SPHEREx kartiert den Himmel in 102 Infrarotfarben

Am 19. Dezember 2025 gab die NASA bekannt, dass ihr neues Weltraumobservatorium SPHEREx einen bemerkenswerten ersten Meilenstein erreicht hat: eine Himmelsdurchmusterung, die in 102 verschiedenen Infrarot-Wellenlängen erfasst wurde. In nur sechs Monaten wissenschaftlichen Betriebs erstellte die Mission nicht nur ein einzelnes Bild, sondern einen gewaltigen Stapel überlappender Karten – jede Wellenlänge enthüllt unterschiedliche physikalische und chemische Merkmale am Himmel, von den staubigen Bahnen unserer Galaxie bis hin zum schwachen Leuchten ferner Galaxien, deren Positionen Informationen über den frühesten Moment der Expansion des Universums enthalten.

Ein Teleskop vieler Farben

SPHEREx – das Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer – wurde entwickelt, um etwas für ein Weltraumteleskop Ungewöhnliches zu leisten: die Kombination aus einer weiten Abdeckung mit moderater spektraler Auflösung. Anstatt nur eine Handvoll breiter Filter oder einen einzigen hochauflösenden Spektrographen zu verwenden, der auf einen winzigen Himmelsausschnitt gerichtet ist, nutzt SPHEREx sechs Detektoren und einen Satz Schmalbandfilter, sodass jede Belichtung 102 separate Wellenlängenmessungen aufzeichnet. Diese technische Entscheidung verwandelt jedes Bild in einen 102-Kanal-Datenwürfel, der es Astronomen ermöglicht zu sehen, wie verschiedene Materialien und Temperaturen im Infrarotbereich leuchten.

Diese Infrarot-Wellenlängen sind für das menschliche Auge unsichtbar, aber entscheidend für die moderne Astronomie. Kalter Staub, molekulare Eise und schwache Sternentstehungsgebiete leuchten im Infrarot hell, selbst wenn optische Teleskope nichts erkennen können. Während SPHEREx die Erde etwa 14,5-mal pro Tag umkreist, tägliche Himmelsstreifen scannt und die Orbitgeometrie den Sichtstreifen mit der Bewegung der Erde um die Sonne verschiebt, baute das Teleskop über ein halbes Jahr hinweg eine Abdeckung der gesamten Himmelskugel auf. Missionswissenschaftler haben die Multicolour-Fähigkeit des Observatoriums mit dem hyperspektralen Sehvermögen des Fangschreckenkrebses verglichen – eine kompakte Art zu vermitteln, wie viel mehr Informationen SPHEREx auf einmal erfasst.

Vom flachen Himmel zum dreidimensionalen Atlas

Eine der folgenreichsten Funktionen der Mission ist die Umwandlung einer zweidimensionalen Himmelskarte in einen dreidimensionalen Atlas des nahen und fernen Universums. Das Licht ferner Galaxien wird durch die kosmische Expansion zu längeren Wellenlängen gedehnt – das bekannte Phänomen der Rotverschiebung. Die Messung, wie sich das Licht einer Galaxie über viele schmale Wellenlängenbänder verschiebt, ermöglicht eine Schätzung ihrer Entfernung. Die 102 Messungen pro Quelle von SPHEREx liefern weitaus mehr spektrale Details als gewöhnliche Breitbandaufnahmen, wodurch photometrische Rotverschiebungen für Hunderte Millionen von Galaxien wesentlich präziser werden.

Diese Tiefe ist nicht nur akademischer Natur: Das Muster, wie sich Galaxien in drei Dimensionen gruppieren, zeichnet das netzartige Gerüst nach, das die Dunkle Materie errichtet hat, und kodiert winzige Variationen, die eingeprägt wurden, als das Universum in den ersten Sekundenbruchteilen expandierte (Inflation). Kosmologen hoffen, dass SPHEREx dabei helfen wird zu prüfen, ob die einfachen Inflationsmodelle korrekt sind und ob diese primordialen Quantenfluktuationen tatsächlich die Saat für die Galaxien legten, die wir heute sehen. Einfach ausgedrückt: SPHEREx leistet das kosmische Äquivalent zur Vermessung der fossilisierten Kräuselungen aus der Geburtsstunde des Universums.

Kartierung der gefrorenen Chemie der Milchstraße

SPHEREx ist nicht nur ein Instrument für die Kosmologie. Eines seiner Kernziele ist es, den Bestand an Eismaterie in unserer Galaxie zu inventarisieren. Wasser-, Kohlenmonoxid- und Kohlendioxid-Eise überziehen Staubkörner in kalten Molekülwolken und werden später Teil von Kometen, Planeten und anderen Kleinkörpern. Durch den Nachweis der charakteristischen spektralen Signaturen dieser Moleküle im Infrarotbereich kann SPHEREx Konzentrationen der Rohstoffe für Planeten und potenziell für das Leben lokalisieren.

