Os enxeñeiros realizan unha "aceptación" do instrumento de infravermellos medios do telescopio espacial James Webb no Goddard Space Flight Center da NASA despois de partir do Reino Unido.
Os técnicos de voo da JPL Johnny Melendez (dereita) e Joe Mora inspeccionan o crioenfriador MIRI antes de envialo a Northrop Grumman en Redondo Beach, California. Alí, o refrigerador está unido ao corpo do telescopio Webb.
Esta parte do instrumento MIRI, vista no laboratorio Appleton en Rutherford, Reino Unido, contén detectores de infravermellos. O crioenfriador está situado lonxe do detector porque funciona a unha temperatura máis alta. Un tubo que transporta helio frío conecta as dúas seccións.
MIRI (esquerda) atópase nunha viga de equilibrio en Northrop Grumman en Redondo Beach mentres os enxeñeiros se preparan para usar un guindastre para unilo ao módulo de instrumentos científicos integrados (ISIM). O ISIM é o núcleo de Webb, os catro instrumentos científicos que albergan o telescopio.
Antes de que o instrumento MIRI, un dos catro instrumentos científicos do observatorio, poida funcionar, debe arrefriarse ata case a temperatura máis fría que poida alcanzar a materia.
O telescopio espacial James Webb da NASA, que se lanzará o 24 de decembro, é o maior observatorio espacial da historia, e ten unha tarefa igualmente desalentadora: recoller luz infravermella de recunchos afastados do universo, permitindo aos científicos investigar a estrutura e orixes do universo. O noso universo e o noso lugar nel.
Moitos obxectos cósmicos, incluíndo estrelas e planetas, e o gas e o po dos que se forman, emiten luz infravermella, ás veces chamada radiación térmica. Pero tamén o son a maioría dos outros obxectos cálidos, como torradeiras, humanos e produtos electrónicos. Isto significa que os catro instrumentos infravermellos de Webb poden detectar a súa propia luz infravermella. Para reducir estas emisións, o instrumento debe estar moi frío: 33 graos Celsius).Pero para funcionar correctamente, os detectores dentro do instrumento de infravermellos medios, ou MIRI, deben enfriarse: por debaixo dos 7 Kelvin (menos 448 graos Fahrenheit ou menos 266 graos Celsius).
Isto é só uns poucos graos por encima do cero absoluto (0 Kelvin), a temperatura máis fría teoricamente posible, aínda que nunca é físicamente alcanzable porque representa a ausencia total de calor. (Porén, MIRI non é o instrumento de imaxe máis frío que opera no espazo).
A temperatura é esencialmente unha medida da rapidez coa que se moven os átomos e, ademais de detectar a súa propia luz infravermella, os detectores Webb poden ser activados polas súas propias vibracións térmicas. MIRI detecta a luz nun rango de enerxía máis baixo que os outros tres instrumentos. Como resultado, os seus detectores son máis sensibles ás vibracións térmicas. Estes sinais non desexados son o que os astrónomos chaman de "falta de sinal".
Despois do lanzamento, Webb despregará unha viseira do tamaño dunha pista de tenis que protexe a MIRI e outros instrumentos da calor do sol, permitíndolles arrefriar de forma pasiva. A partir duns 77 días despois do lanzamento, o crioenfriador de MIRI tardará 19 días en reducir a temperatura dos detectores do instrumento a menos de 7 Kelvin.
"É relativamente fácil arrefriar as cousas a esa temperatura na Terra, moitas veces para aplicacións científicas ou industriais", dixo Konstantin Penanen, experto en crioenfriadores do Jet Propulsion Laboratory da NASA no sur de California., que xestiona o instrumento MIRI para a NASA. "Pero eses sistemas baseados na Terra son moi voluminosos e ineficientes enerxéticamente.Para un observatorio espacial, necesitamos un frigorífico que sexa fisicamente compacto, eficiente enerxéticamente e que teña que ser moi fiable porque non podemos saír a arranxalo.Polo tanto, estes son os retos aos que nos enfrontamos., nese sentido, diría que os crioenfriadores MIRI están definitivamente á vangarda".
Un dos obxectivos científicos de Webb é estudar as propiedades das primeiras estrelas que se formaron no universo. A cámara de infravermellos próximos ou o instrumento NIRCam de Webb poderá detectar estes obxectos extremadamente distantes, e MIRI axudará aos científicos a confirmar que estas débiles fontes de luz son cúmulos de estrelas de primeira xeración, en lugar de estrelas de segunda xeración que se formaron máis tarde nunha galaxia.
