美国国家航空航天局（NASA）即将执行的SPHEREx任务正在追踪深空中冰冻水和生命必需分子的宇宙储藏。利用独特的三维光谱方法，它将扫描恒星和行星诞生的分子云，揭示冰是如何形成和演变的。 通过勘测数百万个目标，SPHEREx将绘制出银河系有史以来最大的冰冻化合物地图，加深我们对行星形成和水起源的了解。 过去的任务发现的气态水远比预期的要少，这暗示着大量的水可能被锁在冰粒中，隐藏在人们的视线之外--直到现在。

美国国家航空航天局（NASA）的 SPHEREx 任务将勘测银河系，寻找水冰和其他生命的关键成分。 在寻找这些冰冻化合物的过程中，该任务将重点关注分子云--太空中气体和尘埃的集合体--就像该机构的詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）所成像的这个分子云一样。 图片来源：NASA、ESA、CSA

追踪水源： 开始宇宙搜索

地球上的每一种生物都依赖于水，因此当科学家们在太阳系外寻找生命时，他们通常遵循一个关键原则："跟着水走"。 NASA 的 SPHEREx 任务--Spectro-Photometer for the History of the Universe， Epoch of Reionization， and Ices Explorer 的缩写-- 将于 3 月 7 日星期五发射，以支持这一搜索。

SPHEREx 从加利福尼亚州范登堡空军基地搭乘 SpaceX 猎鹰 9 号火箭发射升空后，将对宇宙进行扫描，寻找冰冻的水、二氧化碳、一氧化碳和其他重要分子。 这些化合物存在于浩瀚的气体和尘埃云中的微小尘粒表面--恒星和行星最终会在这些区域形成。

宇宙历史、再电离纪元和冰探索者光谱光度计（SPHEREx）任务将提供首次全天空光谱测量。 在为期两年的计划任务中，SPHEREx天文台将收集银河系中超过4.5亿个星系和超过1亿颗恒星的数据，以探索宇宙的起源。 资料来源：美国国家航空航天局

任务的独特能力

虽然太空中没有自由漂浮的海洋或湖泊，但科学家们相信，宇宙中的大部分水都以冰的形式存在，与这些微小的尘粒结合在一起。 事实上，地球海洋中的水，以及银河系中其他行星和卫星上的水，很可能就来源于这样的冰库。

SPHEREx 将重点关注被称为分子云的大质量气体和尘埃区域。 在这些云层中，望远镜还将检查新形成的恒星和周围的物质盘，行星就是从这些物质盘中形成的。

英仙座分子云距离地球约1000光年，由美国宇航局退役的斯皮策太空望远镜拍摄。 NASA 的 SPHEREx 任务将在银河系中搜索像这样的太空气体和尘埃云中的水冰和其他冰冻化合物。 图片来源：NASA/JPL-Caltech

超越以往的太空望远镜

尽管美国宇航局的詹姆斯-韦伯和现已退役的斯皮策等太空望远镜已经探测到水、 SPHEREx 是首个旨在对银河系进行大规模勘测的任务，它将绘制广阔宇宙景观中的冰冻化合物地图。

SPHEREx 将沿视线收集三维数据，而不是拍摄恒星等目标的二维图像。 这使科学家们能够看到分子云中的冰量，并观察整个分子云中的冰成分在不同环境下的变化情况。

通过进行900多万次这样的视线观测，并对这些物质进行有史以来最大规模的调查，该任务将帮助科学家更好地了解这些化合物是如何在尘粒上形成的，以及不同的环境会如何影响它们的丰度。

1月16日，BAE系统公司的员工在加利福尼亚州范登堡空军基地的Astrotech太空操作设施中为NASA的SPHEREx观测站工作。 该任务将于2月27日发射，将用红外光绘制整个天空的地图。 图片来源：BAE 系统公司/本杰明-弗莱

冰山一角 宇宙之谜

行星和恒星的组成反映了它们所形成的分子云，这是合情合理的。 然而，研究人员仍在努力确认行星形成过程的具体细节，宇宙并不总是符合科学家的预期。

例如，美国国家航空航天局（NASA）于1998年发射的亚毫米波天文卫星（SWAS）在银河系中勘测了气体形式的水--包括分子云中的水--但发现的水远远少于预期。

"这让我们困惑了好一阵子，"哈佛大学与史密森天体物理学中心高级天文学家、SPHEREx 科学小组成员加里-梅尔尼克（Gary Melnick）说。"我们最终意识到，SWAS 在分子云表面附近的薄层中探测到了气态水，这表明云层内部可能还有更多的水，它们以冰的形式被锁住了"。

冰如何在深空生存

任务小组的假设也是有道理的，因为 SWAS 检测到的氧气体（两个氧原子结合在一起）比预期的要少。 他们的结论是，氧原子粘附在星际尘粒上，然后与氢原子结合，形成水。 后来的研究证实了这一点。 此外，云还能保护分子免受宇宙辐射的伤害，否则这些化合物就会被辐射分解。 因此，储存在云内部深处的水冰和其他物质受到了保护。

当星光穿过分子云时，水和二氧化碳等分子会阻挡某些波长的光，从而形成一种独特的特征，SPHEREx 和其他任务（如韦伯望远镜）可以利用一种称为吸收光谱学的技术来识别这种特征。

除了更详细地说明这些冰冻化合物的丰度外，SPHEREx 还将帮助研究人员回答一些问题，包括冰是在分子云多深的地方开始形成的，水和其他冰的丰度是如何随分子云的密度而变化的，以及一旦恒星形成，这种丰度又是如何变化的。

太空探索领域强大的合作伙伴关系

作为一台巡天望远镜，SPHEREx 的设计目的是相对快速地研究天空中的大片区域，其结果可以与韦伯等目标望远镜的数据结合使用，后者观测的区域要小得多，但可以看到更详细的目标。

梅尔尼克说："如果SPHEREx发现了一个特别有趣的位置，韦伯望远镜就可以用更高的光谱分辨能力和SPHEREx无法探测到的波长来研究这个目标。这两台望远镜可以形成高效的合作伙伴关系。"

关于 SPHEREx 的更多信息

SPHEREx（Spectro-Photometer for the History of the Universe， Epoch of Reionization， and Ices Explorer）是美国国家航空航天局（NASA）的一个太空望远镜，旨在用红外光勘测天空，搜寻整个银河系中冰冻的水和其他关键分子。 SPHEREx 由位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室（JPL ）管理，隶属于美国宇航局科学任务局天体物理学处。

该航天器由 BAE 系统公司（原波尔宇航公司）建造，将进行大规模光谱测量，绘制星际冰、碳化合物以及恒星和行星形成条件的地图。 一个全球科学家团队将对数据进行分析，其中包括来自 10 个美国机构、两个韩国机构和一个台湾机构的研究人员。 这项任务的主要研究人员在加州理工学院工作，与 JPL 联合任命。

SPHEREx 的数据将在加州理工学院的 IPAC 进行处理和存档，IPAC 还为 NASA 管理 JPL。 全部数据集收集完毕后，将通过 NASA/IPAC 红外科学档案馆向公众开放，为全世界的天文学家提供前所未有的资源。

编译自/ScitechDaily