El telescopio espacial SPHEREx de la NASA, diseñado para mapear el cielo, se encuentra en las etapas finales de preparación. Se lanzará en abril de 2025 para estudiar los orígenes del agua y de los elementos esenciales para la vida, la formación de galaxias y la expansión temprana del universo. Operando en infrarrojos, los datos de SPHEREx serán analizados por un equipo global y hechos públicos. Crédito: Caltech

Elementos clave se están uniendo para NASAde la misión SPHEREx, un telescopio espacial que creará un mapa del universo como nunca antes.

El telescopio espacial SPHEREx de la NASA está empezando a parecerse mucho a lo que será cuando alcance la órbita de la Tierra y comience a mapear todo el cielo. SPHEREx, abreviatura de Specto-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization y Ices Explorer, se parece a un megáfono, aunque mide casi 8,5 pies de alto (2,6 metros) y se extiende por casi 10,5 pies (3,2 metros) de ancho. Lo que da al observatorio su forma distintiva son sus fotón escudos, que se están ensamblando en una sala limpia del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.

Sara Susca, subgerente de carga útil e ingeniera de sistemas de carga útil de la misión SPHEREx de la NASA, observa uno de los escudos de fotones de la nave espacial. Estos conos concéntricos protegen el telescopio de la luz y el calor del Sol y la Tierra, que pueden sobrecargar los detectores del telescopio. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Blindaje y funcionamiento

Tres conos, cada uno encajado dentro del otro, rodearán el telescopio SPHEREx para protegerlo de la luz y el calor del Sol y la Tierra. La nave espacial escaneará cada sección del cielo, como si escaneara el interior de un globo, para completar dos mapas de todo el cielo cada año.

Aquí se muestra parte de uno de los escudos protectores de fotones del telescopio SPHEREx de la NASA mientras se ensambla en Applied Aerospace Structures en Stockton, California. Crédito: AACS

«SPHEREx tiene que ser bastante ágil porque la nave espacial tiene que moverse relativamente rápido mientras explora el cielo», dijo. JPLSara Susca, subdirectora de carga útil e ingeniera de sistemas de carga útil de la misión. “No lo parece, pero los escudos son bastante livianos y están hechos con capas de material como un sándwich. El exterior tiene láminas de aluminio y el interior es una estructura de panal de aluminio que parece cartón: liviana pero resistente”.

SPHEREx de la NASA creará un mapa del cielo como ningún otro. Vea parte del hardware especial que utiliza la misión para realizar ciencia de vanguardia. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Objetivos de la misión

Cuando se lance, a más tardar en abril de 2025, SPHEREx ayudará a los científicos a comprender mejor los orígenes del agua y otros ingredientes esenciales para la vida. Para ello, la misión medirá la abundancia de hielo de agua en las nubes interestelares de gas y polvo, donde nacen nuevas estrellas y a partir de las cuales eventualmente se forman planetas. Estudiará la historia cósmica de las galaxias midiendo la luz colectiva que producen. Estas mediciones ayudarán a determinar cuándo comenzaron a formarse las galaxias y cómo cambió su formación con el tiempo. Finalmente, al mapear la ubicación de millones de galaxias entre sí, SPHEREx buscará nuevas pistas sobre cómo se produjo la rápida expansión o inflación del Universo una fracción de segundo después del Big Bang.

Amelia Quan, líder de integración mecánica de la misión SPHEREx de la NASA, aparece con un radiador con ranura en V, una pieza de hardware que ayudará a mantener fresco el telescopio espacial. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Fresco y estable

SPHEREx hará todo esto detectando luz infrarroja, un rango de longitudes de onda más largo que la luz visible que los ojos humanos pueden ver. La luz infrarroja también se denomina a veces radiación térmica porque todos los objetos calientes la emiten. Incluso el telescopio puede generar luz infrarroja. Debido a que esta luz interferiría con sus detectores, el telescopio debe mantenerse fresco, por debajo de -350 grados. Fahrenheit (alrededor de menos 210 grados Celsius).

