यूके से प्रस्थान करने के बाद इंजीनियर नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर में जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप के मध्य-अवरक्त उपकरण की "स्वीकृति" का आयोजन करते हैं।
जेपीएल के उड़ान तकनीशियन जॉनी मेलेंडेज़ (दाएं) और जो मोरा कैलिफोर्निया के रेडोंडो बीच में नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन को भेजने से पहले एमआईआरआई क्रायोकूलर का निरीक्षण करते हैं। वहां, कूलर वेब टेलीस्कोप के शरीर से जुड़ा हुआ है।
यूके के रदरफोर्ड में एपलटन प्रयोगशाला में देखे गए एमआईआरआई उपकरण के इस हिस्से में इन्फ्रारेड डिटेक्टर शामिल हैं। क्रायोकूलर डिटेक्टर से दूर स्थित है क्योंकि यह उच्च तापमान पर काम करता है। ठंडी हीलियम ले जाने वाली एक ट्यूब दो खंडों को जोड़ती है।
एमआईआरआई (बाएं) रेडोंडो बीच में नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन में एक बैलेंस बीम पर बैठता है क्योंकि इंजीनियर इसे इंटीग्रेटेड साइंटिफिक इंस्ट्रूमेंट मॉड्यूल (आईएसआईएम) से जोड़ने के लिए एक ओवरहेड क्रेन का उपयोग करने की तैयारी करते हैं। आईएसआईएम वेब का मूल है, चार विज्ञान उपकरण जो दूरबीन का निर्माण करते हैं।
इससे पहले कि एमआईआरआई उपकरण - वेधशाला के चार विज्ञान उपकरणों में से एक - संचालित हो सके, इसे लगभग सबसे ठंडे तापमान तक ठंडा किया जाना चाहिए जिस तक कोई पदार्थ पहुंच सकता है।
24 दिसंबर को लॉन्च होने वाला नासा का जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप, इतिहास में सबसे बड़ा अंतरिक्ष वेधशाला है, और इसका एक समान रूप से चुनौतीपूर्ण कार्य है: ब्रह्मांड के दूर-दराज के कोनों से अवरक्त प्रकाश एकत्र करना, वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड की संरचना और उत्पत्ति की जांच करने की अनुमति देना। हमारा ब्रह्मांड और इसमें हमारा स्थान।
कई ब्रह्मांडीय वस्तुएं - जिनमें तारे और ग्रह, और गैस और धूल शामिल हैं, जिनसे वे बनते हैं - अवरक्त प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, जिसे कभी-कभी थर्मल विकिरण कहा जाता है। लेकिन अधिकांश अन्य गर्म वस्तुएं, जैसे टोस्टर, मानव और इलेक्ट्रॉनिक्स भी हैं। इसका मतलब है कि वेब के चार अवरक्त उपकरण अपने स्वयं के अवरक्त प्रकाश का पता लगा सकते हैं। इन उत्सर्जन को कम करने के लिए, उपकरण बहुत ठंडा होना चाहिए - लगभग 40 केल्विन, या शून्य से 388 डिग्री फ़ारेनहाइट (शून्य से 233 डिग्री सेल्सियस)। लेकिन ठीक से काम करने के लिए, पता लगाना आवश्यक है या मध्य-अवरक्त उपकरण, या एमआईआरआई के अंदर, ठंडा होना चाहिए: 7 केल्विन से नीचे (शून्य से 448 डिग्री फ़ारेनहाइट, या शून्य से 266 डिग्री सेल्सियस)।
यह पूर्ण शून्य (0 केल्विन) से कुछ ही डिग्री ऊपर है - सैद्धांतिक रूप से सबसे ठंडा तापमान संभव है, हालांकि यह कभी भी भौतिक रूप से पहुंच योग्य नहीं है क्योंकि यह किसी भी गर्मी की पूर्ण अनुपस्थिति का प्रतिनिधित्व करता है। (हालांकि, एमआईआरआई अंतरिक्ष में काम करने वाला सबसे ठंडा इमेजिंग उपकरण नहीं है।)
तापमान अनिवार्य रूप से इस बात का माप है कि परमाणु कितनी तेजी से घूम रहे हैं, और अपने स्वयं के अवरक्त प्रकाश का पता लगाने के अलावा, वेब डिटेक्टरों को उनके स्वयं के थर्मल कंपन द्वारा ट्रिगर किया जा सकता है। एमआईआरआई अन्य तीन उपकरणों की तुलना में कम ऊर्जा सीमा में प्रकाश का पता लगाता है। नतीजतन, इसके डिटेक्टर थर्मल कंपन के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। ये अवांछित संकेत हैं जिन्हें खगोलविद "शोर" कहते हैं, और वे उन कमजोर संकेतों को दबा सकते हैं जिन्हें वेब पता लगाने की कोशिश कर रहा है।
