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SPHEREx太空望远镜 1. 将揭示一种叫做 "膨胀 "的宇宙现象 在宇宙大爆炸后的第一个十亿分之一万亿分之一秒内,宇宙的大小增加了万亿万亿倍。 这一几乎瞬时发生的事件被称为 "暴胀",发生在将近 140 亿年前,其影响如今可以在宇宙物质的大尺度分布中找到。 通过绘制超过 4.5 亿个星系的分布图,SPHEREx 将帮助科学家加深对这一极端宇宙事件背后的物理学的理解。 2. 测量来自远近星系的集体光辉 科学家们曾试图通过观测单个星系并推断宇宙中数以万计的星系来估算整个宇宙历史中所有星系发出的总光量。 SPHEREx太空望远镜将采取不同的方法,测量所有星系发出的总光芒,包括太小、太分散或太远的星系,其他望远镜无法轻易探测到这些星系。 将对总体光辉的测量与其他望远镜对单个星系的研究结合起来,科学家就能更全面地了解宇宙中所有主要光源的情况。 3. 在银河系中寻找生命的基本组成部分 如果没有水和二氧化碳等基本成分,我们所知的生命就不会存在。 SPHEREx天文台的设计目的是在恒星和行星形成的星际气体云和尘埃云中寻找这些凝固的分子。 这项任务将精确定位银河系中这些冰化合物的位置和丰度,让研究人员更好地了解它们在新形成行星的原材料中的可用性。 4. 为美国国家航空航天局的太空望远镜领域增添了独特的优势 美国国家航空航天局的哈勃和韦伯等太空望远镜已经放大了宇宙的许多角落,向我们展示了高分辨率的行星、恒星和星系。 但有些问题,比如宇宙中所有星系总共发出多少光? - 等问题,只有从全局出发才能找到答案。 为此,SPHEREx 天文台将提供涵盖整个天空的地图。 然后,SPHEREx 确定的具有科学意义的天体可以由哈勃和韦伯等目标望远镜进行更详细的研究。 5. 将绘制有史以来色彩最丰富的全天空地图 SPHEREx天文台能 "看见 "红外光。 这种波长范围的光线人眼无法察觉,是研究恒星和星系的理想光线。 利用一种叫做光谱学的技术,望远镜可以将光线分成不同的颜色(单个波长),就像三棱镜从太阳光中产生彩虹一样,从而测量宇宙天体的距离并了解它们的组成。 有了 SPHEREx 的光谱图,科学家们将能够探测到银河系中的化合物(如水冰)的证据。 他们不仅能测量宇宙中星系发出的总光量,还能分辨出总光量在宇宙历史不同时期的亮度。 他们还将绘制数以亿计星系的三维位置图,研究宇宙膨胀如何影响了当今宇宙的大尺度结构。 6. 锥形设计有助于它保持低温并看到微弱的物体 这项任务的红外望远镜和探测器需要在零下350华氏度(约零下210摄氏度)的环境中工作。 这在一定程度上是为了防止它们自身产生红外光,以免压倒来自宇宙源的微弱光线。 为了在保持低温的同时简化航天器的设计和运行需求,SPHEREx 依靠的是一个完全被动的冷却系统--在正常运行时不使用电力或冷却剂。 实现这一壮举的关键在于三个锥形光子防护罩,它们可以保护望远镜免受地球和太阳热量的影响,防护罩下方还有一个镜面结构,可以将仪器的热量引导到太空中。 这些光子防护罩赋予了航天器独特的轮廓。
在月球背面捕捉宇宙的黎明:鸿蒙计划科学预研取得重要进展 宇宙黎明时期的21厘米信号是揭示该时期第一代天体形成奥秘的关键探针,然而由于来自银河系和河外星系的强烈射电信号影响,探测21厘米信号就像是在背光严重的情况下照相。要探测到微弱的21厘米信号,需要在电磁环境极其优良的环境开展探测实验。然而无论是地球还是太阳,都会给探测实验带来极大干扰。 鸿蒙计划创新性地提出利用月球背面的独特环境进行宇宙黎明时期21厘米氢信号的探测。该计划采用“1+9”卫星编队方案,由1颗领队卫星和9颗子卫星组成太空观测阵列。其中,高频子星搭载新型“雪糕筒天线”,专门负责30-120MHz频段的信号捕捉。