Un filtru pentru univers
„Sferax va produce o hartă tridimensională enormă a întregului cer de noapte.”
Observatorul SPHREEX al NASA după finalizarea testării mediului la BAE Systems din Boulder, Colorado, anul trecut. Credit: Sisteme NASA/JPL-CALTECH/BAE
Sateliții vin în toate formele și dimensiunile, dar nu există niciun aspect ca Sferex, un observator în infraroșu NASA lansat marți seară în căutarea de răspunsuri la întrebări și la felul în care universul și, în cele din urmă, a ajuns viața.
Misiunea a fost lansată la bordul unei rachete Spacex Falcon 9 de la baza de forță spațială Vandenberg din California, la ora 20:10, ora locală (11:10 pm EDT) marți. Mai puțin de 45 de minute mai târziu, etapa superioară a Falcon 9 a eliberat sferax într -o orbită polară la o altitudine de aproximativ 420 de mile (675 kilometri). Controlerele de la sol au primit primele semnale de la nava spațială, confirmându -și sănătatea după ce a ajuns în spațiu.
De îndată ce luna viitoare, odată ce inginerii verifică că Observatorul este gata, SPHEREX va începe o misiune științifică de doi ani care supraveghează cerul în 102 culori invizibile pentru ochiul uman. Detectoarele infraroșii ale Observatorului vor colecta date despre compoziția chimică a asteroizilor, norii de stele Hazy și galaxiile îndepărtate.
O rachetă Falcon 9 a ridicat sferax pe orbită. Credit: NASA/JIM ROSS
„SPHEREX va produce o hartă tridimensională enormă a întregului cer de noapte, iar cu acest set de date imens și nou, vom aborda unele dintre cele mai fundamentale întrebări din astrofizică”, a spus Phil Korngut, omul de știință al instrumentului misiunii de la Caltech.
„Folosind o tehnică numită spectroscopie cu filtru variabil liniar, vom produce 102 hărți în 102 lungimi de undă la fiecare șase luni, iar misiunea noastră de bază este să facem acest lucru de patru ori pe parcursul a doi ani”, a spus Korngut.
Fierbând -o în jos
Numele complet al misiunii, pentru care Sferex este acronimul, este o gură-reprezintă un spectro-fotometru pentru istoria universului, epoca reionizării și ICES Explorer. Misiunea de 488 de milioane de dolari caută răspunsuri la trei întrebări de bază: Cum a început universul? Cum au început galaxiile? Care sunt condițiile pe viață în afara sistemului solar?
Deși este posibil să rezumați aceste obiective într -un pas de ascensor, detaliile se referă la subiecte ezoterice precum inflația cosmică, fizica cuantică și planeitatea spațiului. Filozofic, aceste întrebări sunt existențiale. Sferex va încerca să -și lovească greutatea.
Construit de BAE Systems, Sferex are aproximativ dimensiunea unei mașini subcompacte și îi lipsește puterea și rezoluția unui observator emblematic precum James Webb Space Telescope. Oglinda principală a Webb se întinde pe peste 21 de metri (6,5 metri), în timp ce oglinda principală a SPHEREX are un diametru eficient de doar 7,9 centimetri (20 de centimetri), comparabil cu un telescop din curtea de calitate pentru consumatori.
Sferex va testa modelul inflaționist, o teorie pentru a explica momentele de neimaginat violente după Big Bang. Credit: NASA
Dar cel mai nou telescop spațial al NASA are câteva avantaje. În timp ce Webb este proiectat să privească adânc în mici bătăuși ale cerului, câmpul vizual mai larg al SPHEREX va observa cerul în toate direcțiile. Așa cum s -ar putea sugera numele său, SPHEREX va surprinde o viziune sferică a cosmosului. Filtrele de culoare se suprapun tabloului de detector al instrumentului pentru a separa lumina care intră în telescop în lungimile de undă ale componentelor sale, un proces cunoscut sub numele de spectroscopie. NASA spune că designul unic al SPHEREX îi permite să efectueze spectroscopie infraroșu pe sute de mii de obiecte simultan și peste 600 de expuneri pe zi.
„Sferex este un testament pentru a face științe mari cu un telescop mic”, a spus Beth Fabinsky, managerul de proiect al misiunii la NASA Jet Propulsion Laboratory din California.
Deoarece Sferx orbitează la sute de kilometri deasupra Pământului, telescopul zboară deasupra atmosferei discernibile, care poate absorbi o energie termică slabă provenită din surse astronomice îndepărtate. Detectoarele sale trebuie să fie reci, sub minus 360 ° Fahrenheit, sau 55 Kelvin, sau telescopul ar fi orbit de propria lumină. Acesta este motivul pentru care nava spațială are un aspect atât de neobișnuit.
