לאחרונה שיגרה נאס״א שתי משימות מעניינות. האחת כוללת טלסקופ חלל קטן עם משימה ענקית – סקירה מקיפה ושיטתית של היקום במטרה לחשוף את סודות היווצרותו. המשימה השנייה מיועדת להרחיב את ההבנה שלנו לגבי האופן שבו השמש משפיעה על מערכת השמש כולה.

ב-11 במרץ שוגר הטיל פאלקון 9 כשהוא נושא שתי משימות מעניינות. המשימות מוקמו קרוב אלינו, במסלול סביב כדור הארץ (LEO – Low Earth Orbit), בדומה לטלסקופ הזקן האבל (הטלסקופ החדש ג׳יימס וב נמצא רחוק יותר) [1].

המשימה הראשונה כוללת לוויין קטן בשם SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) [2]. הוא יצטרף להאבל ולג’יימס וב במאמץ לפענח את סודות היקום, ותפקידו לחשוף את האור הקדום ביותר ולשרטט את ההיסטוריה הקוסמית. הלוויין החדש יסרוק את השמיים פעמיים בשנה ויאסוף נתונים בהיקף שטרם נראה: דמיינו שאתם ממקמים בחלל צופה אשר מסתכל לכל הכיוונים ומתעד ללא הפסקה! מטרת הסקירה והתיעוד היא למפות את היקום בתלת-ממד ולאתר חלקים נוספים מן הפאזל של תהליך היווצרותו. הלוויין יתחקה אחר האור הקדום ביותר, שיאיר לנו את הדרך להבנת היווצרותם של הכוכבים הראשונים. הוא ינסה לחשוף עדויות לאירוע החידתי המכונה “האינפלציה הקוסמית” – רגע ההתפשטות הדרמטי שחולל את היקום עצמו. בנוסף, אולי הוא יגלה רמזים לחיים מחוץ לכדור הארץ, בדמות עדויות להימצאות תרכובות כימיות הקשורות לתהליכי חיים.

איך זה יעבוד? מדובר בלוויין ⁠קטן וקל מאוד, בערך בגודל של מכונת כביסה ובמשקל של כ-200 קילוגרם. הוא כולל טלסקופ המצויד במראה בקוטר 20 סנטימטרים, מה שמוכיח שדברים טובים מגיעים באריזות קטנות. הוא קטן בהרבה מהאבל (2.4 מטרים) ומג’יימס וב (6.5 מטרים), וייחודו בשדה הראייה הרחב שלו. הטלסקופ יפעל בתחום האור הנראה ובתחום האינפרא-אדום הקרוב, שאינו נראה לעין האנושית.

הטלסקופ ייצור מפה של כל השמיים ב-102 אורכי גל שונים בתחום התת-אדום הקרוב (0.75–5 מיקרון). מספר הערוצים הגבוה יספק כיסוי ספקטרלי רציף ורחב במיוחד – יותר מכל מפת שמיים קיימת. למה דווקא 102? כי המערך הספקטרלי של הטלסקופ מבוסס על שישה גלאים בעלי פילטרים ייחודיים, שכל אחד מהם מחולק ל-17 רצועות. מכיוון שלכל תהליך אסטרופיזיקלי יש חתימת ספקטרום ייחודית, הטלסקופ רגיש למגוון רחב של תופעות. פיענוח מרכיבי האור (בדומה לפירוק אור השמש לקשת) חושף את הרכבו של העצם ואת מרחקו, וכן מאפשר להבחין בין מקורות אור שונים. אנו מקווים שכך, על סמך צבעם הייחודי של עצמים ואירועים, הטלסקופ יצליח להבחין בין אובייקטים ותהליכים שונים, למשל בין אור כוכבים או פליטת אבק בגלקסיה שלנו לבין אור ופליטות שמקורם בגלקסיות רחוקות.
מפת השמיים שייצור הטלסקופ תכלול ⁠מעל ל-450 מיליון גלקסיות ויותר ממאה מיליון כוכבים בשביל החלב, והודות לאורכי הגל הרבים שיימדדו היא תאפשר זיהוי של תרכובות כימיות שונות, ביניהן מים ומולקולות אורגניות.

העיצוב של טלסקופ החלל SPHEREx כולל כמה מגיני קרינה בצורת קונוס (הדומים ל"אהילים" שמרכיבים לצוואריהם של כלבים לאחר ניתוח). מגינים אלו נועדו להגן על הטלסקופ מקרינת אינפרה-אדום המגיעה מהשמש, מכדור הארץ ומהטלסקופ עצמו. ללא המגינים, SPHEREx היה “מסתנוור” מחום הסביבה ודיוק התצפיות היה נפגע. המגינים גם מסייעים לשמור על הטלסקופ בטמפרטורה נמוכה הנדרשת לתצפיות באינפרא-אדום, בערך 210- מעלות צלזיוס.

