Οι μηχανικοί πραγματοποιούν μια «αποδοχή» του οργάνου μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA μετά την αναχώρησή τους από το Ηνωμένο Βασίλειο.
Οι τεχνικοί πτήσης της JPL, Johnny Melendez (δεξιά) και Joe Mora επιθεωρούν τον κρυοψύκτη MIRI πριν τον στείλουν στο Northrop Grumman στην παραλία Redondo της Καλιφόρνια. Εκεί, το ψυγείο είναι προσαρτημένο στο σώμα του τηλεσκοπίου Webb.
Αυτό το τμήμα του οργάνου MIRI, που παρατηρήθηκε στο εργαστήριο Appleton στο Rutherford, UK, περιέχει ανιχνευτές υπερύθρων. Ο κρυοψύκτης βρίσκεται μακριά από τον ανιχνευτή επειδή λειτουργεί σε υψηλότερη θερμοκρασία. Ένας σωλήνας που μεταφέρει κρύο ήλιο συνδέει τα δύο τμήματα.
Το MIRI (αριστερά) κάθεται σε μια δοκό ισορροπίας στο Northrop Grumman στην παραλία Redondo, καθώς οι μηχανικοί προετοιμάζονται να χρησιμοποιήσουν έναν γερανό για να το συνδέσουν στο Integrated Scientific Instrument Module (ISIM). Το ISIM είναι ο πυρήνας του Webb, τα τέσσερα επιστημονικά όργανα που στεγάζουν το τηλεσκόπιο.
Προτού μπορέσει να λειτουργήσει το όργανο MIRI - ένα από τα τέσσερα επιστημονικά όργανα του αστεροσκοπείου -, πρέπει να ψυχθεί σχεδόν στη χαμηλότερη θερμοκρασία που μπορεί να φτάσει η ύλη.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA, που έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί στις 24 Δεκεμβρίου, είναι το μεγαλύτερο διαστημικό παρατηρητήριο στην ιστορία και έχει ένα εξίσου τρομακτικό έργο: συλλέγει υπέρυθρο φως από μακρινές γωνιές του σύμπαντος, επιτρέποντας στους επιστήμονες να διερευνήσουν τη δομή και την προέλευση του σύμπαντος.
Πολλά κοσμικά αντικείμενα — συμπεριλαμβανομένων των άστρων και των πλανητών, και του αερίου και της σκόνης από τα οποία σχηματίζονται — εκπέμπουν υπέρυθρο φως, που μερικές φορές ονομάζεται θερμική ακτινοβολία. Αλλά το ίδιο συμβαίνει και με τα περισσότερα άλλα θερμά αντικείμενα, όπως τοστιέρες, οι άνθρωποι και τα ηλεκτρονικά. Αυτό σημαίνει ότι τα τέσσερα υπέρυθρα όργανα του Webb μπορούν να ανιχνεύσουν το δικό τους υπέρυθρο φως. Για να μειωθούν αυτές οι εκπομπές, το όργανο πρέπει να είναι πολύ κρύο. 233 βαθμοί Κελσίου). Αλλά για να λειτουργήσουν σωστά, οι ανιχνευτές μέσα στο όργανο μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας, ή MIRI, πρέπει να κρυώσουν: κάτω από 7 Kelvin (μείον 448 βαθμούς Φαρενάιτ ή μείον 266 βαθμούς Κελσίου).
Αυτό είναι μόλις μερικούς βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν (0 Kelvin) – η πιο κρύα θερμοκρασία θεωρητικά δυνατή, αν και δεν είναι ποτέ φυσικά προσβάσιμη γιατί αντιπροσωπεύει την πλήρη απουσία οποιασδήποτε θερμότητας. (Ωστόσο, το MIRI δεν είναι το πιο κρύο όργανο απεικόνισης που λειτουργεί στο διάστημα.)
Η θερμοκρασία είναι ουσιαστικά ένα μέτρο του πόσο γρήγορα κινούνται τα άτομα και εκτός από την ανίχνευση του δικού τους υπέρυθρου φωτός, οι ανιχνευτές Webb μπορούν να ενεργοποιηθούν από τις δικές τους θερμικές δονήσεις. Το MIRI ανιχνεύει φως σε χαμηλότερο ενεργειακό εύρος από τα άλλα τρία όργανα. Ως αποτέλεσμα, οι ανιχνευτές του είναι πιο ευαίσθητοι στις θερμικές δονήσεις. Αυτά τα ανεπιθύμητα σήματα είναι αυτό που λένε οι αστρονόμοι.
