أجرى المهندسون "قبولًا" لأداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة التابعة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا بعد مغادرته المملكة المتحدة.
يقوم فني الطيران في مختبر الدفع النفاث جوني ميلينديز (على اليمين) وجو مورا بفحص مبرد MIRI المبرد قبل شحنه إلى شركة نورثروب جرومان في ريدوندو بيتش ، كاليفورنيا ، حيث يتم توصيل المبرد بجسم تلسكوب ويب.
يحتوي هذا الجزء من أداة MIRI ، الذي شوهد في مختبر أبليتون في روثرفورد بالمملكة المتحدة ، على كاشفات الأشعة تحت الحمراء ، يقع المبرد البارد بعيدًا عن الكاشف لأنه يعمل عند درجة حرارة أعلى ، وهناك أنبوب يحمل الهيليوم البارد يربط بين القسمين.
MIRI (يسار) يجلس على عارضة توازن في Northrop Grumman في Redondo Beach حيث يستعد المهندسون لاستخدام رافعة علوية لربطها بوحدة الأدوات العلمية المتكاملة (ISIM). ISIM هي جوهر Webb ، وهي الأدوات العلمية الأربعة التي تضم التلسكوب.
قبل أن تتمكن أداة MIRI - إحدى الأدوات العلمية الأربعة الموجودة في المرصد - من العمل ، يجب تبريدها إلى ما يقرب من أبرد درجة حرارة يمكن أن تصل إليها المادة.
يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا ، المقرر إطلاقه في 24 ديسمبر ، أكبر مرصد فضائي في التاريخ ، ولديه مهمة شاقة بنفس القدر: جمع ضوء الأشعة تحت الحمراء من الزوايا البعيدة للكون ، مما يسمح للعلماء بسبر بنية الكون وأصوله ، كوننا ومكاننا فيه.
العديد من الأجسام الكونية - بما في ذلك النجوم والكواكب ، والغاز والغبار الذي تتشكل منه - تنبعث منها ضوء الأشعة تحت الحمراء ، والتي تسمى أحيانًا الإشعاع الحراري ، ولكن كذلك معظم الأجسام الدافئة الأخرى ، مثل المحامص والبشر والإلكترونيات ، وهذا يعني أن أدوات ويب تحت الحمراء الأربعة يمكنها الكشف عن ضوء الأشعة تحت الحمراء الخاص بها. لتقليل هذه الانبعاثات ، يجب أن تكون الأداة باردة جدًا - حوالي 40 كلفن ، أو 233 درجة تحت الحمراء ، تعمل بشكل صحيح للأشعة تحت الحمراء - درجة حرارة متوسطة تصل إلى 388 درجة مئوية. أو MIRI ، يجب أن تصبح أكثر برودة: أقل من 7 كلفن (ناقص 448 درجة فهرنهايت ، أو ناقص 266 درجة مئوية).
هذا فقط بضع درجات فوق الصفر المطلق (0 كلفن) - أبرد درجة حرارة ممكنة نظريًا ، على الرغم من أنه لا يمكن الوصول إليها جسديًا أبدًا لأنها تمثل الغياب التام لأي حرارة. (ومع ذلك ، MIRI ليست أبرد أداة تصوير تعمل في الفضاء.)
تعتبر درجة الحرارة أساسًا مقياسًا لمدى سرعة تحرك الذرات ، بالإضافة إلى الكشف عن ضوء الأشعة تحت الحمراء الخاصة بها ، يمكن تشغيل أجهزة الكشف عن الويب بواسطة الاهتزازات الحرارية الخاصة بها ، حيث تكتشف MIRI الضوء في نطاق طاقة أقل من الأجهزة الثلاثة الأخرى ، ونتيجة لذلك ، تكون أجهزة الكشف الخاصة بها أكثر حساسية للاهتزازات الحرارية ، وهذه الإشارات غير المرغوب فيها هي ما يسميه علماء الفلك "الضوضاء" ، ويمكنهم اكتشاف الإشارات الخافتة.
بعد الإطلاق ، سينشر Webb حاجبًا بحجم ملعب التنس يحمي MIRI والأدوات الأخرى من حرارة الشمس ، مما يسمح لها بالتبريد بشكل سلبي ، بدءًا من حوالي 77 يومًا بعد الإطلاق ، سيستغرق مبرد MIRI 19 يومًا لتقليل درجة حرارة أجهزة الكشف عن الجهاز إلى أقل من 7 كلفن.
قال كونستانتين بينانين ، خبير المبرد بالتبريد في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في جنوب كاليفورنيا: "من السهل نسبيًا تبريد الأشياء إلى درجة الحرارة هذه على الأرض ، غالبًا للتطبيقات العلمية أو الصناعية".، الذي يدير أداة MIRI لوكالة ناسا. ”لكن تلك الأنظمة القائمة على الأرض ضخمة جدًا وغير فعالة في استخدام الطاقة.بالنسبة للمرصد الفضائي ، نحتاج إلى مبرد مضغوط ماديًا ، وموفر للطاقة ، ويجب أن يكون موثوقًا للغاية لأننا لا نستطيع الخروج وإصلاحه.إذن هذه هي التحديات التي نواجهها.، في هذا الصدد ، أود أن أقول إن مبردات MIRI هي بالتأكيد في المقدمة ".
يتمثل أحد الأهداف العلمية لـ Webb في دراسة خصائص النجوم الأولى التي تشكلت في الكون ، حيث ستتمكن كاميرا Webb القريبة من الأشعة تحت الحمراء أو أداة NIRCam من اكتشاف هذه الأجسام البعيدة للغاية ، وسيساعد MIRI العلماء على تأكيد أن مصادر الضوء الخافتة هذه عبارة عن مجموعات من نجوم الجيل الأول ، بدلاً من نجوم الجيل الثاني التي تشكلت لاحقًا في تطور المجرة.
