4次扫描全天，观测 4.5 亿个星系，1 亿颗银河系恒星，绘制 102 色宇宙全图，这就是美国航天局刚刚发射的巡天望远镜 SPHEREx 在未来两年里要做事，它将尝试描绘宇宙的历史画卷。
SPHEREs（来源：NASA/JPL-Caltech）
花小钱干大事
SPHEREx 的全名是宇宙历史、再电离时代分光光度计和冰探测器（Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer）。这是一台总质量仅 500 公斤，口径只有 20 厘米的红外望远镜。就镜头大小而言，完全没法跟口径 2.4 米的“哈勃”望远镜和口径 6 米的“詹姆斯·韦布”望远镜比，预算金额也只有 4.88 亿美元（“詹姆斯·韦布”总花费约 100 亿美元）。
SPHERE的海报（NASA/JPL-Caltech）
但是，SPHEREx 有着 3.5° × 11° 的宽大视场，这让它有着极高的观测效率。它运行在距离地面 700 公里的轨道上，每 90 分钟左右就可以绕地球一圈，每天可以拍摄 600 张照片。在为期 27 个月的计划任务中，SPHEREx 将完成 4 次全天光谱巡天观测，收集超过 4.5 亿个星系和银河系中超过 1 亿颗恒星的光谱数据。
别看它身材小，花费少，它的科学目标是很了不起的。主要任务包括了解婴儿期宇宙膨胀的情况，了解星系和恒星形成的信息，测量全天所有星系总光度、寻找生命关键成分、绘制整个天空的星图。
奇特的喇叭口
SPHEREx 望远镜将能“看见”波长为 0.75~5.0 微米的红外光。这个波长的光刚好超出了人眼所能察觉的范围，但它是研究恒星和星系的理想选择。
宇宙自诞生至今在不停地膨胀，宇宙中的光，波长也随着时空的膨胀而被拉长，这导致宇宙早期的星系颜色呈现红色，甚至落入红外线范围。若要看到它们，必须借助灵敏的红外波段的眼睛。
SPHEREx 的喇叭形遮罩（来源： NASA/JPL-Caltech ）
SPHEREx 的分光仪可以将光线分解成各种颜色，就像当年牛顿通过三棱镜将太阳光变成彩虹一样。特定的原子、分子会吸收特定波长的光。对生命演化至关重要的水分子和二氧化碳分子在红外波段的吸收表现得很明显。SPHEREx 将会扫描我们的银河系，寻找冻结在星际气体和尘埃云中的水分子（水冰）和二氧化碳分子，将它们的位置和丰度标注出来。我们都知道恒星和行星就是诞生于星云之中的。观测这些星云就好像进入了哆啦A梦的任意门，穿梭到几十亿年前，了解我们太阳系和行星的形成过程。
由于红外光对温度比较敏感，因此 SPHEREx 的镜子和探测器都必须置身于 -210℃ 的低温环境中运行。为了尽量躲避“眼角余光”，同时也为了阻挡探测器自身产生的热量，工程师为 SPHEREx 设计了一个“大喇叭”，那正是专门为挡光设计的锥形遮罩，而且里外共有三层。同时配有一套完全被动冷却系统——在正常作期间将不使用电力或冷却剂。
前所未有的全天彩色星图
SPHEREx 将制作有史以来最丰富多彩的全天星图。它每次观测不仅能获得丰富的图像资料，更厉害的是可以同时获得 102 条不同波段的光。
有了 SPHEREx 的光谱图，科学家们除了能够探测到银河系中像二氧化碳、水这样十分重要的分子的踪迹。另一方面，也能透露出在不同距离上的星系是否有着不同的成分，从而推测宇宙在漫漫历史长河中的演化过程。
SPHEREx 海报（来源：NASA/Caltech）
天文学家估计，在 SPHEREx 绘制的星图中，大概能包含 4.5 亿个星系。试想，当同时得到那么多星系的光谱和光度时，就能估计出在宇宙在 100 多亿年里，所有星系的总的光线的输出，你将有机会全面了解宇宙的历史，就像播放幻灯片一样。打个比方，你给数千人拍摄集体照，然后观察照片发现年纪轻的朋友基本都站在前排，而年长者普遍都站在后排。
天文学家也期待通过 SPHEREx 的全天星图，能间接推测出宇宙暴胀的秘密。在宇宙大爆炸后的 10-33 秒内，宇宙的大小增加了 1024 倍。这个过程被称为暴胀。听上去很难让人想象，但它可能是形成我们现在宇宙形态的关键所在。宇宙的密度，宇宙的分布，都是在那一瞬间决定的。
蛇夫座分子云（来源：NASA/JPL-Caltech）
当前，远在 150 万公里外的“詹姆斯·韦布”望远镜已经成为人类仰望星空探究宇宙奥秘的主力。然而，“詹姆斯·韦布”的视场范围太小，能为我们展现宇宙秘密花园中的一棵草，却无法展现花园的全貌。SPHEREx 则能很好地弥补这个缺憾，正如其缩写名字，它将覆盖整个天空。未来，SPHEREx 将与“詹姆斯·韦布”“欧几里得”“哈勃”等望远镜联动，一旦它发现了什么特别有价值的目标，它将通知其他望远镜进行更细致的观测与研究。
参考资料
[1] https://www.jpl.nasa.gov/missions/spherex/
[2] https://www.jpl.nasa.gov/press-kits/spherex/quick-facts/
[3] https://www.nasa.gov/universe/6-things-to-know-about-spherex-nasas-newest-space-telescope/
