SPHEREx太空望遠鏡：開啓尋找生命要素之旅

在遙遠的行星和衛星上可能形成海洋的水都在哪裡呢？SPHEREx（宇宙歷史、再電離紀元和冰探測光譜光度計）天體物理學任務將對銀河系進行搜索並盤點（水資源情況）。

地球上的每個生物都需要水才能生存，所以在太陽系外尋找生命的科學家們常常遵循“跟着水走”這一原則。美國國家航空航天局（NASA）的SPHEREx任務計劃不早於2月27日（週四）發射，它將有助於這一探索。

該觀測站搭乘SpaceX公司的獵鷹9號火箭從加利福尼亞州范登堡太空軍基地升空後，將在行星和恆星最終形成的氣體與塵埃雲中，尋找凍結在星際塵埃顆粒表面的水、二氧化碳、一氧化碳以及其他生命的關鍵要素。

雖然太空中沒有自由漂浮的海洋或湖泊，但科學家們認爲，這些附着在小塵埃顆粒上的冰庫是我們宇宙中大部分水形成和存在的地方。此外，地球海洋以及我們銀河系中其他行星和衛星上的水可能就起源於這些地方。

該任務將聚焦於被稱爲分子云的巨大氣體和塵埃區域。在這些區域內，SPHEREx還將觀測一些新形成的恆星以及圍繞它們的、新行星誕生於其中的物質盤。

雖然像美國國家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和已退役的斯皮策太空望遠鏡這樣的太空望遠鏡已經在數百個目標中探測到了水、二氧化碳、一氧化碳和其他化合物，但SPHEREx天文臺是第一個有着獨特裝備、能對銀河系進行大規模勘測來尋找水冰和其他冰凍化合物的天文臺。

SPHEREx不像拍攝恆星那樣獲取目標的二維圖像，而是會沿其視線收集三維數據。這使科學家能夠了解分子云中存在的冰的數量，並觀察整個分子云中冰的成分在不同環境下是如何變化的。

通過進行九百多萬次這種視線觀測並創建有史以來規模最大的這些物質的勘測，這項任務將有助於科學家更好地理解這些化合物是如何在塵埃顆粒上形成的，以及不同的環境如何影響它們的丰度。

行星和恆星的成分會反映出它們形成時所在的分子云，這是合理的。然而，研究人員仍在努力確認行星形成過程的具體細節，而且宇宙並不總是符合科學家的預期。

例如，美國國家航空航天局（NASA）1998年發射的亞毫米波天文衛星（SWAS）對銀河系中的氣態水（包括分子云中的氣態水）進行了勘測，但發現的水量遠低於預期。

哈佛 - 史密森天體物理中心的資深天文學家、SPHEREx科學團隊成員加里·梅爾尼克（Gary Melnick）說：“這讓我們困惑了一段時間。我們最終意識到，SWAS探測到的是分子云表面附近薄層中的氣態水，這表明分子云內部可能有更多以冰的形式存在的水。”

任務團隊的這個假設也合理，因爲SWAS探測到的氧氣（兩個氧原子結合在一起）比預期的要少。他們得出的結論是，氧原子附着在星際塵埃顆粒上，之後與氫原子結合，形成水。後來的研究證實了這一點。此外，分子云爲分子阻擋宇宙輻射，否則宇宙輻射會使這些化合物分解。因此，深藏在分子云內部的水冰和其他物質受到保護。

當星光穿過分子云時，水和二氧化碳等分子會阻擋特定波長的光，從而產生一種獨特的特徵，SPHEREx和韋伯（Webb）等其他任務可以使用一種叫做吸收光譜學的技術來識別這種特徵。

除了對這些凍結化合物的丰度提供更詳細的統計之外，“球狀體探測器”（SPHEREx）還將幫助研究人員解答諸多問題，包括在分子云中冰開始形成的深度、水和其他冰的丰度如何隨分子云的密度而變化，以及一旦恆星形成，這種丰度會如何變化。

作爲一臺巡天望遠鏡，“球狀體探測器”旨在相對快速地研究天空的大部分區域，其觀測結果可與像韋布（Webb）這樣的定向望遠鏡的數據結合使用，韋布望遠鏡觀測的區域要小得多，但能更詳細地觀測其目標。

梅爾尼克（Melnick）說：“如果‘球狀體探測器’發現一個特別有趣的位置，韋布望遠鏡就能以更高的光譜分辨率並在‘球狀體探測器’無法探測到的波長下對該目標進行研究。這兩臺望遠鏡可以形成一種非常有效的合作關係。”

“球狀體探測器”由位於南加州的美國國家航空航天局（NASA）噴氣推進實驗室爲位於華盛頓的美國國家航空航天局總部科學任務理事會天體物理學部門管理。英國宇航系統公司（前身爲鮑爾航天公司）製造瞭望遠鏡和航天器平臺。

SPHEREx數據的科學分析將由來自美國10個機構、韓國兩個機構以及臺灣地區一個機構的科學家團隊進行。數據將在加州理工學院的IPAC（紅外處理與分析中心）進行處理和存檔，該中心爲美國國家航空航天局（NASA）管理噴氣推進實驗室（JPL）。

該任務的首席研究員就職於加州理工學院，同時在噴氣推進實驗室兼任職務。SPHEREx數據集將在美國國家航空航天局/紅外處理與分析中心紅外科學檔案庫（NASA/IPAC Infrared Science Archive）中公開。

由美國國家航空航天局提供