Insinöörit suorittavat James Webbin avaruusteleskoopin keski-infrapunalaitteen "hyväksynnän" NASAn Goddardin avaruuslentokeskuksessa lähdettyään Yhdistyneestä kuningaskunnasta.
JPL:n lentoteknikot Johnny Melendez (oikealla) ja Joe Mora tarkastavat MIRI-kryojäähdyttimen ennen kuin lähettävät sen Northrop Grummaniin Redondo Beachiin, Kaliforniaan. Siellä jäähdytin on kiinnitetty Webb-teleskoopin runkoon.
Tämä Appleton Laboratoryssa Rutherfordissa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa nähty MIRI-laitteen osa sisältää infrapunailmaisimia. Kryojäähdytin sijaitsee kaukana ilmaisimesta, koska se toimii korkeammassa lämpötilassa. Putki, joka kuljettaa kylmää heliumia, yhdistää kaksi osaa.
MIRI (vasemmalla) istuu tasapainopalkin päällä Northrop Grummanissa Redondo Beachissä, kun insinöörit valmistautuvat käyttämään kattonosturia kiinnittääkseen sen integroituun tieteelliseen instrumenttimoduuliin (ISIM). ISIM on Webbin ydin, neljä tiedeinstrumenttia, joissa teleskooppi sijaitsee.
Ennen kuin MIRI-instrumentti – yksi observatorion neljästä tiedelaitteesta – voi toimia, se on jäähdytettävä lähes kylmimpään lämpötilaan, jonka aine voi saavuttaa.
NASAn James Webb -avaruusteleskooppi, jonka on määrä laukeaa 24. joulukuuta, on historian suurin avaruusobservatorio, ja sillä on yhtä pelottava tehtävä: kerätä infrapunavaloa maailmankaikkeuden kaukaisista kulmista, jolloin tutkijat voivat tutkia maailmankaikkeuden rakennetta ja alkuperää. Universumimme ja paikkamme siinä.
Monet kosmiset esineet – mukaan lukien tähdet ja planeetat sekä kaasu ja pöly, joista niitä muodostuu – säteilevät infrapunavaloa, jota joskus kutsutaan lämpösäteilyksi.Mutta niin ovat useimmat muut lämpimät esineet, kuten leivänpaahtimet, ihmiset ja elektroniikka. Tämä tarkoittaa, että Webbin neljä infrapunalaitetta voivat havaita oman infrapunavalonsa. Näiden päästöjen vähentämiseksi laitteen on oltava erittäin kylmä (noin 8 Celsius-astetta 3 minuus3mins3mins). Mutta toimiakseen oikein, keski-infrapunalaitteen tai MIRI:n sisällä olevien ilmaisimien on kylmentävä: alle 7 Kelvinin (miinus 448 Fahrenheit-astetta tai miinus 266 Celsius-astetta).
Se on vain muutama astetta absoluuttisen nollan yläpuolella (0 Kelviniä) – teoriassa kylmin mahdollinen lämpötila, vaikka se ei ole koskaan fyysisesti saavutettavissa, koska se edustaa lämmön täydellistä puuttumista. (MIRI ei kuitenkaan ole kylmin avaruudessa toimiva kuvantamislaite.)
Lämpötila on pohjimmiltaan mitta siitä, kuinka nopeasti atomit liikkuvat, ja sen lisäksi, että Webb-ilmaisimet havaitsevat oman infrapunavalonsa, ne voivat laukaista omat lämpövärähtelynsä. MIRI havaitsee valoa pienemmällä energia-alueella kuin kolme muuta instrumenttia. Tämän seurauksena sen ilmaisimet ovat herkempiä lämpövärähtelyille. Tähtitieteilijät kutsuvat näitä ei-toivottuja signaaleja "ylikohinaksi", ja ne yrittävät havaita ylikohinaa.
Laukaisun jälkeen Webb ottaa käyttöön tenniskentän kokoisen visiirin, joka suojaa MIRI:tä ja muita instrumentteja auringon lämmöltä ja antaa niiden jäähtyä passiivisesti. Noin 77 päivästä laukaisusta alkaen MIRI:n kryojäähdyttimellä kestää 19 päivää laskea instrumentin ilmaisimien lämpötila alle 7 Kelvinin.
"On suhteellisen helppoa jäähdyttää asioita tähän lämpötilaan maan päällä, usein tieteellisiin tai teollisiin sovelluksiin", sanoi Konstantin Penanen, kryojäähdyttimen asiantuntija NASA:n Jet Propulsion Laboratorysta Etelä-Kaliforniassa., joka hallitsee NASA:n MIRI-instrumenttia.” Mutta nuo maan päällä olevat järjestelmät ovat erittäin tilaa vieviä ja energiatehottomia.Avaruusobservatorioon tarvitsemme jäähdyttimen, joka on fyysisesti kompakti, energiatehokas ja sen on oltava erittäin luotettava, koska emme voi mennä ulos korjaamaan sitä.Nämä ovat siis kohtaamiamme haasteita.Tässä suhteessa sanoisin, että MIRI-kryojäähdyttimet ovat ehdottomasti eturintamassa.
Yksi Webbin tieteellisistä tavoitteista on tutkia maailmankaikkeudessa muodostuneiden ensimmäisten tähtien ominaisuuksia. Webbin lähi-infrapunakamera tai NIRCam-instrumentti pystyy havaitsemaan nämä äärimmäisen kaukana olevat kohteet, ja MIRI auttaa tutkijoita vahvistamaan, että nämä heikot valonlähteet ovat ensimmäisen sukupolven tähtien ryhmiä eikä toisen sukupolven tähtiä, jotka muodostivat myöhemmin evoluutiota.