लॉन्च के बाद, वेब एक टेनिस-कोर्ट-आकार का छज्जा तैनात करेगा जो एमआईआरआई और अन्य उपकरणों को सूरज की गर्मी से बचाता है, जिससे उन्हें निष्क्रिय रूप से ठंडा होने की अनुमति मिलती है। लॉन्च के लगभग 77 दिनों के बाद, एमआईआरआई के क्रायोकूलर को उपकरण के डिटेक्टरों के तापमान को 7 केल्विन से कम करने में 19 दिन लगेंगे।
दक्षिणी कैलिफोर्निया में नासा की जेट प्रोपल्शन प्रयोगशाला में क्रायोकूलर विशेषज्ञ कॉन्स्टेंटिन पेनानेन ने कहा, "पृथ्वी पर चीजों को उस तापमान तक ठंडा करना अपेक्षाकृत आसान है, अक्सर वैज्ञानिक या औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए।", जो नासा के लिए MIRI उपकरण का प्रबंधन करता है। "लेकिन वे पृथ्वी-आधारित प्रणालियाँ बहुत भारी और ऊर्जा अक्षम हैं।एक अंतरिक्ष वेधशाला के लिए, हमें एक ऐसे कूलर की आवश्यकता है जो भौतिक रूप से कॉम्पैक्ट, ऊर्जा कुशल हो, और इसे अत्यधिक विश्वसनीय होना चाहिए क्योंकि हम बाहर जाकर इसे ठीक नहीं कर सकते हैं।तो ये वे चुनौतियाँ हैं जिनका हम सामना करते हैं।, उस संबंध में, मैं कहूंगा कि एमआईआरआई क्रायोकूलर निश्चित रूप से सबसे आगे हैं।
वेब के वैज्ञानिक लक्ष्यों में से एक ब्रह्मांड में बनने वाले पहले सितारों के गुणों का अध्ययन करना है। वेब का निकट-अवरक्त कैमरा या NIRCam उपकरण इन अत्यंत दूर की वस्तुओं का पता लगाने में सक्षम होगा, और MIRI वैज्ञानिकों को यह पुष्टि करने में मदद करेगा कि प्रकाश के ये धुंधले स्रोत पहली पीढ़ी के सितारों के समूह हैं, न कि दूसरी पीढ़ी के सितारों के समूह जो बाद में आकाशगंगा के विकास में बने।
निकट-अवरक्त उपकरणों की तुलना में अधिक मोटे धूल के बादलों को देखकर, एमआईआरआई तारों के जन्मस्थान का पता लगाएगा। यह आमतौर पर पृथ्वी पर पाए जाने वाले अणुओं - जैसे पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन, साथ ही सिलिकेट्स जैसे चट्टानी खनिजों के अणुओं का भी पता लगाएगा - पास के तारों के आसपास के ठंडे वातावरण में, जहां ग्रह बन सकते हैं। निकट-अवरक्त उपकरण गर्म वातावरण में वाष्प के रूप में इन अणुओं का पता लगाने में बेहतर हैं, जबकि एमआईआरआई उन्हें बर्फ के रूप में देख सकता है।
यूके एस्ट्रोनॉमिकल टेक्नोलॉजी सेंटर (यूके एटीसी) में उपकरण के लिए एमआईआरआई विज्ञान टीम के सह-प्रमुख और यूरोपीय प्रधान अन्वेषक गिलियन राइट ने कहा, "अमेरिका और यूरोपीय विशेषज्ञता को मिलाकर, हमने एमआईआरआई को वेब की शक्ति के रूप में विकसित किया है, जो दुनिया भर के खगोलविदों को सितारों, ग्रहों और आकाशगंगाओं के निर्माण और विकास के बारे में बड़े सवालों का जवाब देने में सक्षम बनाएगा।"
एमआईआरआई क्रायोकूलर उपकरण के डिटेक्टरों से गर्मी को दूर ले जाने के लिए हीलियम गैस का उपयोग करता है - जो लगभग नौ पार्टी गुब्बारों को भरने के लिए पर्याप्त है। दो इलेक्ट्रिक कंप्रेसर एक ट्यूब के माध्यम से हीलियम को पंप करते हैं जो डिटेक्टर के स्थान तक फैली होती है। ट्यूब धातु के एक ब्लॉक के माध्यम से चलती है जो डिटेक्टर से भी जुड़ी होती है;ठंडा हीलियम ब्लॉक से अतिरिक्त गर्मी को अवशोषित करता है, जिससे डिटेक्टर का ऑपरेटिंग तापमान 7 केल्विन से नीचे रहता है। गर्म (लेकिन अभी भी ठंडी) गैस फिर कंप्रेसर में लौट आती है, जहां यह अतिरिक्त गर्मी को बाहर निकाल देती है, और चक्र फिर से शुरू हो जाता है। मूल रूप से, यह प्रणाली घरेलू रेफ्रिजरेटर और एयर कंडीशनर में उपयोग की जाने वाली प्रणाली के समान है।