Μετά την εκτόξευση, ο Webb θα αναπτύξει ένα γείσο μεγέθους γηπέδου τένις που προστατεύει το MIRI και άλλα όργανα από τη θερμότητα του ήλιου, επιτρέποντάς τους να κρυώνουν παθητικά. Ξεκινώντας περίπου 77 ημέρες μετά την εκτόξευση, ο κρυοψύκτης του MIRI θα χρειαστεί 19 ημέρες για να μειώσει τη θερμοκρασία των ανιχνευτών του οργάνου κάτω από 7 Kelvin.
«Είναι σχετικά εύκολο να ψύχονται τα πράγματα σε αυτή τη θερμοκρασία στη Γη, συχνά για επιστημονικές ή βιομηχανικές εφαρμογές», δήλωσε ο Konstantin Penanen, ειδικός σε κρυοψύκτες στο Jet Propulsion Laboratory της NASA στη Νότια Καλιφόρνια., που διαχειρίζεται το όργανο MIRI για τη NASA.Για ένα διαστημικό παρατηρητήριο, χρειαζόμαστε ένα ψυγείο που είναι σωματικά συμπαγές, ενεργειακά αποδοτικό και πρέπει να είναι πολύ αξιόπιστο γιατί δεν μπορούμε να βγούμε έξω και να το φτιάξουμε.Αυτές είναι λοιπόν οι προκλήσεις που αντιμετωπίζουμε., από αυτή την άποψη, θα έλεγα ότι οι κρυοψύκτες MIRI είναι σίγουρα στην πρώτη γραμμή.”
Ένας από τους επιστημονικούς στόχους του Webb είναι να μελετήσει τις ιδιότητες των πρώτων αστεριών που σχηματίστηκαν στο σύμπαν. Η κάμερα εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία ή το όργανο NIRCam του Webb θα είναι σε θέση να ανιχνεύσει αυτά τα εξαιρετικά μακρινά αντικείμενα και το MIRI θα βοηθήσει τους επιστήμονες να επιβεβαιώσουν ότι αυτές οι αμυδρές πηγές φωτός είναι σμήνη αστεριών πρώτης γενιάς, αντί για αστέρια δεύτερης γενιάς σε αγαλική εξέλιξη.
Εξετάζοντας σύννεφα σκόνης που είναι παχύτερα από όργανα κοντά στο υπέρυθρο, το MIRI θα αποκαλύψει τις γενέτειρες των αστεριών. Θα ανιχνεύσει επίσης μόρια που βρίσκονται συνήθως στη Γη - όπως νερό, διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο, καθώς και μόρια βραχωδών ορυκτών όπως πυριτικά - σε δροσερά περιβάλλοντα γύρω από κοντινά αστέρια. περιβάλλοντα, ενώ το MIRI μπορεί να τα δει ως πάγο.
«Συνδυάζοντας την αμερικανική και ευρωπαϊκή τεχνογνωσία, έχουμε αναπτύξει το MIRI ως τη δύναμη του Webb, το οποίο θα επιτρέψει σε αστρονόμους από όλο τον κόσμο να απαντήσουν σε μεγάλες ερωτήσεις σχετικά με το πώς σχηματίζονται και εξελίσσονται τα αστέρια, οι πλανήτες και οι γαλαξίες», δήλωσε η Gillian Wright, Συνεπικεφαλής της επιστημονικής ομάδας MIRI και European Principal Investigator for the όργανο στο UK Astronom Technology Centre (Astronom Technology UK).
Ο κρυοψύκτης MIRI χρησιμοποιεί αέριο ήλιο—αρκετό για να γεμίσει περίπου εννέα μπαλόνια-για να μεταφέρει τη θερμότητα μακριά από τους ανιχνευτές του οργάνου. Δύο ηλεκτρικοί συμπιεστές αντλούν ήλιο μέσω ενός σωλήνα που εκτείνεται μέχρι το σημείο που βρίσκεται ο ανιχνευτής.Το ψυχρό ήλιο απορροφά την υπερβολική θερμότητα από το μπλοκ, διατηρώντας τη θερμοκρασία λειτουργίας του ανιχνευτή κάτω από 7 Kelvin. Το θερμαινόμενο (αλλά ακόμα κρύο) αέριο επιστρέφει στον συμπιεστή, όπου διώχνει την περίσσεια θερμότητας και ο κύκλος ξεκινά ξανά. Βασικά, το σύστημα είναι παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται στα οικιακά ψυγεία και κλιματιστικά.