MIRI paljastaa lähi-infrapunainstrumentteja paksumpia pölypilviä. Se havaitsee myös maapallolla yleisesti esiintyviä molekyylejä, kuten vettä, hiilidioksidia ja metaania, sekä kivimineraalien, kuten silikaattien, molekyylejä lähellä tähtiä ympäröivässä viileässä ympäristössä, missä nämä planeetat voivat havaita paremmin infrapunaisia ​​laitteita. MIRI näkee ne jäänä.
"Yhdistämällä yhdysvaltalaista ja eurooppalaista asiantuntemusta olemme kehittäneet MIRI:n Webbin voimana, jonka avulla tähtitieteilijät ympäri maailmaa voivat vastata suuriin kysymyksiin siitä, miten tähdet, planeetat ja galaksit muodostuvat ja kehittyvät", sanoi Gillian Wright, MIRI-tiederyhmän toinen johtaja ja instrumentin eurooppalainen päätutkija UK ATC Technology Centerissä (UK Astronomical Technology Center).
MIRI-kryojäähdytin käyttää heliumkaasua, joka riittää täyttämään noin yhdeksän juhlailmapalloa, kuljettamaan lämpöä pois instrumentin ilmaisimista.Kaksi sähkökompressoria pumppaa heliumia putken läpi, joka ulottuu ilmaisimen sijaintipaikkaan. Putki kulkee metallikappaleen läpi, joka on myös kiinnitetty ilmaisimeen.jäähdytetty helium imee ylimääräistä lämpöä lohkosta pitäen ilmaisimen käyttölämpötilan alle 7 Kelvinissä. Lämmitetty (mutta silti kylmä) kaasu palaa sitten kompressoriin, jossa se poistaa ylimääräisen lämmön, ja kierto alkaa uudelleen. Järjestelmä on periaatteessa samanlainen kuin kotitalouksien jääkaapeissa ja ilmastointilaitteissa.
Heliumia kuljettavat putket on valmistettu kullatusta ruostumattomasta teräksestä, ja niiden halkaisija on alle kymmenesosa tuumasta (2,5 mm). Se ulottuu noin 10 metriä avaruusaluksen väylän alueella sijaitsevasta kompressorista observatorion hunajakennoelementin takana sijaitsevaan MIRI-ilmaisimeen, joka on liitettynä kokoonpantavaan alueeseen. laukaisussa DTA puristetaan vähän kuin mäntä, jotta säilytetty observatorio voidaan asentaa raketin päällä olevaan suojaukseen. Avaruuteen päästyään torni ulottuu erottamaan huoneenlämpöisen avaruusaluksen väylän viileämmistä optisista teleskooppilaitteista ja antaakseen aurinkovarjostimen ja kaukoputken avautua täysin.
Tämä animaatio näyttää James Webb -avaruusteleskoopin ihanteellisen toteutuksen tunteja ja päiviä laukaisun jälkeen. Keskeisen avautuvan tornikokoonpanon laajentaminen lisää MIRI:n kahden osan välistä etäisyyttä.Ne on yhdistetty kierreputkilla, joissa on jäähdytettyä heliumia.
Mutta pidennysprosessi vaatii heliumputken pidennystä laajennettavan tornikokoonpanon avulla. Putki siis kiertyy kuin jousi, minkä vuoksi MIRI:n insinöörit antoivat tälle putken osalle lempinimen "Slinky".
"Observatorion useita alueita kattavan järjestelmän työskentelyssä on haasteita", sanoi Analyn Schneider, JPL MIRI -ohjelman johtaja.”Näitä eri alueita johtavat eri organisaatiot tai keskukset, mukaan lukien Northrop Grumman ja Yhdysvaltain NASAn Goddard Space Flight Center, meidän on puhuttava kaikkien kanssa.Teleskoopissa ei ole muuta laitteistoa, jonka tarvitsee tehdä niin, joten se on MIRI:lle ainutlaatuinen haaste.Se on varmasti ollut pitkä jono MIRI-kryojäähdyttimien tielle, ja olemme valmiita näkemään sen avaruudessa.
James Webb -avaruusteleskooppi käynnistyy vuonna 2021 maailman johtavana avaruustieteen observatoriona. Webb selvittää aurinkokuntamme mysteerit, katsoa kaukaisiin maailmoihin muiden tähtien ympärillä ja tutkii universumimme ja paikkamme salaperäisiä rakenteita ja alkuperää. Webb on kansainvälinen aloite, jota johtavat NASA ja sen kumppanit Canadian Space Agency (European Space Agency) ESA.
MIRI kehitettiin NASAn ja ESAn (European Space Agency) välisellä 50-50-kumppanuudella. JPL johtaa Yhdysvaltojen MIRI-ponnisteluja, ja monikansallinen eurooppalaisten tähtitieteellisten laitosten konsortio osallistuu ESA:han. George Rieke Arizonan yliopistosta on MIRI:n yhdysvaltalaisen tiederyhmän johtaja.Gillian Wrightin tiedetiimin johtaja.
Alistair Glasse ATC:stä, UK, on ​​MIRI-instrumenttitutkija ja Michael Ressler on yhdysvaltalainen projektitutkija JPL:ssä. Laszlo Tamas Yhdistyneen kuningaskunnan ATC:stä vastaa Euroopan unionista. MIRI-kryojäähdyttimen kehitystä johti ja hallinnoi JPL yhteistyössä NASAn Goddard Beach Space Flight Centerin kanssa Greenbeltissä, Grummanissa, Kaliforniassa, ja Redondoropin kanssa.