Stavba teleskopu SPHEREx je v plném proudu

Stavba teleskopu SPHEREx je v plném proudu

28. listopadu 2023

Klíčové části americké mise SPHEREx (Specto-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) se pomalu začínají sbíhat na jedno místo, aby mohl vzniknout teleskop, který vytvoří mapu vesmíru, jaká tu zatím nebyla. Nový kosmický dalekohled se již pomalu začíná podobat stavu, ve kterém bude, až dorazí na oběžnou dráhu Země, kde začne mapovat celou oblohu. Základní tvar nové observatoře připomíná ze všeho nejvíce asi kravský zvonec, byť na výšku měří 2,6 metru a na šířku dokonce 3,2 m. Tento nezaměnitelný tvar dodávají teleskopu fotonové štíty, které byly sestaveny v čisté místnosti Jet Propulsion Laboratory v jižní Kalifornii.

Fotonový štít teleskopu SPHEREx
Zdroj: https://www.nasa.gov/

V zásadě se jedná o tři kužely, které jsou naskládány v sobě. Tato konstrukce bude obklopovat teleskop observatoře SPHEREx a chránit jej před světlem a teplem ze Slunce i ze Země. Plán počítá s tím, že teleskop postupně nasnímá každou část oblohy, což NASA přirovnává ke skenování vnitřní stěny globusu. Je potřeba zdůraznit, že SPHEREx dokáže vytvořit za rok dvě kompletní mapování celé oblohy. „SPHEREx musí být docela mrštný, protože se bude muset při skenování celé oblohy docela otáčet,“ přiznává Sara Susca, zástupkyně manažera pro užitečný náklad a inženýrka systémů užitečných nákladů této mise a dodává: „Možná to tak nevypadá, ale použité štíty jsou dost lehké a tvoří je jednotlivé vrstvy materiálů jako sendvič. Na povrchu jsou hliníkové desky a uvnitř hliníková struktura podobná včelím plástvím. Výsledek tak trochu připomíná lepenku – je lehký a přitom pevný.“

Výroba fotonového štítu teleskopu SPHEREx ve firmě Applied Aerospace Structures Corp. v kalifornském Stocktonu.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Až SPHEREx odstartuje (nejpozději v dubnu 2025), měl by pomoci vědcům lépe porozumět tomu, odkud pochází voda a další pro život nezbytné suroviny. Za tímto účelem bude mise měřit zastoupení vodního ledu v mezihvězdných oblacích prachu a plynu, ve kterých se rodí nové hvězdy a ze kterých se případně mohou zformovat planety. Mise bude studovat kosmickou historii galaxií měřením celkového množství světla, které produkují. Tato měření pomohou naznačit, kdy se začaly galaxie formovat a jak se proces jejich vzniku měnil v průběhu času. A v neposlední řadě mapováním pozic milionů galaxií vůči sobě navzájem bude SPHEREx hledat nové informace o tom, jak probíhalo rychlé rozpínání vesmíru jen zlomek sekundy po velkém třesku.

V-groove radiátor pomůže ochladit teleskop SPHEREx.
Zdroj: https://d2pn8kiwq2w21t.cloudfront.net/

SPHEREx tohle všechno zvládne díky svým pozorováním infračerveného záření. Jeho vlnová délka je delší, než v případě viditelného světla, které vidí naše oči. Infračervené záření je někdy označováno také jako tepelné vyzařování, protože jej vydávají teplé objekty. Jelikož by toto vyzařování rušilo palubní detektory, bude teleskop udržován při teplotách pod -210 °C. Vnější fotonový štít bude blokovat světlo a teplo ze Slunce i Země. Mezery mezi kužely pak zabrání pronikání tepla do útrob observatoře k teleskopu. Aby bylo zajištěno, že se SPHEREx dokáže ochladit na potřebné mrazivé teploty, neobejde se bez tzv. V-groove radiátoru. Jedná se o tři kónická zrcadla, která podle NASA trochu připomínají na sebe položené vzhůru nohama otočené deštníky. Našli bychom je pod fotonovými štíty a každé je tvořeno souborem klínů, které přesměrovávají infračervené záření, aby se odráželo do mezer mezi štíty směrem do kosmického prostoru. Tato metoda zajistí odvod tepla, které vede konstrukce observatoře ze servisního modulu s počítači a elektronikou, kde bude udržována pokojová teplota.

„Neřešíme jen to, jak studený SPHEREx bude, ale i to, aby jeho teplota zůstala stálá,“ říká Konstantin Penanen z JPL, manažer této mise a dodává: „Pokud bude teplota kolísat, mohlo by dojít ke změně citlivosti detektoru, což by vedlo k vytvoření falešných signálů.“ Srdcem observatoře SPHEREx bude samozřejmě samotný teleskop, který bude sbírat infračervené záření ze vzdálených zdrojů, k čemuž využije trojici zrcadel a šestici detektorů. Teleskop je oproti základně observatoře nakloněn, aby mohl vidět co největší část oblohy a přitom zůstal chráněný fotonovými štíty. Teleskop postavený firmou Ball Aerospace v coloradském Boulderu dorazil v květnu na Caltech v Pasadeně, kde proběhla instalace detektorů a V-groove radiátoru. Následně se inženýři z JPL postarali o připojení celé sestavy k vibračnímu stolu, který simuloval vibrace, které teleskop zažije při práci rakety během cesty na oběžnou dráhu. Poté se konstrukce vrátila do Caltechu, kde inženýři potvrdili, že zrcadla jsou i po vibračním testu stále správně zaostřena.

Teleskop SPHEREx
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Zrcadla v teleskopu SPHEREx sice budou sbírat světlo vzdálených objektů, ale teprve až palubní detektory „spatří“ infračervené záření, které má celá mise pozorovat. Hvězdy podobné našemu Slunci vyzařují záření v celé šíři viditelného záření, takže mají bílou barvu (byť atmosféra Země způsobuje, že našim očím připadá Slunce více žluté). Optický hranol může rozložit světlo na vlnové délky, které jej tvoří, čímž vzniká známá duha. Právě tento princip je základem spektroskopie. SPHEREx využije ke spektroskopickým pozorováním filtry instalované nad svými detektory. Každý filtr je velký asi jako krekr a pouhým okem se jeví jako duhový. Tvoří jej několik segmentů, které blokují všechny vlnové délky infračerveného světla kromě jedné konkrétní. Každý objekt, který bude SPHEREx pozorovat, bude nasnímán každým segmentem. To umožní vědcům sledovat specifické infračervené vlnové délky vyzařované daným objektem – ať už půjde o hvězdu, či galaxii. Ve výsledku tento teleskop bude schopen pozorovat více než 100 konkrétních vlnových délek. A právě díky tomu bude moci SPHEREx vytvořit mapu vesmíru, jaká tu doposud ještě nebyla.