رونمایی از تلسکوپ جدید ناسا / نقشه برداری از ۴۵۰ میلیون کهکشان!

ناسا در حال آماده شدن برای یک ماموریت بلندپروازانه برای ایجاد یک نقشه منحصر به فرد از جهان است که قبلاً هرگز ایجاد نشده است.

ناسا اعلام کرده است که مأموریت SPHEREx از یک تلسکوپ فضایی برای نقشه‌برداری از کل آسمان با نور فروسرخ استفاده می‌کند و بینش‌های جدیدی را در مورد منشأ حیات، تاریخ کهکشان‌ها و گسترش کیهان آشکار می‌کند.

تلسکوپ SPHEREx که مخفف عبارت «Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer» به معنی «طیف فتومتر برای تاریخ کیهان، عصر یونیزه و کاوشگر یخ‌ها» است، در آزمایشگاه پیشران جت ناسا(JPL) در جنوب کالیفرنیا در حال ساخت است.

این تلسکوپ ظاهری متمایز با دیگر تلسکوپ‌ها و شبیه به گاو نر دارد. اسفرایکس با ارتفاع تقریباً ۲.۶ متری و عرض نزدیک به ۳.۲ متری توسط سه سپر فوتون مخروطی شکل احاطه شده است که برای محافظت از آن در برابر نور و گرمای خورشید و زمین طراحی شده است.

این سپرهای فوتونی از ورقه‌های آلومینیومی سبک وزن و ساختارهای لانه زنبوری ساخته شده‌اند.

سارا سوسکا مهندس سیستم‌های محموله در JPL می‌گوید: تلسکوپ SPHEREx باید کاملاً چابک باشد، زیرا باید نسبتاً سریع از آسمان نقشه‌بردرای کند. سپرهای آن در واقع بسیار سبک هستند و با لایه‌هایی از مواد به شکل ساندویچی ساخته شده‌اند.

ماموریت SPHEREx تا آوریل ۲۰۲۵ پرتاب خواهد شد و به مدت دو سال به دور زمین خواهد چرخید. در طول این مدت، تلسکوپ هر بخش از آسمان را جزء به جزء نقشه‌برداری می‌کند و هر سال دو نقشه از تمام آسمان را تکمیل می‌کند. این نقشه‌ها حاوی داده‌هایی از صدها میلیون جرم از جمله ستاره‌ها، کهکشان‌ها و ابرهای میان‌ستاره‌ای خواهند بود.

هدف این ماموریت پاسخگویی به برخی از اساسی‌ترین سوالات در نجوم و اخترزیست‌شناسی است. به عنوان مثال، تلسکوپ SPHEREx فراوانی یخ‌آب را در ابرهای میان‌ستاره‌ای، جایی که ستارگان و سیارات جدید متولد می‌شوند، اندازه‌گیری می‌کند.

آب یکی از اجزای اصلی حیات است و SPHEREx به دانشمندان کمک می‌کند تا نحوه توزیع و تحویل آن در سراسر کهکشان را درک کنند.

این تلسکوپ همچنین تاریخچه کیهانی کهکشان‌ها را با سنجش نور جمعی که آنها تولید می‌کنند، مطالعه خواهد کرد. این نور که به عنوان پس‌زمینه فروسرخ کیهانی شناخته می‌شود، حاوی اطلاعاتی درباره زمان و چگونگی شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها است. اسفرایکس با تجزیه و تحلیل تغییرات در این نور، عصر یونیزاسیون مجدد را بررسی خواهد کرد، یعنی زمانی که اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها گاز هیدروژن را که کیهان اولیه را پر کرده بود، یونیزه کردند.

در نهایت، SPHEREx موقعیت میلیون‌ها کهکشان را نسبت به یکدیگر ترسیم می‌کند و به دنبال الگوهایی می‌گردد که می‌توانند سرنخ‌های جدیدی در مورد تورم کیهانی نشان دهند. تورم کیهانی نظریه‌ای است که می‌گوید جهان کسری از ثانیه پس از مه‌بانگ(انفجار بزرگ) دچار انبساط سریع و نمایی شده است. این انبساط، بافت فضا-زمان را کشیده و هموار کرده، اما نوسانات کوچکی را نیز ایجاد کرده که موجب تشکیل ساختارهایی در مقیاس بزرگ شده است. تلسکوپ با اندازه‌گیری این نوسانات، مدل‌های تورم مختلف را آزمایش می‌کند و مبدأ و سرنوشت جهان را روشن می‌کند.

