دو مأموریت ناسا سرانجام از سواحل کالیفرنیا پرتاب شده و اواخر سه‌شنبه شب به سمت ستارگان اوج گرفتند و بر یک هفته تأخیر غلبه کردند تا به مدار برسند. هدف هر دو مأموریت کشف اسرار مربوط به جهان است - یکی با نگاه کردن به دور از زمین، دیگری با نگاه کردن به نزدیکتر به خانه.
مسافر اصلی این موشک SPHEREx، یک تلسکوپ فضایی است که از کل آسمان در بیش از صد رنگ که برای چشم انسان نامرئی است، تصویربرداری می‌کند. مجموعه ماهواره‌هایی که تلسکوپ را همراهی می‌کنند، در مجموع با نام PUNCH شناخته می‌شوند که به مطالعه جو خارجی خورشید و باد خورشیدی می‌پردازند.
پرتاب چندین بار از اواخر فوریه به تعویق افتاده است تا متخصصان مأموریت بررسی‌های بیشتری را روی موشک SpaceX Falcon 9 و فضاپیمای ناسا انجام دهند. هوای گرفته نیز در لغو پرتاب در دوشنبه شب نقش داشت. اما با پرتاب SPHEREx و PUNCH از پایگاه نیروی فضایی واندنبرگ در برابر گستره سیاه آسمان صاف کالیفرنیا در ساعت ۱۱:۱۱ شب به وقت شرقی، همه آن مسائل فراموش شد.
تقریباً دو دقیقه بعد، تقویت‌کننده قابل استفاده مجدد موشک از مرحله بالایی جدا شد و برای فرود کنترل‌شده در نزدیکی محل پرتاب به سمت زمین بازگشت.
چهل و دو دقیقه پس از شروع پرتاب، SPHEREx از مرحله بالایی موشک جدا شد. چهار ماهواره PUNCH که به صورت جفتی رها شدند، حدود 10 دقیقه بعد از آن جدا شدند. هر دو تیم مأموریت منتظر دریافت سیگنال از فضاپیما هستند که در فاصله تقریباً 400 مایلی بالاتر از ترمیناتور زمین (خط جداکننده روز و شب در سیاره ما) و بر فراز قطب‌های شمال و جنوب در حال گردش هستند. این نوع مدار به عنوان خورشید-همزمان شناخته می‌شود زیرا فضاپیما را در موقعیتی یکسان نسبت به خورشید ما حفظ می‌کند.
این برای هر دو فضاپیما سودمند است. PUNCH در همه اوقات دید واضحی از خورشید خواهد داشت، در حالی که SPHEREx از آن دور خواهد ماند و از نور ستاره ما اجتناب می‌کند، نوری که می‌تواند سیگنال‌های ضعیف‌تر از ستارگان و کهکشان‌های دوردست را پنهان کند.
نمودارسازی کیهان
SPHEREx مخفف Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer است. این نام طولانی برای وسعت هدف آن مناسب است: بررسی کل آسمان در 102 رنگ، یا طول موج، نور فروسرخ.
الیویه دورé، کیهان‌شناس در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا و دانشمند پروژه مأموریت، می‌گوید: «این واقعاً اولین نوع خود است.» در مقابل، کاوشگر بررسی فروسرخ میدان وسیع ناسا، که در سال 2011 بازنشسته شد، آسمان را تنها در چهار رنگ فروسرخ نقشه‌برداری کرد.
دانشمندان از داده‌های SPHEREx برای مطالعه چگونگی تغییر نور کل ساطع‌شده توسط کهکشان‌ها در طول زمان کیهانی و برای نمودارسازی محل وجود آب منجمد و سایر مواد ضروری برای حیات در سراسر کهکشان راه شیری استفاده خواهند کرد.
جیمز باک، کیهان‌شناس در مؤسسه فناوری کالیفرنیا و محقق اصلی این مأموریت، می‌گوید: «تصور می‌شود که اقیانوس‌های زمین از این مخازن یخ بین‌ستاره‌ای سرچشمه گرفته‌اند.»
یک نقشه سه بعدی که خوشه‌بندی ناهموار کهکشان‌ها را در سراسر جهان امروز نمودار می‌کند - برخی از قسمت‌ها با گاز و غبار کهکشانی ضخیم و برخی دیگر پراکنده‌تر - همچنین به فیزیکدانان کمک می‌کند تا درباره تورم، انبساط سریع کیهان که یک ثانیه پس از انفجار بزرگ رخ داد، بیشتر بیاموزند.
به گفته دکتر باک، بی‌نظمی‌های کوچکی با گسترش ماده در سراسر جهان اولیه ظاهر شدند. اما تورم "آنها را به مقیاس‌های کیهانی رساند" و اثر آن بی‌نظمی‌ها در ساختار کلی کیهان امروز حفظ شده است.
فیزیکدانان مدت‌هاست از اندازه‌گیری‌های پس‌زمینه مایکروویو کیهانی - نوری که از انفجار بزرگ باقی مانده است - برای مطالعه تورم استفاده می‌کنند. اما یک بررسی کهکشانی به آنها این امکان را می‌دهد تا درک بهتری از فرآیندهای فیزیکی که باعث آن انبساط شدید شده‌اند، به دست آورند.
