星際冰川｜NASA SPHEREx探測器繪制銀河系巨大冰區(qū)地圖

NASA的SPHEREx（宇宙歷史、宇宙再電離與冰探測分光光度計(jì)）任務(wù)，以前所未有的規(guī)模繪制了星際冰的分布圖。

它在銀河系中發(fā)現(xiàn)了跨越超過600光年的巨大冰區(qū)，這些冰存在于巨型分子云內(nèi)部，那是氣體和塵埃高度聚集的區(qū)域，在引力作用下，致密物質(zhì)團(tuán)塊會坍縮，最終誕生新的恒星。

這項(xiàng)研究成果已于本周三發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal）上。

SPHEREx的核心目標(biāo)：繪制星際冰的化學(xué)“指紋”

SPHEREx的主要任務(wù)之一，就是繪制各種星際冰的化學(xué)特征圖。這些冰包括水冰、二氧化碳冰、一氧化碳冰等分子，它們是宇宙中生命化學(xué)形成的關(guān)鍵原料。

這些由 NASA 的 SPHEREx 任務(wù)所做的觀測，揭示了銀河系天鵝座 X 恒星形成區(qū)內(nèi)巨大的冰凍復(fù)合體。水冰在左側(cè)呈現(xiàn)為明亮的藍(lán)色結(jié)構(gòu)，精確地覆蓋在星際塵埃的暗帶之上，而這些塵埃在右側(cè)以不同波長顯示。

圖源：NASA

科學(xué)家認(rèn)為，這些附著在微小塵埃顆粒表面的冰庫，是宇宙中大部分水的形成和儲存場所。地球海洋中的水、彗星中的冰，以及銀河系其他行星和衛(wèi)星上的冰，都起源于這些星際冰區(qū)。

“這些巨大的冰凍復(fù)合體就像‘星際冰川’，能夠?yàn)槲磥碓谠搮^(qū)域誕生的新太陽系提供海量水資源。”研究合著者、加州理工學(xué)院SPHEREx儀器科學(xué)家Phil Korngut說，“我們現(xiàn)在看到的，是一張可能降臨在新生行星上、并孕育未來生命的物質(zhì)地圖，這是一個(gè)深刻的想法。”

憑借強(qiáng)大的光譜能力，SPHEREx可以精確測量分子云內(nèi)外各種冰以及多環(huán)芳烴（PAHs）等分子的含量，幫助科學(xué)家更好地理解它們的組成和所處的環(huán)境。

為什么SPHEREx如此特別？

此前，詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）和已退役的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡都曾在銀河系中探測到水冰、二氧化碳冰等分子，但SPHEREx是首個(gè)專門設(shè)計(jì)用于全天大規(guī)模紅外光譜巡天的紅外任務(wù)，能夠在整個(gè)天空尋找這些分子。

“我們原本預(yù)期只會在明亮恒星前方探測到這些冰，恒星的光像探照燈一樣，照亮我們和恒星之間空間的冰。”論文第一作者、哈佛-史密松天體物理中心（CfA）的Joseph Hora說，“但這次不同。當(dāng)我們沿著銀河平面（銀河系大部分恒星、氣體和塵埃集中的區(qū)域）觀測時(shí)，有大量彌漫背景光穿透整個(gè)塵埃云，SPHEREx能以前所未有的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)冰的空間分布。”

SPHEREx于2025年3月11日發(fā)射，由NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）管理。它能以102種不同顏色（即102個(gè)紅外波長）觀測天空。到2025年底，它已完成四張全天紅外地圖中的第一張，繪制了數(shù)億個(gè)星系的三維位置，為解答宇宙起源、水的起源和生命起源等重大問題提供數(shù)據(jù)。

冰的起源與“星際冰川”

利用SPHEREx對多種冰分子的映射，研究團(tuán)隊(duì)深入觀測了銀河系天鵝座X區(qū)（Cygnus X）和北美星云區(qū)域的眾多分子云。

在塵埃最密集的區(qū)域，可見光被暗黑的纖維狀塵埃帶完全遮擋。而SPHEREx的紅外“眼睛”則揭示了不同冰分子（它們會吸收特定波長的紅外光）最密集的位置。

這一發(fā)現(xiàn)支持了主流假說：星際冰形成于微小塵埃顆粒表面（這些顆粒比蠟燭煙塵還小），而致密塵埃區(qū)能保護(hù)冰免受新生恒星發(fā)出的強(qiáng)烈紫外線輻射。

但不同冰的形成方式并不相同。

“SPHEREx的‘大圖景’視角讓我們能夠研究影響星際空間大范圍冰形成速率的環(huán)境因素，這是以前做不到的。”合著者、CfA天文學(xué)家Gary Melnick說。

特別值得一提的是，SPHEREx能同時(shí)探測水冰和二氧化碳冰的不同豐度，這兩種冰對環(huán)境因素的響應(yīng)完全不同。例如，附近大質(zhì)量年輕恒星發(fā)出的強(qiáng)紫外線，或?qū)m埃顆粒的加熱，會以不同方式影響各種冰的含量。

這對于該任務(wù)來說只是個(gè)開始。SPHEREx的觀測將為科學(xué)家提供一個(gè)強(qiáng)大的工具，用以探索銀河系的各個(gè)組成部分、導(dǎo)致恒星和行星形成的星際介質(zhì)物理學(xué)，以及將生命所需分子輸送到新生行星的化學(xué)過程。

參考

https://www.nasa.gov/missions/spherex/interstellar-glaciers-nasas-spherex-maps-vast-galactic-ice-regions/