Jak teleskop SPHEREx od NASA mapuje celou oblohu ve 102 barvách

Teleskop, který vidí vesmír ve 102 odstínech infračerveného záření

Většina kosmických teleskopů se zaměřuje na konkrétní cíle – vzdálenou galaxii, blízkou hvězdu, jedinou mlhovinu. SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) dělá pravý opak. Tato observatoř NASA, která byla vypuštěna 12. března 2025 na palubě rakety SpaceX Falcon 9, je navržena tak, aby během dvouleté primární mise vyfotografovala celou oblohu ve 102 infračervených barvách a vytvořila tak nejpodrobnější spektrální mapu vesmíru, jaká kdy byla sestavena.

Výsledkem není jen hezký obrázek. Každá z těchto 102 vlnových délek nese jedinečné chemické a fyzikální informace, což vědcům umožňuje sledovat tři ambiciózní vědecké cíle najednou: zkoumat následky Velkého třesku, hledat stavební kameny života v mezihvězdném prostoru a katalogizovat stovky milionů galaxií ve třech rozměrech.

Jak SPHEREx funguje – spektroskopie se setkává s montážní linkou

V srdci kosmické lodi se nachází skromný 20centimetrový hliníkový teleskop – zhruba o průměru talíře – spojený se šesti poli detektorů z telluridu kadmia a rtuti. Teleskop je radiačně chlazen na přibližně 80 K (−193 °C) a detektory jsou ochlazeny ještě více na 55 K, aby mohly zachytit slabé infračervené signály bez rušení vlastním teplem kosmické lodi.

SPHEREx používá techniku zvanou spektrofotometrie. Místo pořízení jedné širokopásmové momentky snímá stejný pás oblohy 102krát, pokaždé přes jiný úzkopásmový filtr. Představte si to jako fotografování každého kousku vesmíru přes 102 různě tónovaných čoček. Filtry pokrývají vlnové délky od 0,75 do 5,0 mikrometrů, pokrývající blízké infračervené světlo neviditelné lidskému oku.

Jak kosmická loď obíhá od pólu k pólu, zachycuje zhruba 3 600 snímků denně podél kruhového pásu. Pohyb Země kolem Slunce postupně posouvá zorné pole, takže po šesti měsících SPHEREx jednou naskenoval celou oblohu. Během své dvouleté mise dokončí čtyři úplné průzkumy oblohy, přičemž každý průchod zlepší citlivost a přesnost dat.

Cíl 1: Otisk Velkého třesku

Jednou z nejhlubších otázek v kosmologii je, co se stalo v první zlomku sekundy po Velkém třesku. Vedoucí teorie – kosmická inflace – navrhuje, že se vesmír rozšířil o faktor bilionu bilionů za méně než miliardtinu biliontiny biliontiny sekundy. Tento explozivní růst měl zanechat jemné statistické vzorce ve způsobu, jakým jsou galaxie rozmístěny v prostoru.

SPHEREx změří polohy a vzdálenosti více než 450 milionů galaxií a vytvoří 3D mapu dostatečně velkou na to, aby otestovala konkurenční modely inflace. Některé galaxie v průzkumu jsou tak vzdálené, že jejich světlo cestovalo 10 miliard let, než dosáhlo teleskopu, a nabízí tak okno do hluboké minulosti vesmíru.

Cíl 2: Mapování mezihvězdného ledu

Život na Zemi závisí na vodě, oxidu uhličitém a organických molekulách – a všechny je lze nalézt zmrazené na drobných prachových zrnech unášených mezihvězdným prostorem. Infračervené vidění SPHEREx je speciálně vyladěno pro detekci chemických signatur vodního ledu, ledu oxidu uhličitého, ledu oxidu uhelnatého a methanolu.

První výsledky již byly doručeny. Ve svém prvním roce SPHEREx zmapoval mezihvězdný led v oblastech Mléčné dráhy širokých více než 600 světelných let, včetně turbulentního komplexu Cygnus X tvořícího hvězdy. Tyto „mezihvězdné ledovce“ se nacházejí uvnitř obřích molekulárních oblaků, kde se rodí nové hvězdy a planetární systémy – což znamená, že ledový materiál, který SPHEREx sleduje, by se mohl nakonec stát součástí budoucích planet, oceánů a možná i života.

Cíl 3: Skryté záření galaxií

Kromě jednotlivých galaxií měří SPHEREx kosmické infračervené pozadí – kolektivní záření produkované všemi galaxiemi, včetně těch, které jsou příliš slabé nebo příliš vzdálené na to, aby byly pozorovány jednotlivě. Analýzou fluktuací v tomto pozadí mohou vědci získat informace o populacích galaxií, které nebyly nikdy přímo detekovány, a doplnit tak mezery v našem chápání kosmické historie.

Proč na SPHEREx záleží

Tam, kde James Webbův kosmický teleskop vyniká hlubokými, úzkými pozorováními jednotlivých cílů, SPHEREx vyměňuje hloubku za šíři. Jeho celooblohová metoda znamená, že každý astronom – od kosmologů po planetární vědce – může těžit z jeho veřejně dostupných dat pro nové objevy. Mise již odhalila neočekávané struktury v distribuci mezihvězdného ledu a očekává se, že bude generovat poznatky po celá desetiletí po dokončení svého posledního průzkumu.

Na kosmickou loď se zrcadlem o velikosti talíře odpovídá SPHEREx na některé z největších otázek ve vědě: Jak vesmír vznikl? Odkud pochází voda? A kolik galaxií tam vlastně je?