Da die Mission alle sechs Monate den gesamten Himmel durchmustert und während ihrer zweijährigen Primärmission mehrere vollständige Himmelsdurchgänge plant, wird sie ein dynamisches Bild davon erstellen, wo Eise konzentriert sind und wie sich diese Reservoire entwickeln. Diese systematische, galaxienweite Bestandsaufnahme ist einzigartig und wird Ziele für Folgeuntersuchungen durch höher auflösende Einrichtungen liefern, die hineinzoomen können, um bestimmte Wolken, junge Sternsysteme oder vorbeiziehende interstellare Objekte zu untersuchen.

Kosmologie: Den Fingerabdrücken der Inflation auf der Spur

Die Inflation – die hypothetische, ultraschnelle Ausdehnung des Raums in den ersten 10^-32 Sekunden nach dem Urknall – ist ein erfolgreiches Erklärungsmodell, blieb jedoch aufgrund der Schwierigkeit, sie mit später beobachtbaren Phänomenen zu verknüpfen, weitgehend theoretisch. SPHEREx bietet einen praktischen Weg, diese Lücke zu schließen, indem es die statistische Verteilung von Galaxien über enorme Volumina kartiert. Diese Statistiken können subtile Merkmale offenbaren, wie etwa Abweichungen von rein Gaußschen Verteilungen im Dichtefeld, die Rückschlüsse auf die Physik der Inflation zulassen.

SPHEREx wird keine einzelne, definitive Antwort liefern; vielmehr wird es den Werkzeugkasten der Kosmologen um einen leistungsstarken neuen Datensatz erweitern. In Kombination mit sorgfältiger Modellierung, Durchmusterungen des Gravitationslinseneffekts und spektroskopischen Folgeuntersuchungen können die photometrischen Rotverschiebungen der Mission für Hunderte Millionen von Galaxien die Einschränkungen für Inflationsmodelle und die Natur des Gerüsts aus Dunkler Materie, das die Galaxienbildung prägt, schärfen.

Wie SPHEREx die Flotte der Observatorien ergänzt

SPHEREx ordnet sich bewusst zwischen zwei bekannten Beobachtungsstrategien ein. Teleskope wie das James-Webb-Weltraumteleskop liefern extrem detaillierte Spektren, aber nur über winzige Sichtfelder; All-Sky-Missionen wie WISE deckten den gesamten Himmel ab, jedoch mit weitaus weniger Farben. Die Nische von SPHEREx liegt darin, ein Weitfeld-Spektrophotometer zu sein: ein Himmels-Scout, der interessante Objekte, chemische Fingerabdrücke und dreidimensionale Strukturen für fokussiertere Instrumente markiert.

NASA und JPL betonen, dass die Daten der Mission als Ressource für die Gemeinschaft gedacht sind. Der vollständige Datensatz wurde öffentlich freigegeben, und die Mission wird während ihres Primärbetriebs mindestens drei weitere vollständige Himmelsdurchgänge durchführen, um das Rauschen zu reduzieren und schwächere Merkmale zu enthüllen. Das Ergebnis wird ein wachsendes, reich schattiertes Archiv sein, das Forscher in der Astrophysik und Planetenforschung nach Entdeckungen durchsuchen können, die das Missionsteam nicht vorhergesehen hat.

Frühe Ergebnisse und zukünftige Möglichkeiten

Bereits in den ersten sechs Monaten hat SPHEREx beeindruckende Falschfarben-Panoramen erstellt, die Emissionen von Sternen, heißem Wasserstoffgas und kosmischem Staub isolieren. Das Observatorium hat Objekte innerhalb unseres eigenen Sonnensystems beobachtet – darunter den interstellaren Kometen 3I/ATLAS – und wird empfindlich für vorübergehende Phänomene wie Supernovae und Flare-Sterne sein. Diese transienten Detektionen profitieren von der wiederholten All-Sky-Kadenz von SPHEREx.

In den kommenden Jahren sollen die vielschichtigen Karten der Mission unser Bild davon verfeinern, wie Galaxien entstanden sind, wo planetenbildende Eise existieren und wie die großräumige Struktur des Universums einen Abdruck seiner frühesten Physik bewahrt. Die Daten werden auch kostspielige Folgeuntersuchungen mit Webb und bodengebundenen Spektrographen leiten: SPHEREx kann auf die Nadeln im Heuhaufen deuten, die die intensivste Untersuchung verdienen.

Quellen

• NASA (SPHEREx Missions-Briefings und Pressematerialien)
• Jet Propulsion Laboratory (SPHEREx Projektbüro)
• California Institute of Technology (Caltech)