من خلال النظر إلى سحب الغبار التي هي أكثر سمكًا من أدوات الأشعة تحت الحمراء القريبة ، ستكشف MIRI عن أماكن ولادة النجوم ، كما ستكتشف الجزيئات الموجودة بشكل شائع على الأرض - مثل الماء وثاني أكسيد الكربون والميثان ، وكذلك جزيئات المعادن الصخرية مثل السيليكات - في البيئات الباردة حول النجوم القريبة ، حيث قد تتشكل الكواكب.
قال جيليان رايت ، الرئيس المشارك لفريق MIRI العلمي والمحقق الأوروبي الرئيسي للأداة في مركز التكنولوجيا الفلكية بالمملكة المتحدة (UK ATC): "من خلال الجمع بين الخبرة الأمريكية والأوروبية ، قمنا بتطوير MIRI كقوة Webb ، والتي ستمكن علماء الفلك من جميع أنحاء العالم من الإجابة على الأسئلة الكبيرة حول كيفية تشكل النجوم والكواكب والمجرات وتطورها".
يستخدم مبرد MIRI غاز الهيليوم - وهو ما يكفي لملء حوالي تسعة بالونات - لنقل الحرارة بعيدًا عن كاشفات الأداة. يضخ ضاغطان كهربائيان الهيليوم عبر أنبوب يمتد إلى مكان وجود الكاشف ، ويمر الأنبوب عبر كتلة معدنية متصلة أيضًا بالكاشف ؛يمتص الهيليوم المبرد الحرارة الزائدة من الكتلة ، مما يحافظ على درجة حرارة تشغيل الكاشف أقل من 7 كلفن ، ثم يعود الغاز الساخن (ولكن لا يزال باردًا) إلى الضاغط ، حيث يطرد الحرارة الزائدة ، وتبدأ الدورة مرة أخرى ، وبشكل أساسي ، يشبه النظام النظام المستخدم في الثلاجات المنزلية ومكيفات الهواء.
الأنابيب التي تحمل الهيليوم مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المطلي بالذهب ويبلغ قطرها أقل من عُشر البوصة (2.5 مم) ، وتمتد حوالي 30 قدمًا (10 أمتار) من الضاغط الموجود في منطقة ناقل المركبة الفضائية إلى كاشف MIRI في عنصر التلسكوب البصري الموجود خلف المرآة الأولية لقرص العسل في المرصد. قم بتثبيت المرصد المخزن في الحماية الموجودة أعلى الصاروخ ، وبمجرد وصوله إلى الفضاء ، سيمتد البرج لفصل حافلة المركبة الفضائية في درجة حرارة الغرفة عن أدوات التلسكوب البصري الأكثر برودة والسماح بظلال الشمس والتلسكوب بالانتشار الكامل.
تُظهر هذه الرسوم المتحركة التنفيذ المثالي لنشر تلسكوب جيمس ويب الفضائي بعد ساعات وأيام من الإطلاق ، وسيؤدي توسيع مجموعة البرج المركزي القابل للنشر إلى زيادة المسافة بين جزأي MIRI ، حيث يتم توصيلهما بأنابيب حلزونية مع الهيليوم المبرد.
لكن عملية الاستطالة تتطلب أن يتم تمديد أنبوب الهيليوم مع مجموعة البرج القابل للتوسيع ، لذا فإن ملفات الأنبوب تشبه الزنبرك ، ولهذا أطلق مهندسو MIRI على هذا الجزء من الأنبوب اسم "Slinky".
قالت أنالين شنايدر ، مديرة برنامج MIRI في مختبر الدفع النفاث: "هناك بعض التحديات في العمل على نظام يمتد عبر مناطق متعددة من المرصد"."تقود هذه المناطق المختلفة منظمات أو مراكز مختلفة ، بما في ذلك نورثروب جرومان ومركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا ، وعلينا التحدث إلى الجميع.لا توجد أجهزة أخرى على التلسكوب تحتاج إلى القيام بذلك ، لذا فهو تحد فريد لـ MIRI.لقد كان بالتأكيد طابورًا طويلاً لطريق MIRI المبرد ، ونحن على استعداد لرؤيته في الفضاء ".
سيتم إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في عام 2021 باعتباره المرصد الأول لعلوم الفضاء في العالم ، حيث سيكشف الويب عن ألغاز نظامنا الشمسي ، ويتطلع إلى عوالم بعيدة حول النجوم الأخرى ، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا. Webb هي مبادرة دولية بقيادة ناسا وشركائها ESA (وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.
تم تطوير MIRI من خلال شراكة 50-50 بين NASA و ESA (وكالة الفضاء الأوروبية). يقود JPL الجهود الأمريكية لميري ، ويساهم اتحاد متعدد الجنسيات من المعاهد الفلكية الأوروبية في ESA جورج ريك من جامعة أريزونا هو قائد فريق العلوم في MIRI الأمريكي ، جيليان رايت هو رئيس فريق MIRI العلمي الأوروبي.
Alistair Glasse من ATC ، المملكة المتحدة هو عالم MIRI Instrument و Michael Ressler عالم مشروع أمريكي في JPL ، ولازلو تاماس من UK ATC مسؤول عن الاتحاد الأوروبي ، وقد تم تطوير مبرد MIRI من قبل JPL بالتعاون مع مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت ، ماريلاند ، ونورثندروب بيتش ، كاليفورنيا.