Observando nubes de po que son máis grosas que os instrumentos do infravermello próximo, MIRI revelará os lugares de nacemento das estrelas. Tamén detectará moléculas que se atopan habitualmente na Terra, como auga, dióxido de carbono e metano, así como moléculas de minerais rochosos como silicatos, nos ambientes frescos ao redor das estrelas próximas, onde se poden formar planetas. eles como xeo.
"Ao combinar a experiencia estadounidense e europea, desenvolvemos MIRI como o poder de Webb, que permitirá aos astrónomos de todo o mundo responder a grandes preguntas sobre como se forman e evolucionan as estrelas, os planetas e as galaxias", dixo Gillian Wright, co-líder do equipo científico MIRI e investigador principal europeo do instrumento no Centro de Tecnoloxía Astronómica do Reino Unido (ATC).
O crioenfriador MIRI usa gas helio —suficiente para encher uns nove globos de festa— para afastar a calor dos detectores do instrumento.Dous compresores eléctricos bombean helio a través dun tubo que se estende ata onde está o detector.O tubo atravesa un bloque de metal que tamén está unido ao detector;o helio arrefriado absorbe o exceso de calor do bloque, mantendo a temperatura de funcionamento do detector por debaixo dos 7 Kelvin.O gas quente (pero aínda frío) regresa ao compresor, onde expulsa o exceso de calor, e o ciclo comeza de novo.Fundamentalmente, o sistema é similar ao que se usa nos frigoríficos e aires acondicionados domésticos.
Os tubos que transportan helio están feitos de aceiro inoxidable chapado en ouro e teñen menos dunha décima de polgada (2,5 mm) de diámetro. Esténdese uns 30 pés (10 metros) desde o compresor situado na zona do bus da nave espacial ata o detector MIRI no elemento do telescopio óptico situado detrás do observatorio. Para o lanzamento, o DTA comprime, un pouco como un pistón, para axudar a instalar o observatorio guardado na protección na parte superior do foguete. Unha vez no espazo, a torre estenderase para separar o autobús da nave espacial a temperatura ambiente dos instrumentos máis fríos do telescopio óptico e permitir que o parasol e o telescopio se despreguen por completo.
Esta animación mostra a execución ideal do despregamento do telescopio espacial James Webb horas e días despois do lanzamento. A expansión do conxunto de torres despregábeis central aumentará a distancia entre as dúas partes do MIRI. Están conectados por tubos helicoidais con helio arrefriado.
Pero o proceso de alongamento require que o tubo de helio se estenda co conxunto da torre expansible. Polo tanto, o tubo se enrolla como un resorte, polo que os enxeñeiros de MIRI alcumaron esta parte do tubo "Slinky".
"Hai algúns desafíos ao traballar nun sistema que abrangue varias rexións do observatorio", dixo Analyn Schneider, directora do programa JPL MIRI.“Estas diferentes rexións están dirixidas por diferentes organizacións ou centros, incluíndo Northrop Grumman e o Goddard Space Flight Center da NASA dos Estados Unidos, temos que falar con todos.Non hai outro hardware no telescopio que necesite facelo, polo que é un desafío exclusivo de MIRI.Definitivamente foi unha longa fila para a estrada dos cryocoolers MIRI, e estamos preparados para velo no espazo.
O Telescopio Espacial James Webb lanzarase en 2021 como o observatorio científico espacial máis importante do mundo. Webb desvelará os misterios do noso sistema solar, mirará a mundos afastados arredor doutras estrelas e explorará as misteriosas estruturas e orixes do noso universo e do noso lugar. Webb é unha iniciativa internacional dirixida pola NASA e os seus socios a ESA (Axencia Espacial Europea) e a Axencia Espacial Canadense.
MIRI desenvolveuse a través dunha asociación 50-50 entre a NASA e a ESA (Axencia Espacial Europea).JPL lidera o esforzo dos Estados Unidos para MIRI, e un consorcio multinacional de institutos astronómicos europeos contribúe á ESA.George Rieke da Universidade de Arizona é o líder do equipo científico de MIRI en Estados Unidos.Gillian Wright é o xefe do equipo científico europeo de MIRI.
Alistair Glasse de ATC, Reino Unido é científico de instrumentos MIRI e Michael Ressler é científico de proxectos estadounidenses en JPL. Laszlo Tamas, do Reino Unido, ATC dirixe a Unión Europea. O desenvolvemento do crioenfriador MIRI foi dirixido e xestionado por JPL en colaboración co Goddard Space Flight Center da NASA en Greenbelt, Maryland, e Northrop Grumman, California, en Redondo Beach.