigt, ein Schritt, den die Agentur Critical Design Review oder CDR nennt. Dies markiert einen wichtigen Meilenstein für die Mission auf dem Weg zum Start.

„COVID ist weiterhin eine große Herausforderung für uns bei der Entwicklung neuer Weltraumprojekte. Alles, was das Land im vergangenen Jahr durchgemacht hat, von Unterbrechungen der Lieferkette bis hin zur Arbeit zu Hause mit Kindern, haben auch wir durchgemacht“, sagte SPHEREx Principal Investigator James Bock, Wissenschaftler am JPL und Caltech in Pasadena, Kalifornien. „Es ist wirklich unglaublich, Teil eines Teams zu sein, das diese Schwierigkeiten mit Enthusiasmus und scheinbar unbegrenzter Entschlossenheit gemeistert hat.“

Mehr zum Auftrag

SPHEREx wird vom JPL für das Science Mission Directorate der NASA in Washington verwaltet. Der Hauptforscher der Mission ist bei Caltech angesiedelt, das JPL für die NASA verwaltet und auch die Nutzlast in Zusammenarbeit mit JPL entwickeln wird. Ball Aerospace in Boulder, Colorado, wird das Raumfahrzeug liefern. Das Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) ist ein Instrumenten- und Wissenschaftspartner für die Mission. Die Daten werden im IPAC at Caltech verarbeitet und archiviert. Das Wissenschaftsteam von SPHEREx umfasst Mitglieder aus 10 Institutionen in den USA und Südkorea.