NASA的SPHEREx任务将对银河系进行全面调查，寻找水冰和其他生命所需的关键成分。在搜索这些冻结化合物的过程中，该任务将重点关注分子云——由气体和尘埃组成的星际云团，例如这张由NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的图像所显示的区域。
影像来源: NASA, ESA, CSA
那些可能在遥远的行星和卫星上形成海洋的水究竟在哪里？NASA的SPHEREx天体物理任务将对银河系展开搜索并进行全面调查。
在地球上，所有生命都离不开水。因此，科学家在寻找太阳系外生命时，通常遵循 “追踪水迹”（Follow the Water）这一原则。NASA计划于2025年2月27日（周四）最早发射SPHEREx（全称：宇宙历史、再电离纪元和冰的光谱测光探测器，Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer），以助力这一探索。
搭乘SpaceX猎鹰9号（Falcon 9）火箭从加利福尼亚州范登堡太空部队基地发射后，该天文台将搜索水、二氧化碳、一氧化碳等关键生命成分。这些化合物冻结在星际尘埃颗粒的表面，存在于气体和尘埃云团中，而这些云团最终会演化形成行星和恒星。
虽然宇宙中没有自由漂浮的海洋或湖泊，但科学家认为，这些附着在微小尘埃颗粒上的冰储层，是宇宙中大部分水形成和存在的地方。此外，地球的海洋水，以及银河系中其他行星和卫星上的水，很可能最初就起源于这些星际冰储层。
位于距离地球约1000光年的英仙座分子云（Perseus Molecular Cloud），曾由NASA已退役的斯皮策太空望远镜（Spitzer Space Telescope）拍摄成像。NASA的SPHEREx任务将在银河系中寻找类似于该分子云的气体和尘埃云团中的水冰及其他冻结化合物。
影像来源: NASA/JPL-Caltech
该任务将重点研究大规模气体和尘埃区域，即分子云（molecular clouds）。在这些云团中，SPHEREx还将观测一些新形成的恒星及其周围的物质盘，而这些物质盘正是新行星诞生的摇篮。
尽管NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和已退役的斯皮策望远镜已经在数百个目标中探测到水、二氧化碳、一氧化碳及其他化合物，但SPHEREx将成为首个专门用于对银河系进行大规模普查，以搜索水冰和其他冻结化合物的天文台。
获取SPHEREx新闻资料袋
SPHEREx并不会像传统望远镜那样拍摄恒星等目标的二维图像，而是会沿着视线方向（line-of-sight）收集三维数据。这使得科学家能够测量分子云中水冰的含量，并观察这些冰在不同环境中的组成变化。
通过进行超过900万次视线观测，并创建迄今为止规模最大的此类物质普查，该任务将帮助科学家更深入地了解这些化合物如何在尘埃颗粒上形成，以及不同环境如何影响它们的丰度。
冰山一角
科学家普遍认为行星和恒星的组成应该与其形成的分子云相似。然而，关于行星形成过程的具体细节仍在研究中，宇宙并不总是符合科学家的预期。
例如，NASA在1998年发射的亚毫米波天文卫星（Submillimeter Wave Astronomy Satellite, SWAS），曾对银河系中的水蒸气（气态水）进行观测，包括分子云中的水。然而，该任务的结果显示，银河系中水蒸气的含量远低于科学家的预测。
2025年1月16日，BAE Systems的工作人员在加利福尼亚州范登堡太空部队基地的Astrotech太空作业中心对NASA的SPHEREx天文台进行组装和测试。该任务计划于2025年2月27日发射，旨在通过红外光对整个天空进行全面测绘。
影像来源: NASA/JPL-Caltech
“这曾让我们困惑了一段时间。”哈佛大学和史密森天体物理中心（Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian）资深天文学家、SPHEREx科学团队成员加里·梅尔尼克（Gary Melnick）说道，“最终，我们意识到SWAS（亚毫米波天文卫星）探测到的水蒸气仅存在于分子云表面的稀薄层，这表明分子云内部可能存有大量被封存为冰的水。”
研究团队的假设也得到了进一步验证，因为SWAS探测到的氧气（由两个氧原子结合而成）比预期的要少。科学家们推测，这些氧原子可能附着在星际尘埃颗粒上，随后与氢原子结合形成水分子。后续研究证实了这一点。此外，分子云可以屏蔽宇宙射线的影响，否则这些高能辐射可能会破坏这些化合物。因此，水冰和其他物质在分子云深处得到了有效保护。
当恒星光穿过分子云时，水和二氧化碳等分子会吸收特定波长的光，形成独特的光谱特征。SPHEREx及韦伯望远镜（Webb）等任务可利用吸收光谱技术（Absorption Spectroscopy）来识别这些分子。
除了提供更详细的冻结化合物丰度数据外，SPHEREx还将帮助研究人员解答以下问题：水冰在分子云的哪个深度开始形成？水冰和其他冻结化合物的丰度如何随着分子云密度的变化而变化？以及当恒星形成后，这些化合物的丰度又会如何改变？
强大的望远镜合作体系
作为巡天望远镜，SPHEREx旨在快速扫描天空的大片区域，其数据可与定向观测望远镜（如韦伯望远镜）结合使用。韦伯望远镜虽然只能观测较小范围的天体，但其光谱分辨率更高，能够捕捉更细节的信息。
“如果SPHEREx发现一个特别有趣的目标，韦伯望远镜可以利用更高的光谱分辨率，在SPHEREx无法探测的波长范围内对其进行深入研究。”梅尔尼克说道。“这两个望远镜可以形成高度互补的合作体系。”
关于SPHEREx的更多信息
SPHEREx 任务由NASA位于加利福尼亚州南部的喷气推进实验室（JPL）管理，隶属于NASA总部科学任务理事会（Science Mission Directorate）下的天体物理学部（Astrophysics Division）。望远镜及航天器*由BAE Systems（前身为 Ball Aerospace）制造。SPHEREx数据的科学分析将由美国10所研究机构、韩国2所研究机构以及台湾1所研究机构的科学家团队负责。数据将在加州理工学院（Caltech）下属的IPAC数据中心进行处理和存档，加州理工学院同时也负责NASA对JPL的管理。SPHEREx任务的首席科学家（Principal Investigator）在加州理工学院任职，同时兼任JPL研究员。SPHEREx数据集将在NASA/IPAC红外科学档案馆公开。
如欲了解有关SPHEREx任务的更多信息，请访问
https://www.jpl.nasa.gov/missions/spherex/
参考来源:
https://www.nasa.gov/missions/spherex/nasas-spherex-space-telescope-will-seek-lifes-ingredients/