دکتر باک می‌گوید: «این ایده‌ای است که وجود داشته است، اما ما واقعاً اولین آزمایشی هستیم که برای جستجوی این موضوع طراحی شده‌ایم.»
SPHEREx که شبیه یک بلندگوی غول‌پیکر است، روزانه حدود 600 تصویر را برای بیش از دو سال ثبت می‌کند و نور میلیون‌ها ستاره در حیاط خلوت کیهانی ما و حتی کهکشان‌های بیشتری در آن سوی آن را ثبت می‌کند.
با استفاده از تکنیکی به نام طیف‌سنجی، تلسکوپ نور را به طول موج‌های مختلف جدا می‌کند، مانند یک منشور شیشه‌ای که نور سفید را به رنگین کمانی از رنگ‌ها تقسیم می‌کند. طیف رنگی یک جسم در فضا اطلاعاتی در مورد ترکیب شیمیایی و فاصله آن از زمین را آشکار می‌کند.
در پایان دوره فعالیت خود، SPHEREx چهار بار از کل آسمان نمونه‌برداری خواهد کرد. دکتر دورé می‌گوید: «ما طیف‌هایی از هر نوع جسم آسمانی خواهیم داشت - سیارات، ستارگان، دنباله‌دارها، سیارک‌ها، کهکشان‌ها. و هر بار که به آسمان به روشی متفاوت نگاه می‌کنیم، پدیده‌های جدیدی را کشف می‌کنیم.»
ردیابی باد خورشیدی
به گفته کریگ دفارست، متخصص فیزیک خورشیدی در مؤسسه تحقیقات جنوب غربی، پلاسمای داغی که به طور مداوم از خورشید ما جریان دارد، همه چیز را در منظومه شمسی، از جمله ما را می‌شوید. این باد خورشیدی است.
او می‌گوید: «ما از ستاره خود جدا نیستیم. ما در آن غرق شده‌ایم.»
دکتر دفارست محقق اصلی PUNCH است که مخفف Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere است. داده‌های گرفته‌شده با PUNCH مرز بین جایی که خورشید به پایان می‌رسد و باد خورشیدی شروع می‌شود را روشن می‌کند. این مأموریت دو ساله همچنین به پیش‌بینی‌کنندگان کمک می‌کند تا اثرات بالقوه آب و هوای فضایی، از قطعی برق گرفته تا نورهای شمالی درخشان را بهتر پیش‌بینی کنند.
بسیاری از مأموریت‌های خورشیدی بر مشاهده جو خارجی خورشید، معروف به تاج خورشیدی، تمرکز دارند. دکتر دفارست می‌گوید: «این مانند مطالعه زیست‌شناسی انسان تنها با یک میکروسکوپ الکترونی است - برای نگاه کردن به سلول‌ها عالی است، برای یادگیری در مورد آناتومی بد است.»
PUNCH برای اندازه‌گیری هر دو تاج خورشیدی و پیله گسترده‌تر باد خورشیدی که منظومه شمسی ما را در بر گرفته است، طراحی شده است. این مأموریت از چهار ماهواره 140 پوندی تشکیل شده است که هر کدام تقریباً به اندازه یک چمدان هستند.
یک ماهواره دارای یک تاج‌نگار است که از تاج خورشیدی خورشید عکس می‌گیرد. سه ماهواره دیگر مجهز به دوربین‌هایی هستند که دید گسترده‌تری از باد خورشیدی هنگام خروج از تاج خورشیدی و نفوذ به منظومه شمسی را ثبت می‌کنند.
هر ماهواره دارای سه فیلتر قطبنده است که تنها امواج نور هم‌راستا در یک جهت خاص می‌توانند از آن عبور کنند. این شبیه به روشی است که عینک آفتابی قطبی نور خیره‌کننده را مسدود می‌کند. با اندازه‌گیری نور قطبیده، دانشمندان می‌توانند موقعیت، سرعت و جهت تاج خورشیدی و باد خورشیدی را در سه بعد بازسازی کنند.
آنها برای اولین بار همچنین قادر خواهند بود تا تکامل پرتاب‌های جرم تاجی، انفجارهای خشونت‌آمیز مواد خورشیدی را هنگام رسیدن به زمین و ایجاد آب و هوای فضایی ردیابی کنند.
جوزف وستلیک، مدیر فیزیک خورشیدی در ناسا، داده‌هایی را که PUNCH جمع‌آوری می‌کند، با اندازه‌گیری یک توپ بیسبال پس از پرتاب آن توسط یک پرتاب‌کننده مقایسه کرد. دکتر وستلیک توضیح داد، همه چیز تا زمانی که توپ دست آنها را ترک می‌کند، توسط مأموریت‌هایی مانند کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا و رصدخانه دینامیک خورشیدی ثبت می‌شود.
دکتر وستلیک می‌گوید: «اما در واقع دیدن توپ هنگام حرکت از دست به صفحه خانگی، PUNCH است. این چیزی را که در خورشید می‌بینیم می‌گیرد و آن را به آنچه در زمین تجربه می‌کنیم متصل می‌کند.»