探索宇宙起源，美國宇航局計劃發射新探測器

近日，據美媒報道，美國宇航局計劃2023年發射探測器「宇宙歷史、再電離時代和冰探測器分光光度計」（SPHEREx）。該探測器工作在可見光波段和近紅外波段，可以獲取超過3億個星系和銀河系中超過1億顆恆星的數據，能夠繪製更清晰的宇宙地圖，並探索宇宙如何進化及銀河系行星系統的生命元素情況。

人類對太陽系外行星的探測

經歷了從地面望遠鏡到太空望遠鏡的發展歷程

欲窮千里目 更上一層樓

據美媒報道，SPHEREx屬於天文觀測設備，目的是研究宇宙空間天體、宇宙的結構和發展，拓展人類的知識疆界。

眾所周知，古代通過觀測太陽、月球等天體及天象，確定了時間、方向和曆法，哥白尼提出「日心說」更是推動了科學和天文學的進步發展。

隨著人類社會發展，天文學的研究對象已經從太陽系發展到整個宇宙。這些研究對象有著極大尺度、極長時間和極端物理特性，難以在實驗室模擬，主要依靠天文觀測，遵循著觀測-理論假說-新觀測的發展路徑，不斷迭代進步。

隨著科學技術進步，天文觀測手段從傳統的光學擴展到射電、紅外、紫外，再到X和γ射線的全部電磁波段，發現了大批新天體和新天象。同時，地球大氣對紫外線輻射、X和γ射線等高能輻射不透明，地面觀測難以接收到宇宙中的高能短波輻射，由此，空間觀測手段和方法相繼出現。

空間觀測主要利用航天器把觀測儀器送到太空，相比地面觀測有更多優勢。空間觀測可以避開地球大氣和地球磁場的影響，極大提高了觀測解析度；空間沒有重力，觀測儀器不會因自重而變形；空間觀測可以觀測到太陽系天體所有波長的電磁輻射和不同能量的粒子輻射，其限制很少。對月球﹑行星和行星際空間，還可直接採樣或抵近觀測。

1990年4月24日，美國利用發現者號太空梭成功將人類第一座大型空間天文台—哈勃空間望遠鏡送入太空，它的解析度比地面上的大型天文望遠鏡高出幾十倍，對國際天文學界的發展起到了重要推動作用。

從更多波段觀測宇宙

目前，人類使用最多的空間天文觀測器是天文衛星。美國在天文觀測領域處於世界領先地位。美國宇航局主導規划了眾多天文望遠鏡項目和巡天計劃，1983年發射的第一顆天文紅外衛星IRAS進行了首次巡天觀測，之後又發射了COBE、WISE、Spizter、MSX等多顆天文衛星，並與歐空局、歐洲南方天文台、日本宇宙航空研究開發機構等進行了廣泛的國際合作。

這些衛星或望遠鏡工作在不同的電磁波段。X射線衛星中，比較著名的有倫琴X射線天文衛星，它由德、美、英3個國家聯合研製，觀測得到的X射線源超過15萬個，遠紫外源達479個，對超新星遺迹、星系團等作了大量的成像觀測。

此外，日本空間科學研究所發射的「白鳥號」「天馬號」「銀河號」和ASCA，歐空局發射的多面鏡X射線望遠鏡，同樣為研究宇宙做出了重要貢獻。

進入本世紀後，美歐國家繼續發布了各自的天文科學發展計劃，規划了多項下一代地基、空間天文望遠鏡。美國規划了包括詹姆斯·韋伯太空望遠鏡、LSST大型巡天望遠鏡、WFIRST廣域紅外巡天望遠鏡和凌日系外行星搜尋衛星在內的多個項目，歐空局規划了歐幾里得任務、行星凌日和PLATO恆星振蕩任務等項目。

這些天文望遠鏡及巡天計劃主要用於研究宇宙起源，尋找類地星球和地外生命。同時，也會利用它們來關注地球自身安全，尋找發現接近地球的小行星。

誕生於探索者計劃

據美媒報道，SPHEREx是美國宇航局在探索者計劃中天體物理學領域預研項目中遴選出來的。這一系列預研項目主要用於開展磁能、太陽風、太陽大氣加熱和釋放能量、星系團、中子星系統的y射線和X射線輻射等一系列科學問題，並進行儀器開發，以填補美國宇航局大型航天任務之間的科學空白。

探索者計劃是美國宇航局長期開展的計劃之一，自1958年實施第一項任務至今，已經開展了90多項任務，目的是為天體物理學和日球層物理學任務提供頻繁、低成本進入空間的機會。與動輒幾十億美元、跨度幾十年的重大項目相比，探索者計劃可以更便宜、更快速地回答一些緊迫的科學問題。

SPHEREx由美國加州理工學院、美國宇航局噴氣推進實驗室、美國波爾航空航天公司和韓國天文學與空間科學研究所聯合研製，耗資2.4億美元。該探測器將基於安裝了星跟蹤器、S和Ka波段天線和太陽能電池板的小衛星建造，攜帶69公斤的科學有效載荷，並配備光子防護罩，以保護有效載荷免受太陽和地球輻射影響。

據美媒報道，SPHEREx計劃每6個月巡視一次全天，用96個色帶繪製全天地圖，遠超此前探測器繪製全天地圖的解析度。同時，該探測器發射升空後將繪製一張前所未有的星系地圖，記錄宇宙最初形成時的「指紋」，探尋新線索，以找出是什麼推動了宇宙膨脹。

此外，該探測器還將在銀河系內尋找水和有機分子的蹤跡，搜索銀河系誕生新恆星的「育兒所」區域，以及恆星周圍可能形成新行星的盤狀帶。SPHEREx也將為包括詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和廣域紅外巡天望遠鏡尋找觀測目標。

文/楊詩瑞

編輯/張曉帆 曹郁展（實習生）

監製/許斌

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