这个太空大喇叭启程探寻宇宙起源 还要寻找生命之水

在经历多次发射推迟后，北京时间3月12日上午11：10， SPHEREx太空望远镜搭乘美国太空探索公司（SpaceX）的猎鹰9号火箭从加州范登堡空军基地升空，开始其太空探索之旅。

SPHEREx重约502公斤，长宽约3.2米，高约2.6米。从外形上看，这架望远镜有些特别，外形像个喇叭。SPHEREx的全名也非常长——“宇宙历史、再电离时代与冰层探测光谱成像仪”，但它的目标可以简单总结为：了解宇宙的起源，探索星系的演化，寻找生命的关键元素水。

绘制色彩最丰富的全天地图

为了完成这些目标，SPHEREx每隔六个月就能完成一次全天扫描，并在102个不同的红外光波段绘制出“色彩”最为丰富的全天地图。红外光是人眼无法察觉的波长范围，但却是研究恒星和星系的理想手段。借助于光谱技术，SPHEREx可以将光分解为 102 种“颜色”，即不同波长的红外光，就像棱镜将阳光分解成彩虹一样。依靠光谱，不仅可以测量天体的距离，还能了解它们的成分。

有了SPHEREx的光谱地图，科学家们将能够发现银河系中的水冰等化学化合物的证据。他们不仅将测量宇宙中星系发出的总光量，还将辨别在宇宙历史的不同时期这一总光芒的亮度如何。他们还将绘制数亿个星系的3D位置，以研究宇宙诞生之初的暴胀阶段如何影响今天宇宙的大尺度结构。

为了能看到来自宇宙深处的微弱红外光，而不受自身热量产生的红外光干扰，其核心设备——红外望远镜和探测器，必须保持在约零下210摄氏度工作。

要如何才能达到这个超低温呢？

SPHEREx并没有像其他望远镜那样依靠液氮、液氦等冷却剂，而是使用了一种完全被动的冷却方式。它的外壳由三个锥形遮光罩组成，可以挡住地球和太阳的热量。遮光罩还有一个特别的镜面结构，能够把探测器自身的热量反射到太空中。这套设计让SPHEREx既节能又高效地保持低温工作状态。

为什么要去找冰冻水？

虽然太空中没有自由漂浮的海洋或湖泊，但科学家们认为宇宙中的大部分水都以冰的形式存在，冻结在小尘埃颗粒的表面。在恒星形成区的浓密云层中，这些冰冷的尘埃颗粒可以成为新形成的行星的一部分。实际上，地球海洋中的水，以及银河系中其他行星和卫星上的水，很可能都起源于这些冰冷的储藏库。

为此，SPHEREx将重点关注被称为分子云的大型气体和尘埃区域。在这些分子云中，它还将探测新形成的恒星以及行星形成过程中产生的物质盘。

像詹姆斯·韦伯太空望远镜和已经退役的斯皮策太空望远镜也已经探测到了水、二氧化碳和一氧化碳，但它们主要关注特定的目标。而SPHEREx是第一个专门针对银河系进行大规模巡天，并寻找水冰及其他冰冻化合物的太空望远镜。

值得一提的是，SPHEREx并不会拍摄目标天体的二维图像，而是收集目标的三维数据。这将使科学家们能够了解分子云中冰的含量，并观察冰的成分在不同环境下如何变化。

任务期间，SPHEREx将测量银河系 900 多万个独特方向上冰冻水、二氧化碳和其他生命必需成分的丰度，这也是迄今对此类物质进行的最大规模的巡天调查。所获得的信息将帮助科学家更好地了解这些关键分子对行星形成的影响。

太空望远镜间的协作

作为一架巡天望远镜，SPHEREx可以快速地观测天空大面积的区域而韦伯等太空望远镜的视野则要小得多，但可以对特定目标进行更为细致的观测。不过它们之间的观测数据可以结合使用。如果SPHEREx发现了一个特别有趣的位置，韦伯望远镜则可以用更高的光谱分辨率和SPHEREx无法探测到的波长来研究该目标。

总而言之，SPHEREx任务将帮助我们更好地理解宇宙中水的起源和分布，从而为我们寻找外星生命提供宝贵的线索，它也将让我们更好地了解宇宙的起源以及星系的演化。让我们拭目以待，看看它将为我们带来哪些激动人心的发现！

参考信息

https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-spherex-space-telescope-will-seek-lifes-ingredients/

https://www.nasa.gov/missions/spherex/why-nasas-spherex-mission-will-make-most-colorful-cosmic-map-ever/

编译：刘允

策划：刘颖 张超 李培元 杨柳

审核：刘勇 中国科学院国家空间科学中心研究员、中国航天科普大使