Ako teleskop SPHEREx od NASA zmapuje celú oblohu v 102 farbách

Teleskop, ktorý vidí vesmír v 102 odtieňoch infračerveného žiarenia

Väčšina vesmírnych teleskopov sa zameriava na konkrétne ciele – vzdialenú galaxiu, blízku hviezdu, jedinú hmlovinu. SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) robí opak. Táto observatórium NASA, ktorá bola vypustená 12. marca 2025 na palube rakety SpaceX Falcon 9, je navrhnutá tak, aby počas dvojročnej primárnej misie odfotografovala celú oblohu v 102 infračervených farbách, čím vytvorí najpodrobnejšiu spektrálnu mapu kozmu, aká bola kedy zostavená.

Výsledkom nie je len pekný obrázok. Každá z týchto 102 vlnových dĺžok nesie jedinečné chemické a fyzikálne informácie, čo vedcom umožňuje sledovať tri ambiciózne vedecké ciele naraz: skúmať následky Veľkého tresku, hľadať stavebné kamene života v medzihviezdnom priestore a katalogizovať stovky miliónov galaxií v troch rozmeroch.

Ako SPHEREx funguje – spektroskopia sa stretáva s montážnou linkou

V srdci vesmírnej lode sa nachádza skromný 20-centimetrový hliníkový teleskop – približne priemeru taniera – spárovaný so šiestimi poliami detektorov z ortuti, kadmia a telúru. Teleskop je radiačne chladený na približne 80 K (−193 °C), pričom detektory sú ochladené ešte viac na 55 K, aby mohli zachytávať slabé infračervené signály bez rušenia vlastným teplom vesmírnej lode.

SPHEREx používa techniku nazývanú spektrofotometria. Namiesto toho, aby urobil jeden širokopásmový záber, zobrazuje ten istý pás oblohy 102-krát samostatne, zakaždým cez iný úzkopásmový filter. Predstavte si to ako fotografovanie každého kúsku vesmíru cez 102 rôzne tónovaných šošoviek. Filtre pokrývajú vlnové dĺžky od 0,75 do 5,0 mikrometrov, pokrývajúce blízke infračervené svetlo neviditeľné pre ľudské oko.

Keďže vesmírna loď obieha od pólu k pólu, zachytáva približne 3 600 snímok denne pozdĺž kruhového pásu. Pohyb Zeme okolo Slnka postupne posúva zorné pole, takže po šiestich mesiacoch SPHEREx raz naskenoval celú oblohu. Počas svojej dvojročnej misie dokončí štyri úplné prehliadky oblohy, pričom každý prechod zlepší citlivosť a presnosť údajov.

Cieľ 1: Odtlačky Veľkého tresku

Jednou z najhlbších otázok v kozmológii je, čo sa stalo v prvej zlomku sekundy po Veľkom tresku. Vedúca teória – kozmická inflácia – predpokladá, že vesmír sa rozšíril o faktor bilión biliónov za menej ako miliardtinu miliardtiny miliardtiny sekundy. Tento explozívny rast mal zanechať jemné štatistické vzorce v spôsobe, akým sú galaxie rozmiestnené v priestore.

SPHEREx zmeria polohy a vzdialenosti viac ako 450 miliónov galaxií, čím vytvorí 3D mapu dostatočne veľkú na testovanie konkurenčných modelov inflácie. Niektoré galaxie v prieskume sú tak vzdialené, že ich svetlo cestovalo 10 miliárd rokov, aby dosiahlo teleskop, čo ponúka okno do hlbokej minulosti vesmíru.

Cieľ 2: Mapovanie medzihviezdneho ľadu

Život na Zemi závisí od vody, oxidu uhličitého a organických molekúl – a všetky z nich sa dajú nájsť zmrazené na drobných prachových zrnách unášaných medzihviezdnym priestorom. Infračervené videnie SPHEREx je špeciálne vyladené na detekciu chemických signatúr vodného ľadu, ľadu oxidu uhličitého, ľadu oxidu uhoľnatého a metanolu.

Prvé výsledky už boli doručené. Vo svojom prvom roku SPHEREx zmapoval medzihviezdny ľad v oblastiach Mliečnej dráhy širokých viac ako 600 svetelných rokov, vrátane turbulentného komplexu tvoriaceho hviezdy Cygnus X. Tieto „medzihviezdne ľadovce“ sedia vo vnútri obrovských molekulárnych oblakov, kde sa rodia nové hviezdy a planetárne systémy – čo znamená, že ľadový materiál, ktorý SPHEREx sleduje, sa môže nakoniec stať súčasťou budúcich planét, oceánov a možno aj života.

Cieľ 3: Skryté žiarenie galaxií

Okrem jednotlivých galaxií SPHEREx meria kozmické infračervené pozadie – kolektívne žiarenie produkované všetkými galaxiami, vrátane tých, ktoré sú príliš slabé alebo príliš vzdialené na to, aby sa dali pozorovať jednotlivo. Analýzou fluktuácií v tomto pozadí svetla sa vedci môžu dozvedieť o populáciách galaxií, ktoré nikdy neboli priamo detekované, čím sa vyplnia medzery v našom chápaní kozmickej histórie.

Prečo na SPHEREx záleží

Tam, kde James Webbov vesmírny teleskop vyniká v hlbokých, úzkych pozorovaniach jednotlivých cieľov, SPHEREx vymieňa hĺbku za šírku. Jeho celooblohová metóda znamená, že každý astronóm – od kozmológov po planetárnych vedcov – môže ťažiť z jeho verejne dostupných údajov pre nové objavy. Misia už odhalila neočakávané štruktúry v distribúcii medzihviezdneho ľadu a očakáva sa, že bude generovať poznatky desaťročia po dokončení jeho záverečného prieskumu.

Pre vesmírnu loď so zrkadlom nie väčším ako tanier, SPHEREx odpovedá na niektoré z najväčších otázok vedy: Ako vznikol vesmír? Odkiaľ pochádza voda? A koľko galaxií tam naozaj je?