Die Testkammer für den neuen kosmischen Kartographen der NASA hat einen dramatischen Auftritt

Nach drei Jahren Planung und Bau, einer einmonatigen Bootsfahrt über den Pazifischen Ozean und dem Heben von einem 30-Tonnen-Kran hat die maßgeschneiderte Testkammer für die bevorstehende SPHEREx-Mission der NASA endlich ihr Ziel im Cahill Center for Astronomy and Astrophysics von Caltech in New York erreicht Pasadena.

SPHEREx (kurz für Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) soll frühestens im Juni 2024 auf den Markt kommen und eine einzigartige Karte des Kosmos erstellen, die Hunderte Millionen Objekte enthalten wird, darunter Sterne, Galaxien, Sternentstehungsgebiete und andere kosmische Wunder. Im Gegensatz zu früheren Karten wird sie Bilder von einzelnen Objekten sowie ein Spektrum für jeden Punkt am Himmel liefern. Spektren können eine Fundgrube an Informationen über kosmische Objekte enthalten, einschließlich ihrer chemischen Zusammensetzung, ihres Alters und der Entfernung zu fernen Galaxien.

Mit diesem dynamischen Diagramm können Wissenschaftler Fragen zu den Ereignissen kurz nach dem Urknall, zur Verbreitung lebenserhaltender Moleküle wie Wassereis in den planetenbildenden Regionen unserer Galaxie und zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien im Laufe des Lebens des Universums beantworten.

Aber damit SPHEREx dies möglich macht, muss das Teleskop nicht nur den Strapazen des Weltraums standhalten, sondern dort auch gedeihen. Hier kommt die kundenspezifische Testkammer ins Spiel. Die zylindrische Kammer ist etwa so groß wie ein kleiner SUV und besteht aus Edelstahl. Sie wurde vom Korean Astronomy and Space Science Institute (KASI), einem Partner der SPHEREx-Mission, gebaut. Es wird verwendet, um die Detektoren (im Wesentlichen die Kameras) und die Optik (das System, das Licht aus dem Kosmos sammelt) von SPHEREx zu testen.

Kaltes Licht

Unter der Leitung des Jet Propulsion Laboratory der NASA wird SPHEREx Infrarotlicht erkennen, das das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann. Manchmal auch als Wärmestrahlung bezeichnet, wird sie von warmen Objekten, einschließlich Sternen und Galaxien, sowie den Instrumenten des Teleskops emittiert. Die Kammer ist also so konzipiert, dass sie die Detektoren auf etwa minus 350 Grad Fahrenheit (etwa minus 200 Grad Celsius) kühlt, um sicherzustellen, dass ihre eigene Wärme das Licht der Objekte, für deren Beobachtung sie gebaut wurden, nicht überwältigt.

Aber zuerst muss das SPHEREx-Team testen, ob die Detektoren im Fokus sind. Dies wird durch ihren Abstand von der Optik bestimmt, ähnlich wie das Bewegen einer Lupe näher an Ihr Auge oder weiter weg von Ihrem Auge Objekte in den Fokus oder aus dem Fokus bringt. Das Team muss den Abstand zwischen den Detektoren und der Optik auf 0,0003 Zoll (7,5 Mikrometer) oder etwa ein Zehntel der Breite eines menschlichen Haares genau einstellen. Dazu richten sie die Optik und die Detektoren auf eine projizierte Infrarotlichtquelle, die sich außerhalb des Fensters der Kammer befindet, das aus Saphir besteht, weil Glas Infrarot blockiert. Die Quelle wird als Ersatz für die Objekte dienen, die SPHEREx im Weltraum beobachten wird, und das resultierende Bild wird den Ingenieuren mitteilen, ob der Abstand korrekt ist.

„Eine Reihe von Faktoren können die Fokusposition unseres Instruments beeinflussen, wenn es auf seine Betriebstemperatur herunterkommt“, sagte Phil Korngut, Wissenschaftler des SPHEREx-Instruments und Forscher am Caltech. „Es ist absolut wichtig, dass wir dieses Ding scharf fokussieren, bevor wir fliegen, und der einzige Weg, dies zu erreichen, sind spezifische kryogene optische Tests in der Umgebung, die von der KASI-Kammer bereitgestellt wird.“

Die Kammer ist auch für die Kalibrierung des SPHEREx-Spektrometers angepasst, das ein Spektrum von jedem Punkt am Himmel liefern wird.

Lange Reise

Im Jahr 2018 startete KASI eine Mission namens Near-Infrared Imaging Spectrometer for Star Formation History (NISS), die Ähnlichkeiten mit SPHEREx aufweist. Die Arbeit an NISS verschaffte dem KASI-Team die richtige Erfahrung, um die benutzerdefinierte Kammer zu bauen.

Nach der Schiffsreise von Korea nach Long Beach, Kalifornien, wurde die Kammer nach Norden nach Caltech transportiert. Zu groß, um durch den Haupteingang ihres neuen Zuhauses zu passen, musste sie unter das Gebäude gefahren werden: Ein 30-Tonnen-Kran hob einen abnehmbaren Abschnitt einer angrenzenden Straße ab und senkte dann die Prüfkammer mitsamt ihren Komponenten in eine Höhe – fensterloser Empfangsraum mit Decke, der inoffiziell als „Krypta“ bekannt ist. Anschließend wurde die Kammer in das SPHEREx-Testlabor gefahren, wo sie etwa 18 Monate bleiben wird, bis die Hardwaretests abgeschlossen sind.

„Nicht nur das SPHEREx-Team bei KASI, sondern die gesamte koreanische astronomische Gemeinschaft ist sehr an den SPHEREx-Daten und ihren wissenschaftlichen Zielen interessiert“, sagte Woong-Soeb Jeong, der Hauptforscher von SPHEREx für KASI. „Daher wird erwartet, dass die Teilnahme von KASI an der SPHEREx-Mission einen großen Einfluss auf die Forschung in unserer astronomischen Gemeinschaft haben wird. Dieses Erbe wird bei der Entwicklung unseres eigenen Weltraumteleskops mittlerer oder großer Klasse in der Zukunft eine große Hilfe sein.“