Multe telescoape cu infraroșu trecut au folosit lichidul de răcire criogenic pentru a -și răcori detectoarele, dar aceasta este o resursă finită care se fierbe treptat în spațiu, limitând durata de viață a misiunii. Webb folosește un Sun Sun de dimensiuni de tenis complicate pentru a bloca căldura și lumina de la soare de instrumentele sale cu infraroșu. Inginerii au venit cu o soluție mai simplă pentru Sferex.
Trei scuturi de fotoni concentrice se extind din partea de sus a navei spațiale pentru a izola optica și detectoarele telescopului de la lumina de la soare și de pământ. Acest design nu necesită piese mobile, stimulând fiabilitatea și longevitatea misiunii. Scuturile fotonice arată ca un guler elizabetan. Proprietarii de animale de companie ar putea să o cunoască drept „conul de rușine” dat animalelor după intervenții chirurgicale.
La fel ca noul telescop spațial de jumătate de miliarde de dolari al NASA, acest canin vesel își poartă gulerul cu mândrie. Credit: Michael Macor/San Francisco Chronicle prin Getty Images
Pentru SPHEREX, acest con este un facilitator, permițând astronomilor să mizeze sute de milioane de galaxii pentru a studia inflația, o teorie cosmologică care sugerează că universul a suferit o expansiune neplăcută de minte chiar după Big Bang aproape 13,8 miliarde de ani în urmă. Prin procesul inflației, universul a crescut un „trilion de trilioane de ori” într-o fracțiune de secundă, a spus Korngut.
Teoria sugerează inflația lăsată în spatele modelului pentru cele mai mari structuri la scară a universului, numite Web Cosmic. Inflația „a extins fluctuații minuscule, mai mici decât un atom, până la scări cosmologice enorme pe care le vedem astăzi, urmărite de galaxii și clustere de galaxii”, a spus Jamie Bock, cosmolog la Caltech, care conduce echipa de știință Sferx.
„Chiar dacă inflația (teoria) a fost inventată în anii ’80, a fost testată de -a lungul deceniilor intervenite și a fost în concordanță cu datele”, a spus Bock. „În timp ce avem această imagine generală, încă nu știm ce a condus inflația, de ce s -a întâmplat. Deci, ceea ce va face Sferex este să testăm anumite modele de inflație, urmărind cele trei dimensiuni, sute de milioane de galaxii, pe întregul cer. Și aceste galaxii urmăresc fluctuațiile inițiale create de inflație.”
Telescopul SPHEREX va colecta, de asemenea, lumina combinată emisă de toate galaxiile, până la zorile cosmice, când primele stele și galaxii au strălucit prin urma de ceață a Big Bang. Oamenii de știință consideră că formarea de stele a atins în univers în urmă cu aproximativ 10 miliarde de ani, dar înțelegerea lor despre istoria cosmică se bazează pe observații ale unei populații relativ mici de galaxii.
„SfeRex, cu micul său telescop, va aborda acest subiect într -un mod inedit”, a spus Bock. „Instead of really counting, very deeply, individual galaxies, SPHEREx is going to look at the total glow produced by all galaxies. This cosmological glow captures all light emitted over cosmic history from galaxies, as well as anything else that emits light. So it’s a very different way of looking at the Universe, and in particular, that first stage of star and galaxy formation must also be in this cosmic glow.”
Bock și echipa sa de știință se vor potrivi cu datele agregate de la Sferex cu ceea ce știu despre galaxiile timpurii ale universului din misiuni precum Webb și Telescopul spațial Hubble. „Putem compara cu numărul care au fost construite cu telescoape mari și să vedem dacă am ratat vreo sursă de lumină”, a spus Bock.
Mai aproape de casă
În galaxia noastră, Sferex își va folosi sensibilitatea la infraroșu pentru a investiga originile și abundența de apă și gheață în nori moleculari, precursorii sistemelor solare străine unde se prăbușesc gazele și praful pentru a forma stele și planete.
„Credem că cea mai mare parte a apei și a gheții din univers se află în locuri de genul acesta”, a spus Rachel Akeson, SPHEREX Science Data Center Lead de la Caltech. „Este, de asemenea, probabil ca apa din oceanele Pământului să -și creeze în norul molecular. Deci, cum va mapa Sferax gheața în galaxia noastră? În timp ce alte telescoape spațiale au găsit rezervoare de apă în sute de locații, observații SPHEREX ale galaxiei noastre ne vor oferi mai mult de 9 milioane de ținte, un eșantion mult mai mare decât acum.”
Pe măsură ce telescop scanează pe aceste milioane de ținte, detectoarele sale vor măsura fiecare punct pe cer în 102 lungimi de undă cu infraroșu. Cu ajutorul spectroscopiei, SPHEREX va măsura cât de multă apă este legată în acești nori care formează stele.
„Cunoașterea conținutului de apă din jurul galaxiei este un indiciu despre câte locații ar putea găzdui viața”, a spus Akeson.