如上图所示,是“雪糕筒天线”在月球轨道可能看到的全天的射电天空模型,四张图分别对应月球在四个不同的相对位置,其中较暗的区域是月球。可见月球不仅会遮挡电磁波,同时也会进行反射,像一面反光板,将来自天空的电磁波反射到在月球轨道运行的天线上。 月球背面具有三大观测优势:直径约3476公里的月球本体可完美屏蔽地球无线电噪音;月夜期间可有效屏蔽太阳低频辐射;无大气层和电离层的干扰,确保信号探测的稳定性。但是月球背面的环境和地球上有很大的不同,月球的辐射和可能的射频干扰,就像是摄影棚里额外的反光板和挡在镜头前的杂物,都使得探测加倍困难,需要深入的理论研究。 论文第一作者,上海天文台博士生刘天阳说:“虽然月球背面的电磁环境几乎是整个太阳系最好的,但是以前的实验都是在地面做的,在月球轨道会遇到些什么新的问题,未知数很多,我们必须未雨绸缪。” 在该研究中,上海天文台和国家天文台组成的合作研究团队仔细考察了在月球轨道上探测宇宙黎明时期信号的主要干扰。这些干扰包括了月球反射和热辐射,强射频干扰,弱射频干扰等。研究团队拓展了VZOP(可变零阶项多项式)算法在月球轨道的应用,该算法具有精准建模、动态修容和智能去噪三大特点,可有效去除前景辐射干扰,实现信号的高保真还原。研究团队预计,通过103天(绕月1080圈)的持续观测,即可将热噪声降到远低于21厘米信号的水平。 论文通讯作者,上海天文台张佳骏副研究员表示:“可以说,地面试验对于探测宇宙黎明时期的21厘米信号的争议将会在鸿蒙计划的观测之后得到终结。在太阳系最优良的观测环境中,在月球轨道的卫星将明确告诉我们,宇宙黎明的真容究竟如何。
嫦娥六号月壤首现晶质赤铁矿和磁赤铁矿 中国科学院地球化学研究所研究团队等,通过分析嫦娥六号返回的月球南极—艾肯(SPA)盆地月壤样品,首次发现了大型撞击事件成因的赤铁矿和磁赤铁矿晶体,为月球表面存在强氧化性物质提供了直接的样品证据。 这一发现改变了传统认知中月球表面处于极端还原环境的观点,为破解月球表面磁异常与大型撞击事件的成因提供了关键线索。 月球氧化之谜 氧化还原作用在行星形成演化过程中扮演着关键角色。与地球不同,月球内部的氧逸度和表面环境研究表明,月球几乎不存在强氧化条件,整体处于还原状态 随着月球研究的深入,月球轨道遥感利用可见近红外光谱的研究推测,月球高纬度地区或广泛存在赤铁矿。嫦娥五号样品研究首次发现,撞击成因的亚微米级磁铁矿以及在撞击玻璃质中发现Fe3+的赋存等证据。这说明,月球表面在外部撞击主导的改造过程中,存在局部偏氧化环境。 但是,月球是否存在强氧化矿物如赤铁矿,缺乏直接的矿物学证据;月球表面是否广泛存在氧化作用,以及氧化特征矿物存在较大争议。 锁定月球原生矿物 SPA盆地是太阳系中最大、最古老的撞击盆地之一,其形成伴随极端高温高压条件,为探讨月球表面氧化反应提供了理想的天然实验室。 2024年嫦娥六号任务首次从SPA盆地内部返回月壤样品,为发现大型撞击事件中强氧化物提供了契机。 研究团队在嫦娥六号月壤中首次发现了微米级赤铁矿,通过微区电子显微谱学、电子能量损失谱技术和拉曼光谱等技术联用,确认了赤铁矿颗粒的晶格结构以及独特的产状特征,证实其为月球原生矿物而非后期污染。 团队进一步提出,赤铁矿的形成可能与月球历史上的大型撞击事件相关。大型撞击的高温使月表物质气化,形成瞬时高氧逸度气相环境,导致陨硫铁在此过程中发生了脱硫反应。铁离子在高氧逸度环境中被氧化,经历气相沉积过程后,形成微米级晶质的赤铁矿,同时共生形成了具有磁性的磁铁矿和磁赤铁矿。 月球表面如SPA盆地西北部,广泛存在磁异常这一特殊的地质特征,其成因尚未得到解释。 这一研究为月表磁异常的载体和演化过程提供了关键样品证据。
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