Das Universum, wie wir es kennen, erhält eine neue, bisher nie dagewesene Karte. Nach einem erfolgreichen Start und der Positionierung in einer niedrigen Erdumlaufbahn hat das neueste astrophysikalische Weltraumteleskop der NASA, bekannt als SPHEREx, seine revolutionäre Mission zur Kartierung des gesamten Himmels begonnen. Was diese Mission besonders bedeutsam macht, ist die Tatsache, dass die Daten fast augenblicklich mit der Welt geteilt werden. Jede Woche trifft ein neuer Datensatz aus der Weltraumvermessung im öffentlichen Archiv ein und öffnet so Wissenschaftlern, aber auch Enthusiasten auf dem ganzen Planeten die Türen zum Kosmos. Diese Praxis der Transparenz ermöglicht eine kollektive Erforschung der größten Geheimnisse des Universums, von seinen Anfängen bis zur Suche nach den Voraussetzungen für Leben.

Der vollständige Name der Mission, Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer (Spektrophotometer für die Geschichte des Universums, die Epoche der Reionisierung und die Erforschung von Eis), beschreibt präzise ihre ehrgeizigen Ziele. Während ihrer zweijährigen Hauptmission wird SPHEREx zweimal jährlich den gesamten Himmel überfliegen und aufzeichnen und so vier umfassende Karten der Himmelskugel erstellen. Diese Daten werden es dem Wissenschaftsteam, aber auch der globalen Gemeinschaft ermöglichen, alles zu erforschen, von den physikalischen Gesetzen, die die Ausdehnung des Universums unmittelbar nach dem Urknall steuerten, bis hin zur Verteilung von gefrorenem Wasser und organischen Molekülen in unserer Galaxie, der Milchstraße.

Revolution in 102 Infrarotfarben

Obwohl frühere Missionen, wie das gefeierte WISE-Teleskop (Wide-field Infrared Survey Explorer) der NASA, ebenfalls den gesamten Himmel kartiert haben, bringt SPHEREx einen technologischen Sprung, der die Spielregeln ändert. Während WISE das Universum in vier Infrarotbändern beobachtete, tut SPHEREx dies in sogar 102 verschiedenen Infrarotwellenlängen. Dieser scheinbar technische Unterschied ist die Grundlage für die Stärke der neuen Mission. Das Betrachten desselben Himmelsobjekts in 102 "Farben" ermöglicht es Wissenschaftlern, eine leistungsstarke Technik anzuwenden, die als Spektroskopie bekannt ist.

Die Spektroskopie funktioniert wie ein kosmischer Fingerabdruck. Jedes chemische Element und jedes Molekül absorbiert und emittiert Licht bei einzigartigen, spezifischen Wellenlängen. Durch die Analyse des Lichtspektrums, das von einem fernen Stern, Nebel oder einer Galaxie kommt, können Wissenschaftler dessen chemische Zusammensetzung präzise bestimmen. Mit 102 Wellenlängen kann SPHEREx die Signaturen spezifischer Moleküle mit unglaublicher Präzision identifizieren. Technisch gesehen hat das Teleskop einen Spiegeldurchmesser von 20 Zentimetern und verwendet fortschrittliche Detektoren, die auf eine Temperatur unter 80 Kelvin (-193 °C) gekühlt sind, um sein eigenes thermisches Rauschen zu reduzieren und die Erfassung extrem schwacher Signale aus dem tiefen Universum zu ermöglichen.

Echos des Urknalls und die kosmische Morgenröte

Eines der drei primären wissenschaftlichen Ziele der SPHEREx-Mission ist es, in die frühesten Momente der Existenz des Universums zu blicken. Insbesondere ist die Mission darauf ausgelegt, die kosmische Inflation zu untersuchen – eine theoretische, extrem schnelle Ausdehnung des Universums, die im ersten Billionstel eines Billionstels einer Sekunde nach dem Urknall stattfand. Obwohl es diesen Moment nicht direkt beobachten kann, wird SPHEREx nach seinen Folgen in der heutigen Struktur des Universums suchen.

Die Mission wird die bisher größte dreidimensionale Karte des Universums erstellen und dabei die Positionen von Hunderten von Millionen Galaxien präzise aufzeichnen. Die Inflationstheorie sagt subtile, aber erkennbare statistische Muster in der Art und Weise voraus, wie diese Galaxien auf riesigen Skalen verteilt sind. Durch die Analyse dieser Muster bzw. der Art und Weise, wie sich Galaxien gruppieren, können Wissenschaftler verschiedene Inflationsmodelle testen und Einblicke in die grundlegenden physikalischen Prozesse gewinnen, die unser Universum geformt haben. Der zweite Teil des Missionsnamens, "Epoche der Reionisierung", bezieht sich auf den Zeitraum einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall, als die ersten Sterne und Galaxien begannen, genügend Energie auszustrahlen, um den neutralen Wasserstoff, der das Universum erfüllte, zu ionisieren und es für Licht durchlässig zu machen. Durch die Messung der Gesamthelligkeit aller Galaxien im Laufe der kosmischen Geschichte wird SPHEREx auch helfen, diese entscheidende Evolutionsphase zu beleuchten.