El escudo fotónico exterior bloqueará la luz y el calor del Sol y la Tierra, y los espacios entre los conos evitarán que el calor entre en el telescopio. Pero para garantizar que el SPHEREx alcance su temperatura de funcionamiento fría, también necesita algo llamado radiador con ranura en V: tres espejos cónicos, cada uno como un paraguas al revés, apilados uno encima del otro. Situadas debajo de los escudos de fotones, cada una está formada por una serie de cuñas que redirigen la luz infrarroja para que rebote a través de los espacios entre los escudos y salga al espacio. Esto elimina el calor transportado a través de los soportes del bus de la nave espacial a temperatura ambiente que contiene la computadora y la electrónica.

«No sólo nos preocupa lo frío que esté SPHEREx, sino también que su temperatura siga siendo la misma», dijo Konstantin Penanen del JPL, director de carga útil de la misión. “Si la temperatura varía, esto podría cambiar la sensibilidad del detector, lo que podría traducirse en una señal falsa”.

El telescopio de la misión SPHEREx de la NASA se somete a pruebas en el JPL. Está inclinado en su base para poder ver la mayor cantidad de cielo posible, quedando bajo la protección de tres conos concéntricos que protegen el telescopio de la luz y el calor del Sol y la Tierra. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Ojo en el cielo

El corazón de SPHEREx es, por supuesto, su telescopio, que capta luz infrarroja de fuentes distantes mediante tres espejos y seis detectores. El telescopio está inclinado en su base para poder ver la mayor cantidad de cielo posible mientras permanece bajo la protección de escudos de fotones.

Construido por Ball Aerospace en Boulder, Colorado, el telescopio llegó en mayo a Caltech en Pasadena, California, donde se integró con detectores y un radiador con ranura en V. Luego, en el JPL, los ingenieros lo conectaron a una mesa vibratoria que simula el temblor. que el telescopio soportará durante el viaje del cohete al espacio. Después de eso, regresó a Caltech, donde los científicos confirmaron que sus espejos todavía están enfocados después de las pruebas de vibración.

SPHEREx de la NASA utilizará estos filtros para realizar espectroscopia, una técnica que los científicos pueden utilizar para estudiar la composición de un objeto o medir qué tan lejos se encuentra. Cada filtro, aproximadamente del tamaño de una galleta, tiene múltiples segmentos que bloquean todas las longitudes de onda de luz infrarroja excepto una específica. Crédito: NASA/JPL-Caltech

‘Visión’ infrarroja SPHEREx

Los espejos dentro del telescopio SPHEREx recogen la luz de objetos distantes, pero son los detectores los que pueden “ver” las longitudes de onda infrarrojas que la misión intenta observar.

Una estrella como nuestro Sol emite toda la gama de longitudes de onda visibles, por lo que es blanca (aunque la atmósfera de la Tierra la hace blanca). a nuestros ojos se ve más amarillo). Un prisma puede dividir esta luz en las longitudes de onda que la componen: un arco iris. Esto se llama espectroscopia.

SPHEREx utilizará filtros instalados en sus detectores para realizar espectroscopia. Del tamaño de una galleta, cada filtro parece iridiscente a simple vista y tiene múltiples segmentos para bloquear todas las longitudes de onda de luz infrarroja excepto una específica. Cada objeto observado por SPHEREx será fotografiado por cada segmento, lo que permitirá a los científicos ver las longitudes de onda infrarrojas específicas emitidas por ese objeto, ya sea una estrella o una galaxia. En total, el telescopio puede observar más de 100 longitudes de onda distintas.

Y a partir de ahí, SPHEREx creará mapas del universo como ninguno que haya existido jamás.

Misión ESFEREx de la NASA

SPHEREx está gestionado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la División de Astrofísica de la NASA dentro de la Dirección de Misiones Científicas en Washington. Ball Aerospace construyó el telescopio y proporcionará el transbordador espacial. Un equipo de científicos ubicados en 10 instituciones de EE. UU. y Corea del Sur llevará a cabo el análisis científico de los datos de SPHEREx y los datos se procesarán y archivarán en el IPAC de Caltech. El conjunto de datos SPHEREx estará disponible públicamente.