Observatorul SPHEREX (sus) a fost unit în călătoria sa în spațiu de patru sateliți mici NASA (de jos), care au început să studieze vântul solar. Credit: Benjamin Fry/BAE Systems
Sondajele cu tot celul, cum ar fi SPHEREX, de multe ori, apar surprize, deoarece ingerează cantități imense de date. Ei lasă în urmă moșteniri durabile, construind cataloage de galaxii și stele. Astronomii folosesc aceste arhive pentru a planifica observațiile de urmărire de către telescoape mai puternice precum Webb și Hubble, sau cu observatorii viitoare care folosesc tehnologii indisponibile astăzi.
Pe măsură ce se ridică pe cer observând galaxii îndepărtate, telescopul Sferax va surprinde, de asemenea, imagini de ținte din propriul nostru sistem solar. Acestea includ planete și mii de asteroizi, comete, lumi înghețate dincolo de Pluto și obiecte interstelare care tranzit ocazional prin sistemul solar. SfeRex va măsura apa, fierul, dioxidul de carbon și mai multe tipuri de ICE (apă, metan, azot, amoniac și altele) pe suprafața acestor lumi mai aproape de casă.
Găsirea economiilor acolo unde este posibil
O a doua misiune NASA a tras o plimbare în spațiu cu Sferx, implementând pe o orbită similară la câteva minute după ce Falcon 9 a lansat sarcina utilă principală.
Această misiune secundară, numită Punch, este formată din patru sateliți cu dimensiuni de valize care vor studia corona solară sau atmosfera exterioară, o teacă volatilă de gaz super încălzit, care se extinde la milioane de kilometri de suprafața soarelui. NASA se așteaptă ca misiunea de 150 de milioane de dolari a lui Punch să dezvăluie informații despre modul în care corona generează vântul solar, particule încărcate care curg continuu de la soare în toate direcțiile.
Există motive tangibile pentru a studia vântul solar. Aceste particule călătoresc prin spațiu la viteze aproape de 1 milion de mph și, la atingerea Pământului, interacționează cu câmpul magnetic al planetei noastre. Izbucnirile de energie care izbucnește de la soare, precum flăcările solare, pot genera șocuri în curentul vântului solar, ceea ce duce la riscuri mai mari pentru furtunile geomagnetice. Acestea au o serie de efecte pe Pământ, de la aurore colorate, dar benigne, până la perturbări la operațiuni de satelit și sisteme de navigație și comunicații.
Alte nave spațiale NASA au făcut zoom pentru a observa Modificări secundare din secundă în atmosfera soareluiși o flotă de santinele mai aproape de pământ măsoară vântul solar după ce a călătorit prin spațiu timp de trei zile. Punch va combina capacitățile imagistice a patru sateliți mici pentru a crea un singur „instrument virtual” cu o vedere suficient de largă pentru a monitoriza vântul solar, în timp ce lasă soarele și cursurile mai departe în sistemul solar.
Amestecarea unei călătorii în spațiu nu este la fel de simplă precum deschiderea Uber pe telefonul dvs., dar partajarea călătoriilor oferă o modalitate mai rentabilă de a lansa sateliți mici precum Punch. SpaceX lansează în mod regulat zboruri Rideshare, numite Misiuni Transporter, pe racheta sa Falcon 9, uneori cu peste 100 de sateliți pe o singură lansare, care se îndreaptă către o orbită standard. Misiuni precum SPHEREX și PUNCH nu sunt de obicei potrivite pentru misiunile de transportor SpaceX, deoarece au cerințe mai stricte de curățenie și trebuie să se lanseze pe orbite personalizate pentru a -și atinge obiectivele științifice.
Potrivirea SPHEREX și PUNCH la aceeași rachetă au necesitat ambele misiuni să meargă pe aceeași orbită și să fie gata de lansare la același lucru timp. Acesta este un lux care nu este deseori disponibil pentru planificatorii de misiune ale NASA, dar, acolo unde este posibil, agenția dorește să profite de oportunitățile Rideshare.
Lansarea misiunii Punch pe propria rachetă dedicată ar fi costat probabil cel puțin 15 milioane de dolari. Acesta este prețul aproximativ al unei misiuni pe Firefly Aerospace Alpha Rocket, cel mai ieftin lansator american cu mușchiul pentru a ridica sateliții Punch pe orbită.
„Aceasta este o schimbare reală a modului în care facem afaceri”, a spus Mark Clampin, administratorul adjunct în funcție pentru Direcția Misiunii Științei NASA sau SMD. „Este o nouă strategie pe care SMD lucrează acolo unde putem maximiza eficiența lansării prin zborul a două sarcini utile simultan, astfel încât maximizăm revenirea științifică.”
Stephen Clark este un reporter spațial la ARS Technica, care acoperă companii spațiale private și agențiile spațiale din lume. Ștefan scrie despre nexusul tehnologiei, științei, politicii și afacerilor de pe planetă și în afara planetei.
Comentarii recente