Οι σωλήνες που μεταφέρουν ήλιο είναι κατασκευασμένοι από επιχρυσωμένο ανοξείδωτο χάλυβα και έχουν διάμετρο μικρότερη από το ένα δέκατο της ίντσας (2,5 mm). Εκτείνονται περίπου 30 πόδια (10 μέτρα) από τον συμπιεστή που βρίσκεται στην περιοχή του διαύλου του διαστημικού σκάφους έως τον ανιχνευτή MIRI στο στοιχείο οπτικού τηλεσκοπίου που βρίσκεται πίσω από το mirror two, connectable to honeycomb του παρατηρητηρίου. περιοχές.Όταν συσκευαστεί για εκτόξευση, το DTA συμπιέζεται, λίγο σαν έμβολο, για να βοηθήσει στην εγκατάσταση του αποθηκευμένου παρατηρητηρίου στην προστασία πάνω από τον πύραυλο. Μόλις βρεθεί στο διάστημα, ο πύργος θα επεκταθεί για να διαχωρίσει το λεωφορείο του διαστημικού σκάφους θερμοκρασίας δωματίου από τα ψυχρότερα όργανα οπτικού τηλεσκοπίου και να επιτρέψει στο σκίαστρο και το τηλεσκόπιο να αναπτυχθούν πλήρως.
Αυτό το κινούμενο σχέδιο δείχνει την ιδανική εκτέλεση της ανάπτυξης του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb ώρες και ημέρες μετά την εκτόξευση. Η επέκταση του συγκροτήματος του κεντρικού αναπτυσσόμενου πύργου θα αυξήσει την απόσταση μεταξύ των δύο τμημάτων του MIRI. Συνδέονται με ελικοειδή σωλήνες με ψυχρό ήλιο.
Αλλά η διαδικασία επιμήκυνσης απαιτεί να επεκταθεί ο σωλήνας ηλίου με το συγκρότημα του επεκτεινόμενου πύργου. Έτσι ο σωλήνας τυλίγεται σαν ελατήριο, γι' αυτό οι μηχανικοί της MIRI ονόμασαν αυτό το τμήμα του σωλήνα "Slinky".
«Υπάρχουν κάποιες προκλήσεις στην εργασία σε ένα σύστημα που εκτείνεται σε πολλές περιοχές του αστεροσκοπείου», δήλωσε η Analyn Schneider, υπεύθυνη προγράμματος JPL MIRI.«Αυτές οι διαφορετικές περιοχές διευθύνονται από διαφορετικούς οργανισμούς ή κέντρα, συμπεριλαμβανομένου του Northrop Grumman και του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA των ΗΠΑ, πρέπει να μιλήσουμε με όλους.Δεν υπάρχει άλλο υλικό στο τηλεσκόπιο που χρειάζεται να το κάνει αυτό, επομένως είναι μια πρόκληση μοναδική για το MIRI.Ήταν σίγουρα μια μεγάλη ουρά για τον δρόμο των κρυοψυκτών MIRI και είμαστε έτοιμοι να το δούμε στο διάστημα.»
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα εκτοξευθεί το 2021 ως το κορυφαίο παρατηρητήριο διαστημικής επιστήμης στον κόσμο. Ο Webb θα ξετυλίξει τα μυστήρια του ηλιακού μας συστήματος, θα κοιτάξει σε μακρινούς κόσμους γύρω από άλλα αστέρια και θα εξερευνήσει τις μυστηριώδεις δομές και την προέλευση του σύμπαντος και του τόπου μας. Το Webb είναι μια διεθνής πρωτοβουλία με επικεφαλής τη NASA (NASA και τους συνεργάτες της Space Agency την ESAaE)
Το MIRI αναπτύχθηκε μέσω μιας συνεργασίας 50-50 μεταξύ NASA και ESA (Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία). Η JPL ηγείται της προσπάθειας των ΗΠΑ για το MIRI και μια πολυεθνική κοινοπραξία ευρωπαϊκών αστρονομικών ινστιτούτων συνεισφέρει στην ESA. Ο George Rieke του Πανεπιστημίου της Αριζόνα είναι ο επικεφαλής της αμερικανικής επιστημονικής ομάδας του MIRI. Η Gillian Wright είναι η επικεφαλής της ευρωπαϊκής επιστημονικής ομάδας της ομάδας MIRI.
Ο Alistair Glasse του ATC, UK είναι επιστήμονας MIRI Instrument Scientist και ο Michael Ressler είναι Αμερικανός Επιστήμονας Έργου στην JPL. Ο Laszlo Tamas του Ηνωμένου Βασιλείου ATC διευθύνει την Ευρωπαϊκή Ένωση. Η ανάπτυξη του κρυοψύκτη MIRI έγινε υπό την ηγεσία και τη διαχείριση της JPL σε συνεργασία με το Goddard Space Flight Centre της NASA και το Goddard Space Beach, Marryland, στο Greenland, στο Γκρίντον στο Καλιφόρνια.