Inženjeri provode "prihvatanje" srednjeg infracrvenog instrumenta svemirskog teleskopa James Webb u NASA-inom centru za svemirske letove Goddard nakon odlaska iz Velike Britanije.
JPL tehničari za letenje Johnny Melendez (desno) i Joe Mora pregledavaju MIRI kriohladnjak prije nego što ga isporuče Northrop Grumman u Redondo Beach, Kalifornija. Tamo je hladnjak pričvršćen za tijelo Webb teleskopa.
Ovaj dio MIRI instrumenta, viđen u Appleton laboratoriji u Rutherfordu, UK, sadrži infracrvene detektore. Kriohladnjak se nalazi dalje od detektora jer radi na višoj temperaturi. Cjevčica koja nosi hladni helijum povezuje dva dijela.
MIRI (lijevo) sjedi na balansnoj gredi u Northrop Grummanu u Redondo Beachu dok se inženjeri pripremaju da koriste mostnu dizalicu da je prikače na Integrisani modul naučnog instrumenta (ISIM). ISIM je Webbova jezgra, četiri naučna instrumenta u kojima se nalazi teleskop.
Prije nego što instrument MIRI - jedan od četiri naučna instrumenta na opservatoriji - može raditi, mora se ohladiti na skoro najnižu temperaturu koju materija može postići.
NASA-in svemirski teleskop James Webb, koji bi trebao biti lansiran 24. decembra, najveća je svemirska opservatorija u istoriji, i ima jednako zastrašujući zadatak: prikupljanje infracrvene svjetlosti iz udaljenih kutova svemira, omogućavajući naučnicima da ispitaju strukturu i porijeklo svemira. Naš svemir i naše mjesto u njemu.
Mnogi kosmički objekti — uključujući zvijezde i planete, te plin i prašinu od kojih se formiraju — emituju infracrveno svjetlo, koje se ponekad naziva termičko zračenje. Ali isto tako je i većina drugih toplih objekata, poput tostera, ljudi i elektronike. To znači da Webbova četiri infracrvena instrumenta mogu detektirati vlastitu infracrvenu svjetlost. minus 233 stepena Celzijusa). Ali da bi ispravno funkcionisali, detektori unutar srednjeg infracrvenog instrumenta, ili MIRI, moraju postati hladniji: ispod 7 Kelvina (minus 448 stepeni Farenhajta, ili minus 266 stepeni Celzijusa).
To je samo nekoliko stepeni iznad apsolutne nule (0 Kelvina) – najhladnija temperatura teoretski moguća, iako nikada nije fizički dostupna jer predstavlja potpuno odsustvo toplote. (Međutim, MIRI nije najhladniji instrument za snimanje koji radi u svemiru.)
Temperatura je u suštini mjera brzine kretanja atoma, a osim detekcije vlastitog infracrvenog svjetla, Webb detektori se mogu pokrenuti vlastitim termalnim vibracijama. MIRI detektuje svjetlost u nižem energetskom rasponu od ostala tri instrumenta. Kao rezultat toga, njegovi detektori su osjetljiviji na termalne vibracije. Ovi neželjeni signali su ono što astronomi nazivaju "ne mogu da otkriju signal preko Weba".
Nakon lansiranja, Webb će postaviti vizir veličine teniskog terena koji štiti MIRI i druge instrumente od sunčeve topline, omogućavajući im da se pasivno hlade. Otprilike 77 dana nakon lansiranja, MIRI-jevom kriohladnjaku će trebati 19 dana da smanji temperaturu detektora instrumenta na ispod 7 Kelvina.
"Relativno je lako ohladiti stvari na tu temperaturu na Zemlji, često za naučne ili industrijske primjene", rekao je Konstantin Penanen, stručnjak za kriohlađenje u NASA-inoj laboratoriji za mlazni pogon u južnoj Kaliforniji., koji upravlja instrumentom MIRI za NASA-u.” Ali ti sistemi bazirani na Zemlji su veoma glomazni i energetski neefikasni.Za svemirsku opservatoriju potreban nam je hladnjak koji je fizički kompaktan, energetski efikasan i mora biti visoko pouzdan jer ne možemo izaći i popraviti ga.Dakle, ovo su izazovi sa kojima se suočavamo., u tom smislu, rekao bih da su MIRI kriohladnjaci definitivno u prvom planu.”
Jedan od Webbovih naučnih ciljeva je proučavanje svojstava prvih zvijezda koje su se formirale u svemiru. Webova bliska infracrvena kamera ili NIRCam instrument moći će otkriti ove izuzetno udaljene objekte, a MIRI će pomoći naučnicima da potvrde da su ovi slabi izvori svjetlosti jata zvijezda prve generacije, a ne zvijezde druge generacije koje su nastale kasnije u volumnoj galaksi.
