Через пів року після того, як космічний телескоп SPHEREx уперше «розплющив очі» на Всесвіт, апарат NASA представив свою першу повну, всесферичну мозаїку неба. Це зображення, складене зі понад сотні окремих експозицій, стало початком серії принаймні з чотирьох подібних карт, які обіцяють радикально збагатити наше уявлення про космос.
Телескоп, що бачить небо в 102 «кольорах»
SPHEREx – невелика й відносно недорога місія NASA, проте її наукова програма дуже амбітна. Назва апарата розшифровується як Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer – спектрофотометp для вивчення історії Всесвіту, епохи реионізації та космічних льодів. Інакше кажучи, один прилад покликаний і зазирнути до найдавніших етапів існування космосу, і простежити, як крижані сполуки в міжзоряному просторі можуть сприяти появі планет і, зрештою, життя.
Найяскравіша особливість SPHEREx – його панорамне бачення. Космічний апарат оглядає все небо кожні шість місяців, розкладаючи отримане інфрачервоне випромінювання на 102 окремих діапазони – свого роду 102 «кольори», невидимі людському оку. Перша така повна карта, результати якої оприлюднено в грудні 2025 року, дозволить науковцям нанести на тривимірну карту положення сотень мільйонів галактик і надзвичайно детально вивчати зорі, пил та інші об’єкти від нашої Галактики до найвіддаленіших куточків космосу.
Виконувач обов’язків директора Департаменту астрофізики NASA у Вашингтоні Шон Домагал-Голдман зазначив, що вчений світ отримує безпрецедентний масив даних: «Ми фактично маємо 102 нові карти всього неба, кожна – на своїй довжині хвилі й з унікальною інформацією про об’єкти, які ми бачимо». За його словами, кожен астроном знайде в цьому масиві щось важливе для своєї галузі – від досліджень раннього Всесвіту до еволюції галактик і умов, що зрештою дозволили з’явитися оселищу для життя, яким стала Земля.
Старт, перші знімки та «раціон» у тисячі зображень на день
Телескоп SPHEREx вирушив у космос 12 березня 2025 року. Менше ніж за місяць команда місії змогла повністю ввести апарат в експлуатацію – у NASA кажуть, що він «відкрив очі на Всесвіт» значно швидше, ніж очікували. Уже перше випробувальне зображення, на якому вдалося розгледіти понад 100 тисяч галактик і зір, підтвердило: оптика, детектори та системи орієнтації працюють саме так, як було заплановано.
За два роки запланованої роботи SPHEREx має оглянути все небо щонайменше чотири рази. Загалом йдеться про збір даних від більш ніж 450 мільйонів галактик – це вражаючий обсяг інформації навіть на тлі інших великих місій NASA, таких як Hubble чи James Webb Space Telescope. Щоб досягти цього, телескоп щодня робить приблизно 3600 зображень, накладаючи один «прохід» по небосхилу на інший. Кожен наступний цикл додає нові, дедалі слабші джерела випромінювання, які раніше губилися в шумі.
Заступниця керівника проєкту SPHEREx Бет Фабінскі порівняла телескоп із дивовижною істотою – ракоскорпіоном-богомолом, відомим серед біологів за винятково складну систему зору: ці морські ракоподібні здатні сприймати багато кольорів і типів поляризації світла, які людина навіть не уявляє. «У нас, як у ракоскорпіона-богомола серед телескопів, приголомшлива багатобарвна система виявлення світла, й водночас ми бачимо надзвичайно широкий обрій», – пояснила вона. Це порівняння відбиває суть місії: не надглибокий прицільний погляд у одну точку, а широкопанорамне, багатоспектральне сканування всього неба.
Як інфрачервона мозаїка допоможе повернутися до Великого вибуху
Полювання на сліди космічного «вибухового розширення»
Одна з центральних наукових цілей SPHEREx – дослідження космічної інфляції. Це гіпотетичний, але добре обґрунтований теоретичними моделями надкороткий епізод історії Всесвіту, що відбувся в перші частки секунди після Великого вибуху. За цей майже невимірно малий проміжок часу сам простір розширився колосальним чином, розгладивши нерівності та заклавши початкові «зерна» майбутніх структур – від скупчень галактик до порожнин між ними.
Це первісне роздування мало залишити в космосі просторові візерунки – ледь відчутні нерівномірності густини матерії, які фізики називають «інфляційними хвилями» чи «риплами». Вони впливають, зокрема, на те, як розташовані галактики одна відносно одної. Якщо виміряти статистичні властивості такого великомасштабного «візерунка», можна наблизитися до розуміння того, яка саме фізика – можливо, ще незнана – керувала зростанням Всесвіту в перший мільярдну частку секунди його існування.