به نقل از ویکی‌پدیا، در کیهان‌شناسی فیزیکی، تورم کیهانی یا تورم، به انبساط جهان اولیه با سرعتی بسیار بیشتر از سرعت نور اشاره دارد. دوره تورمی جهان از ۱۰ به توان منفی ۳۶ ثانیه پس از مه‌بانگ تا ۱۰ به توان منفی ۳۳ یا ۳۲ ثانیه پس از آن به طول انجامید. پس از پایان دوره تورمی نیز جهان به انبساط خود با سرعتی کمتر ادامه داد.

تلسکوپ SPHEREx برای دستیابی به این اهداف به توانایی خود در تشخیص نور فروسرخ، طیفی از طول موج‌های طولانی‌تر از نور مرئی که چشم انسان می‌بیند، تکیه خواهد کرد. نور فروسرخ گاهی اوقات تابش گرما نامیده می‌شود، زیرا تمام اجسام و اجرام گرم، آن را ساطع می‌کنند. حتی تلسکوپ نیز می‌تواند نور فروسرخ ایجاد کند که می‌تواند با آشکارسازهای آن تداخل ایجاد کند. بنابراین برای جلوگیری از این امر، تلسکوپ باید بسیار سرد و در دمای زیر منفی ۲۱۰ درجه سانتیگراد نگه داشته شود.

سپر فوتون بیرونی، بیشتر نور و گرمای خورشید و زمین را مسدود می‌کند، اما برای اطمینان از اینکه SPHEREx به دمای کاری مطلوب خود برسد، به یک رادیاتور شیار V نیز نیاز دارد که مجموعه‌ای از سه آینه مخروطی است که هر کدام مانند یک چتر وارونه روی هم قرار گرفته‌اند. هر آینه در زیر سپرهای فوتونی، مجموعه‌ای از شکاف‌ها را شامل می‌شود که نور فروسرخ را به بیرون هدایت می‌کنند تا از این شکاف‌ها بیرون و به فضا بروند. این مجموعه، گرما را از محفظه اصلی فضاپیما که حاوی رایانه و وسایل الکترونیکی است و باید در دمای اتاق بماند، حذف می‌کند.

کنستانتین پنانن، مدیر این ماموریت از JPL می‌گوید: ما فقط نگران سرد بودن SPHEREx نیستیم، بلکه نگران ثابت ماندن دمای آن نیز هستیم. اگر دما تغییر کند، می‌تواند حساسیت آشکارساز را تغییر دهد که می‌تواند به عنوان یک سیگنال نادرست ترجمه شود.

تلسکوپ SPHEREx در قلب توانایی‌های این ماموریت قرار دارد. این تلسکوپ از سه آینه و شش آشکارساز برای گرفتن نور فروسرخ از منابع دور استفاده می‌کند. تلسکوپ بر روی پایه خود زاویه دارد تا دید خود را به حداکثر برساند، در حالی که هنوز توسط سپرهای فوتونی محافظت می‌شود.

این تلسکوپ توسط شرکت بال ایرواسپیس(Ball Aerospace) در بولدر کلرادو ساخته شده و سپس به Caltech در پاسادنای کالیفرنیا منتقل شده است، جایی که با آشکارسازها و رادیاتور شیار V ادغام شد.

این تلسکوپ قبل از بازگرداندن به Caltech تحت آزمایش ارتعاش در یک موشک شبیه‌سازی شده به فضا قرار گرفت. پس از آزمایش ارتعاش، دانشمندان تأیید کردند که آینه‌ها هنوز به درستی ثابت و متمرکز شده‌اند.

تلسکوپ SPHEREx نور را از اجرام دور جمع‌آوری می‌کند، اما آشکارسازهای آن به آن امکان می‌دهند تا طول موج‌های فروسرخ خاصی را که این مأموریت در تلاش برای مشاهده آن است، رصد کند. طیف‌سنجی که شامل تجزیه نور یک جرم به طول موج‌های اجزای آن است، با استفاده از فیلترهای نصب شده روی آشکارسازها انجام می‌شود.

این فیلترها، رنگین کمانی برای چشم غیرمسلح پدید می‌آورند که دارای بخش‌های متعددی است که تمام طول موج‌های خاص نور فروسرخ به جز یک طول موج را مسدود می‌کنند. دانشمندان با تصویربرداری از هر جرم می‌توانند طول موج‌های فروسرخ خاصی را که از آن جرم ساطع می‌شود، چه ستاره یا یک کهکشان باشد، مشاهده کنند.

تلسکوپ SPHEREx می‌تواند بیش از ۱۰۰ طول موج مجزا را رصد کند که به آن این امکان را می‌دهد تا نقشه‌هایی از کیهان ایجاد کند که تاکنون سابقه نداشته است.