Die Suche nach den Zutaten des Lebens in der Milchstraße

Die zweite entscheidende Säule der Forschung der SPHEREx-Mission ist die Suche nach den grundlegenden Zutaten, die für das Leben, wie wir es kennen, notwendig sind. Der Fokus liegt auf der Kartierung der Verteilung von Wassereis und organischen Molekülen innerhalb unserer Galaxie. Diese Moleküle, wie Kohlendioxid, Methanol und Kohlenmonoxid, sind auf der Oberfläche winziger Staubkörner in dichten und kalten Molekülwolken gefroren. Genau diese Wolken sind die "Geburtsstätten" von Sternen und Planeten.

Wenn sich innerhalb einer solchen Wolke ein neuer Stern bildet, entsteht um ihn herum eine Scheibe aus Gas und Staub – eine sogenannte protoplanetare Scheibe –, aus der Planeten entstehen. Es wird angenommen, dass Eis und organische Moleküle aus der Wolke wesentliche Bestandteile dieser Scheiben sind. Später, während der Bildung eines Planetensystems, können Kometen und Asteroiden, die eigentlich Überreste dieses Prozesses sind, diese Moleküle auf die Oberfläche junger Planeten befördern und potenziell Wasser und die "Bausteine des Lebens" bringen. SPHEREx wird die erste umfassende "Eiskarte" der Milchstraße erstellen, die zeigt, wo diese lebenswichtigen Ressourcen am häufigsten vorkommen, und Wissenschaftlern helfen, die chemischen Prozesse zu verstehen, die der Entstehung von Planeten vorausgehen.

Offene Wissenschaft: Daten für die ganze Welt verfügbar

Das Engagement der NASA für offene Wissenschaft und transparenten Datenaustausch wird durch SPHEREx vollständig verwirklicht. Alle vom Teleskop gesammelten Daten werden innerhalb von nur 60 Tagen über das NASA/IPAC Infrared Science Archive (IRSA) öffentlich zugänglich gemacht. Diese kurze Verzögerungszeit ist notwendig, damit das Missionsteam die Rohdaten verarbeiten kann – instrumentelle Artefakte entfernen, Detektoreffekte korrigieren und die Bilder präzise auf astronomische Koordinaten ausrichten. Zusammen mit den Daten selbst werden auch detaillierte Beschreibungen der Verarbeitungsverfahren veröffentlicht, was anderen Forschern die volle Kontrolle und das Verständnis des Materials ermöglicht.

Dieser Ansatz fördert die wissenschaftliche Zusammenarbeit auf globaler Ebene. "Durch die Veröffentlichung der Daten ermöglichen wir der gesamten astronomischen Gemeinschaft, SPHEREx für die Arbeit in allen anderen Bereichen der Wissenschaft zu nutzen", sagte Rachel Akeson, Leiterin des SPHEREx Science Data Center. Das Missionsteam allein könnte nicht alles erforschen, was die Daten bieten; auf diese Weise können Tausende von Wissenschaftlern diesen Schatz an Informationen für ihre eigenen, oft unerwarteten Projekte und Entdeckungen nutzen.

Synergie mit anderen Weltraumgiganten

Der Wert der SPHEREx-Mission wird weiter vervielfacht, wenn ihre Daten in Kombination mit anderen leistungsstarken Observatorien verwendet werden. Ihre Rolle wird oft als "Zielsucher" beschrieben. Da es den gesamten Himmel kartiert, ist SPHEREx ideal, um die astronomisch interessantesten Objekte oder Phänomene zu identifizieren.

Sobald SPHEREx etwas Vielversprechendes entdeckt, können Teleskope mit einem viel engeren Sichtfeld, aber höherer Auflösung, wie das James Webb Space Telescope (JWST), für eine detaillierte Untersuchung auf dieses Ziel gerichtet werden. Die Daten der Mission werden auch helfen, die Parameter von Exoplaneten, die vom Satelliten TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) entdeckt werden, genauer zu bestimmen. Darüber hinaus werden die umfassenden Karten von SPHEREx in Kombination mit der Mission Euclid der Europäischen Weltraumorganisation und dem kommenden Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA einen entscheidenden Kontext für die Untersuchung von dunkler Materie und dunkler Energie liefern, den mysteriösen Kräften, die das Universum dominieren. Die Missionsleitung liegt beim Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, während das Raumfahrzeug und das Teleskop von BAE Systems unter Beteiligung eines internationalen Wissenschaftsteams aus den USA, Südkorea und Taiwan gebaut wurden. Weitere Informationen zur Mission finden Sie auf der offiziellen Website unter https://nasa.gov/SPHEREx.

Der Originalartikel wurde auf dem Portal des NASA Jet Propulsion Laboratory veröffentlicht.
Quelle: How NASA’s SPHEREx Mission Will Share Its All-Sky Map With the World
Autor: Lauren Leese | NASA/JPL-Caltech