SPHEREx, будуючи тривимірну карту розподілу галактик на величезних відстанях, має зафіксувати ці статистичні сліди інфляції. Іншими словами, апарат не «бачитиме» сам момент Великого вибуху, але зможе простежити закономірності, які цей момент залишив у сучасному Всесвіті. Потім ці дані поєднають із результатами інших місій, наприклад, супутників, що досліджують реліктове випромінювання – слабке мікрохвильове сяйво, яке вважають «ехом» Великого вибуху.
Розвідник крижаних зерен у Чумацькому Шляху
Ще одна важлива задача SPHEREx – «розвідка льодів» у нашій Галактиці, Чумацькому Шляху. Ця спіральна галактика, у якій розташоване й Сонце, – наш найближчий космічний дім із сотнями мільярдів зірок і гігантськими хмарами газу та пилу між ними. Саме в таких холодних міжзоряних хмарах зароджуються нові зорі й планетні системи.
SPHEREx шукатиме дрібні частинки пилу, вкриті крижаними оболонками з води, вуглекислого газу та інших летких сполук. Ці «обледенілі зерна» важливі для астробіології: вони можуть переносити на зародкові планети воду й вуглецевмісні молекули, які вважають базовими компонентами для появи життя. Вивчаючи, де саме в Чумацькому Шляху зосереджено такі крижані матеріали та як вони змінюються, вчені зможуть краще зрозуміти, наскільки поширені умови, подібні до тих, що колись склалися в ранній Сонячній системі.
Таким чином, один і той самий телескоп одночасно працює на різних масштабах: від найперших миттєвостей історії Всесвіту до хімічної «кухні» нашої власної галактики, де формуються будівельні блоки планет і, можливо, зародків життя.
Нові карти неба – і нова загроза з орбіти
Супутникові «смуги» на знімках
Попри вражаючі досягнення, SPHEREx веде свої спостереження в дедалі складніших умовах. Останні розрахунки, що моделюють, як виглядатимуть на фоні неба мегасузір’я супутників, показують тривожну картину: понад 96% експозицій SPHEREx можуть так чи інакше постраждати від яскравих слідів штучних об’єктів.
Проблема полягає в тому, що кожне окреме зображення SPHEREx охоплює дуже велику ділянку неба – приблизно в 200 разів більшу за видимий розмір повного Місяця. Тож імовірність того, що в кадр потрапить хоча б один супутник, стає майже неминучою. Аналіз, результати якого оприлюднили на початку грудня в журналі Nature, показав, що подібні перешкоди загрожують не лише SPHEREx, а й таким місіям, як легендарний космічний телескоп Hubble, а також майбутнім обсерваторіям – китайському телескопу «Сюньтянь» (Xuntian) та європейській місії ARRAKIHS.
Hubble, що працює на навколоземній орбіті з 1990 року, уже не раз фіксував на своїх знімках яскраві смуги від супутників. Але зі зростанням їхньої кількості це перетворюється не на виняток, а на системну перешкоду. Китайський Xuntian, який планують запустити у взаємодії з орбітальною станцією «Тяньгун», і ARRAKIHS, спрямований на вивчення темної матерії, також можуть зіткнутися з частими «засвітами» від штучних об’єктів на орбіті.
Майбутнє з мільйоном супутників
За оцінками дослідників, нинішнє населення навколоземного простору – близько 15 тисяч супутників – може зрости до одного мільйона до кінця 2030-х років. Йдеться про мегасузір’я для глобального інтернету, навігації, зв’язку та спостережень Землі. З технічного та економічного погляду це приваблива перспектива, але для астрономії вона має дуже темний бік.
Коли слабкий сигнал від далеких галактик, зоряних скупчень або міжгалактичного газу перекриває яскравий слід супутника, тонку структуру цього сигналу часто неможливо повністю відновити навіть із найскладнішими обчислювальними методами. На відміну від звичайної фотографії, де можна перезняти кадр, астрономічні спостереження обмежені положенням Землі на орбіті, рухом небесних об’єктів і часовими вікнами, коли апарати можуть працювати без перешкод. Для найвіддаленіших об’єктів космосу таке «затемнення» може виявитися безповоротною втратою інформації.
Наукові колективи, які керують космічними телескопами, уже розробляють методи оброблення зображень, щоб зменшити шкоду від супутникових смуг. Однак зі збільшенням кількості апаратів на орбіті надія лише на програмні рішення видається дедалі вразливішою. Астрономи дедалі наполегливіше говорять про потребу координованої міжнародної політики, яка враховувала б інтереси як космічної індустрії, так і фундаментальних досліджень Всесвіту.
На цьому тлі SPHEREx стає одночасно історією успіху й попередженням: телескоп демонструє, наскільки докладно людство може картографувати небо, і водночас показує, наскільки вразливим стає це надзвичайно чутливе «око» перед лавиною штучних світил, що заповнюють околиці нашої планети.