נעבור למשימה השנייה – [3] PUNCH (Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere), המוכיחה, קודם כל, שנאס"א חזקים מאוד במתן שמות. המשימה תתמקד בשמש שלנו, והיא מורכבת מארבעה לוויינים קטנטנים, כל אחד מהם בגודל של מזוודה, שיפעלו בתיאום ויספקו מבט תלת-ממדי וממושך על עטרת השמש (הקורונה). הם יעקבו אחר הדרך שבה עטרת השמש הופכת לרוח סולארית ואחר התפתחות ותנועה של סופות סולאריות, ויעזרו להבין טוב יותר כיצד השמש משפיעה על מערכת השמש שלנו.

איך זה יעבוד? ארבעת הלוויינים יפעלו יחד כמעין מכשיר וירטואלי אחד, שיספק תצפיות מקיפות. אחד הלוויינים מצויד במצלמה בעלת שדה ראייה צר (Narrow Field Imager), המאפשרת תצפיות מפורטות על אזורים ממוקדים באטמוספרה החיצונית של השמש [4].  בשלושת הלוויינים האחרים מותקנות מצלמות בעלות שדה ראייה רחב (Wide Field Imager). מצלמות אלו מיועדות לצילום הקורונה של השמש ולאיסוף מידע על חלקיקים הנפלטים ממנה למרחב הבין-פלנטרי. כל אחד משלושת הלוויינים האלה יספק תמונה של אזור אחר, כאשר חפיפה קלה בין האזורים המצולמים תאפשר הרכבת תמונה כוללת של הקורונה וההליוספרה.

במחזורים בני ארבע דקות, כל מצלמה תצלם שלוש תמונות גולמיות באמצעות שלושה מסנני קיטוב שונים. למה משמשים מסננים אלו? מהו אור מקוטב? כיוון התנודה של גלי אור וגלים אלקטרומגנטיים אחרים (כיוון ההתפשטות של ההפרעה במרחב, שהוא כיוון וקטור השדה החשמלי) מאונך לכיוון ההתקדמות של הגל. באור לא מקוטב אין לתנודה כיוון מוגדר; באור מקוטב, לעומת זאת, השדה החשמלי מתנודד על מישור יחיד וכיוונו אינו משתנה עם הזמן (קיטוב לינארי), או שהוא משנה את כיוונו כתלות בזמן בצורה מעגלית (קיטוב מעגלי). מומלץ לקרוא על הנושא בהרחבה [5].

קיטוב מתרחש סביבנו באופן טבעי: אור המוחזר מכביש רטוב, פיזור אור באטמוספרה, וגם תהליכים אסטרופיזיקליים. מדידת קיטוב אור מתבצעת בשיטה הקרויה פולרימטריה (polarimetry) [6], שהתפתחה ככלי מדעי משמעותי במאה ה-19, במיוחד בתחומי הכימיה והביולוגיה. פולרימטריה משמשת לחקר תכונות של חומרים, לזיהוי חומרים ספציפיים, ואף להבנת תהליכים ביולוגיים וכימיים מורכבים: כאשר אור עובר דרך חומר או מוחזר ממשטח, כיוון הקיטוב שלו עשוי להשתנות, ומדידת השינויים יכולה ללמד על תכונות החומר.

בחזרה למשימה –  כאמור, כל אחת משלוש התמונות במחזור צילום מצולמת דרך מסנן קיטוב שונה – כלומר היא מציגה אור בעל זווית קיטוב שונה. המידע משלוש התמונות מאפשר לשחזר את מצב הקיטוב של האור (Stokes parameters), וכך להפיק מידע על המבנה והעומק של חלקיקי הרוח הסולארית שפיזרו את האור. כך התמונות יספקו לנו מידע על מבנה הפלזמה ועל תנועתה בעטרה וברוח השמש, מידע שלא ניתן לקבל מצילום "רגיל". למה זה טוב? התצפיות של מערכת הלוויינים החדשה יסייעו בחיזוי סופות שמש שעלולות להשפיע על לוויינים ועל מערכות תקשורת וחשמל על פני כדור הארץ. המערכת גם תעזור לנו להבין תופעות שגורמת הרוח הסולארית, לדוגמה זוהר הקוטב [7].

שיגור הלוויינים החדשים הוא צעד חשוב ומבטיח בחקר היקום, ואנו מצפים בסקרנות לתגליות שהם יביאו. אומנם התקציבים של SPHEREx ו-PUNCH אינם מגיעים לגבהים האסטרונומיים של האבל או ג'יימס וב, אבל הם מוכיחים שעם קצת יצירתיות והרבה תעוזה, גם לוויינים שיכולים (תאורטית) להיכנס למטבח שלנו, מסוגלים לחשוף את סודות היקום. וגם מבחינה כספית הם צנועים: התקציב של SPHEREx הוא כ-488 מיליון דולר, והתקציב של PUNCH הוא 165 מיליון דולר. משימות אלו מוכיחות לנו שלפעמים לא צריך מראה בקוטר של 6.5 מטר, ודווקא הקטנים עושים את ההבדל הגדול.

מקורות והרחבות

[1] על נקודות לגרנז׳ והמיקום של ג׳ימס וב

[2] SPHEREx NASA

[3] Punch NASA

[4] NFI - Narrow Field Imager

[5] פוסט על קיטוב אור

[6] Polarimetry

[7] זוהר הקוטב