हीलियम ले जाने वाले पाइप सोना चढ़ाए हुए स्टेनलेस स्टील से बने होते हैं और व्यास में एक इंच (2.5 मिमी) के दसवें हिस्से से भी कम होते हैं। यह अंतरिक्ष यान बस क्षेत्र में स्थित कंप्रेसर से वेधशाला के हनीकोम्ब प्राथमिक दर्पण के पीछे स्थित ऑप्टिकल टेलीस्कोप तत्व में एमआईआरआई डिटेक्टर तक लगभग 30 फीट (10 मीटर) तक फैला हुआ है। हार्डवेयर जिसे तैनाती योग्य टावर असेंबली या डीटीए कहा जाता है, दो क्षेत्रों को जोड़ता है। जब लॉन्च के लिए पैक किया जाता है, तो डीटीए संपीड़ित होता है, पिस्टन की तरह थोड़ा सा , रॉकेट के शीर्ष पर सुरक्षा में संग्रहीत वेधशाला को स्थापित करने में मदद करने के लिए। एक बार अंतरिक्ष में, टॉवर कमरे के तापमान वाले अंतरिक्ष यान बस को कूलर ऑप्टिकल टेलीस्कोप उपकरणों से अलग करने के लिए विस्तारित होगा और सनशेड और टेलीस्कोप को पूरी तरह से तैनात करने की अनुमति देगा।
यह एनीमेशन लॉन्च के घंटों और दिनों के बाद जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप की तैनाती के आदर्श निष्पादन को दर्शाता है। केंद्रीय तैनाती योग्य टॉवर असेंबली के विस्तार से एमआईआरआई के दो हिस्सों के बीच की दूरी बढ़ जाएगी। वे ठंडे हीलियम के साथ हेलिकल ट्यूबों से जुड़े हुए हैं।
लेकिन बढ़ाव प्रक्रिया के लिए हीलियम ट्यूब को विस्तार योग्य टावर असेंबली के साथ विस्तारित करने की आवश्यकता होती है। इसलिए ट्यूब एक स्प्रिंग की तरह घूमती है, यही कारण है कि एमआईआरआई इंजीनियरों ने ट्यूब के इस हिस्से को "स्लिंकी" नाम दिया है।
जेपीएल एमआईआरआई कार्यक्रम प्रबंधक एनालिन श्नाइडर ने कहा, "ऐसी प्रणाली पर काम करने में कुछ चुनौतियाँ हैं जो वेधशाला के कई क्षेत्रों तक फैली हुई हैं।"“इन विभिन्न क्षेत्रों का नेतृत्व विभिन्न संगठनों या केंद्रों द्वारा किया जाता है, जिनमें नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन और यूएस नासा का गोडार्ड स्पेस फ़्लाइट सेंटर शामिल हैं, हमें सभी से बात करनी होगी।टेलीस्कोप में ऐसा कोई अन्य हार्डवेयर नहीं है जिसे ऐसा करने की आवश्यकता हो, इसलिए यह MIRI के लिए एक अनोखी चुनौती है।MIRI क्रायोकूलर्स रोड के लिए निश्चित रूप से एक लंबी लाइन है, और हम इसे अंतरिक्ष में देखने के लिए तैयार हैं।
जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप 2021 में दुनिया की प्रमुख अंतरिक्ष विज्ञान वेधशाला के रूप में लॉन्च होगा। वेब हमारे सौर मंडल के रहस्यों को उजागर करेगा, अन्य सितारों के आसपास की दूर की दुनिया को देखेगा, और हमारे ब्रह्मांड और हमारे स्थान की रहस्यमय संरचनाओं और उत्पत्ति का पता लगाएगा। वेब नासा और उसके सहयोगियों ईएसए (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी) और कनाडाई अंतरिक्ष एजेंसी के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय पहल है।
MIRI को NASA और ESA (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी) के बीच 50-50 की साझेदारी के माध्यम से विकसित किया गया था। JPL MIRI के लिए अमेरिकी प्रयास का नेतृत्व करता है, और यूरोपीय खगोलीय संस्थानों का एक बहुराष्ट्रीय संघ ESA में योगदान देता है। एरिज़ोना विश्वविद्यालय के जॉर्ज रीके MIRI की अमेरिकी विज्ञान टीम के नेता हैं। गिलियन राइट MIRI की यूरोपीय वैज्ञानिक टीम के प्रमुख हैं।
एटीसी, यूके के एलिस्टेयर ग्लासे एमआईआरआई उपकरण वैज्ञानिक हैं और माइकल रेस्लर जेपीएल में यूएस प्रोजेक्ट वैज्ञानिक हैं। यूके एटीसी के लास्ज़लो तमस यूरोपीय संघ के प्रभारी हैं। एमआईआरआई क्रायोकूलर के विकास का नेतृत्व और प्रबंधन जेपीएल ने ग्रीनबेल्ट, मैरीलैंड में नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर और कैलिफोर्निया के रेडोंडो बीच में नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन के सहयोग से किया था।