Gledajući oblake prašine koji su deblji od infracrvenih instrumenata, MIRI će otkriti mjesta rođenja zvijezda. Također će detektovati molekule koji se obično nalaze na Zemlji – kao što su voda, ugljični dioksid i metan, kao i molekule kamenih minerala poput silikata – u hladnim sredinama oko obližnjih zvijezda, gdje se mogu formirati ovi planeti boljeg oblika. s, dok ih MIRI može vidjeti kao led.
"Kombinirajući američku i evropsku ekspertizu, razvili smo MIRI kao moć Webba, koja će omogućiti astronomima iz cijelog svijeta da odgovore na velika pitanja o tome kako se zvijezde, planete i galaksije formiraju i razvijaju", rekla je Gillian Wright, suvoditeljica MIRI naučnog tima i europska glavna istraživačica za instrument u UK ATC Technology Center (UK ATC).
MIRI kriohladnjak koristi gas helijum—dovoljan da napuni oko devet balona—za odvođenje toplote od detektora instrumenta.Dva električna kompresora pumpaju helijum kroz cijev koja se proteže do mjesta gdje se nalazi detektor.Cijev prolazi kroz metalni blok koji je također pričvršćen za detektor;ohlađeni helijum apsorbira višak topline iz bloka, održavajući radnu temperaturu detektora ispod 7 Kelvina. Zagrijani (ali još uvijek hladan) plin se zatim vraća u kompresor, odakle izbacuje višak topline i ciklus počinje ponovo. U osnovi, sistem je sličan onom koji se koristi u kućnim frižiderima i klima uređajima.
Cijevi koje prenose helijum napravljene su od pozlaćenog nehrđajućeg čelika i imaju manje od jedne desetine inča (2,5 mm) u prečniku. Proteže se oko 30 stopa (10 metara) od kompresora koji se nalazi u području sabirnice svemirske letjelice do MIRI detektora u elementu optičkog teleskopa koji se nalazi iza sklopa opservatorije sa saćem koji se zove primarno ogledalo, dva zrcala sa saćem, koja se nazivaju D. spakovan za lansiranje, DTA je komprimiran, pomalo kao klip, kako bi pomogao u instalaciji pospremljene opservatorije u zaštitu na vrhu rakete. Jednom u svemiru, toranj će se proširiti kako bi odvojio sabirnicu svemirske letjelice na sobnoj temperaturi od hladnijih instrumenata optičkog teleskopa i omogućio da se suncobran i teleskop u potpunosti pokreću.
Ova animacija prikazuje idealno izvođenje postavljanja svemirskog teleskopa James Webb satima i danima nakon lansiranja. Proširenje sklopa centralnog razmjenjivog tornja povećat će razmak između dva dijela MIRI-ja. Oni su povezani spiralnim cijevima sa hlađenim helijumom.
Ali proces elongacije zahtijeva da se helijumska cijev produži pomoću sklopa tornja koji se može proširiti. Dakle, cijev se namotava poput opruge, zbog čega su MIRI inženjeri nazvali ovaj dio cijevi „Slinky“.
„Postoje neki izazovi u radu na sistemu koji obuhvata više regiona opservatorije,“ rekla je Analyn Schneider, menadžer programa JPL MIRI.“Ove različite regije vode različite organizacije ili centri, uključujući Northrop Grumman i američki NASA-in centar za svemirske letove Goddard, moramo razgovarati sa svima.Ne postoji drugi hardver na teleskopu koji to treba da uradi, tako da je to jedinstven izazov za MIRI.Definitivno je bio dug red za put MIRI cryocoolers, i spremni smo da ga vidimo u svemiru.”
Svemirski teleskop James Webb lansirat će se 2021. godine kao prva svjetska opservatorija svemirske nauke. Web će otkriti misterije našeg Sunčevog sistema, pogledati u udaljene svjetove oko drugih zvijezda i istražiti misteriozne strukture i porijeklo našeg svemira i našeg mjesta. Webb je međunarodna inicijativa koju predvode NASA i njeni partneri Space ESA (Evropska agencija) i Canova Space Agency.
MIRI je razvijen kroz 50-50 partnerstvo između NASA-e i ESA (Evropske svemirske agencije). JPL predvodi američke napore za MIRI, a multinacionalni konzorcij evropskih astronomskih instituta doprinosi ESA-i. George Rieke sa Univerziteta Arizona je vođa MIRI-jevog američkog naučnog tima. Gillian Wright je šefica evropskog naučnog tima MIRI-ja.
Alistair Glasse iz ATC-a, UK je naučnik MIRI instrumenta, a Michael Ressler je američki projektni naučnik u JPL-u. Laszlo Tamas iz britanskog ATC-a je zadužen za Evropsku uniju. Razvoj MIRI kriohladnjaka vodio je i upravljao JPL u saradnji sa NASA-inim Red Goddard Space Flight Center, Marro Grundo Beach, North California, u Kaliforniji.