A mérnökök a NASA Goddard Űrrepülési Központjában végezték el a James Webb Űrteleszkóp középső infravörös műszerének „átvételét”, miután elhagyták az Egyesült Királyságot.
A JPL repüléstechnikusai, Johnny Melendez (jobbra) és Joe Mora megvizsgálják a MIRI kriohűtőt, mielőtt a kaliforniai Redondo Beach-i Northrop Grummanba szállítanák. Ott a hűtő a Webb teleszkóp testéhez van rögzítve.
A MIRI műszernek ez a része, amelyet az Appleton Laboratoryban (Rutherford, Egyesült Királyság) láttak, infravörös detektorokat tartalmaz. A hideghűtő a detektortól távol helyezkedik el, mert magasabb hőmérsékleten működik. A két részt hideg héliumot szállító cső köti össze.
A MIRI (balra) egy egyensúlyi gerendán ül a Northrop Grummanban, Redondo Beachben, miközben a mérnökök arra készülnek, hogy egy felső daru segítségével rögzítsék az integrált tudományos műszermodulhoz (ISIM). Az ISIM a Webb magja, a négy tudományos műszer, amely a távcsőnek ad otthont.
Mielőtt a MIRI műszer – az obszervatórium négy tudományos műszerének egyike – működhetne, le kell hűteni majdnem az anyag által elérhető leghidegebb hőmérsékletre.
A NASA James Webb Űrteleszkópja, amelyet december 24-én indítanak fel, a történelem legnagyobb űrobszervatóriuma, és ugyanilyen ijesztő feladata van: infravörös fényt gyűjt a világegyetem távoli zugaiból, lehetővé téve a tudósok számára az univerzum szerkezetének és eredetének vizsgálatát. Univerzumunk és helyünk benne.
Sok kozmikus objektum – beleértve a csillagokat és a bolygókat, valamint a keletkező gázokat és porokat – infravörös fényt bocsát ki, amelyet néha hősugárzásnak neveznek. De a legtöbb más meleg tárgy is, például kenyérpirító, ember és elektronika. Ez azt jelenti, hogy Webb négy infravörös műszere képes érzékelni saját infravörös fényét. E kibocsátás csökkentése érdekében a műszernek nagyon hidegnek kell lennie (kb. De ahhoz, hogy megfelelően működjenek, a közép-infravörös műszerben vagy a MIRI-ben lévő detektoroknak le kell hűlniük: 7 Kelvin alá (mínusz 448 Fahrenheit-fok vagy mínusz 266 Celsius-fok).
Ez csak néhány fokkal az abszolút nulla (0 Kelvin) felett – az elméletileg lehetséges leghidegebb hőmérséklet, bár fizikailag soha nem érhető el, mert a hő teljes hiányát jelzi. (A MIRI azonban nem a leghidegebb képalkotó műszer, amely az űrben működik.)
A hőmérséklet alapvetően az atomok mozgási sebességének mértéke, és a Webb detektorok saját infravörös fényük érzékelésén túl saját hőrezgésükkel is kiválthatók. A MIRI alacsonyabb energiatartományban érzékeli a fényt, mint a másik három műszer. Ennek eredményeként detektorai érzékenyebbek a hőrezgésekre. Ezeket a nemkívánatos jeleket a csillagászok „zajbeszédnek” próbálják hívni.
Az indítás után Webb egy teniszpálya méretű védőszemüveget helyez el, amely megvédi a MIRI-t és más műszereket a nap melegétől, lehetővé téve azok passzív hűtését. Az indulás után körülbelül 77 nappal kezdődően a MIRI kriohűtőjének 19 napba telik, hogy a műszer detektorainak hőmérsékletét 7 Kelvin alá csökkentse.
"Viszonylag könnyű lehűteni a dolgokat erre a hőmérsékletre a Földön, gyakran tudományos vagy ipari alkalmazásokhoz" - mondta Konstantin Penanen, a NASA dél-kaliforniai Jet Propulsion Laboratory kriohűtő szakértője., amely a NASA MIRI műszerét kezeli.” De ezek a földi rendszerek nagyon terjedelmesek és energiatakarékosak.Egy űrmegfigyelőközponthoz olyan hűtőre van szükségünk, amely fizikailag kompakt, energiatakarékos, és nagyon megbízhatónak kell lennie, mert nem tudjuk kimenni megjavítani.Tehát ezekkel a kihívásokkal nézünk szembe., ebből a szempontból azt mondanám, hogy a MIRI kriohűtői határozottan az élen járnak.”
Webb egyik tudományos célja az univerzumban keletkezett első csillagok tulajdonságainak tanulmányozása. A Webb közeli infravörös kamerája vagy NIRCam műszere képes lesz észlelni ezeket a rendkívül távoli objektumokat, a MIRI pedig segít a tudósoknak megerősíteni, hogy ezek a halvány fényforrások első generációs csillagok halmazai, nem pedig második generációs csillagok, amelyek egy későbbi fejlődés során keletkeztek.
A közeli infravörös műszereknél vastagabb porfelhők vizsgálatával a MIRI felfedi a csillagok születési helyeit. A közeli csillagok körüli hűvös környezetben is kimutatja a Földön általánosan előforduló molekulákat – például vizet, szén-dioxidot és metánt, valamint kőzet ásványok molekuláit, például szilikátokat – a közeli csillagok körüli hűvös környezetben, ahol a bolygók jobban érzékelik az infravörös környezetet. MIRI jégként láthatja őket.
„Az egyesült államokbeli és európai szakértelmet kombinálva a MIRI-t a Webb hatalmaként fejlesztettük ki, amely lehetővé teszi a csillagászok számára a világ minden tájáról, hogy megválaszolják a csillagok, bolygók és galaxisok kialakulásával és fejlődésével kapcsolatos nagy kérdéseket” – mondta Gillian Wright, a MIRI tudományos csapatának társvezetője és a műszer európai vezető kutatója az Egyesült Királyság Astronomical Technology Centerében (UK Astronomical Technology Center).
A MIRI kriohűtő héliumgázt használ, amely körülbelül kilenc parti léggömb megtöltéséhez elegendő, hogy elszállítsa a hőt a műszer detektoraitól.Két elektromos kompresszor pumpálja a héliumot egy csövön keresztül, amely a detektor helyéig nyúlik.A cső egy fémtömbön fut keresztül, amely szintén a detektorhoz van rögzítve;a lehűtött hélium elnyeli a felesleges hőt a blokkból, így az érzékelő működési hőmérséklete 7 Kelvin alatt marad.A felmelegített (de még mindig hideg) gáz ezután visszatér a kompresszorba, ahol kivezeti a felesleges hőt, és a ciklus újra kezdődik.A rendszer alapvetően hasonló a háztartási hűtőszekrényekben és klímaberendezésekben használthoz.
A héliumot szállító csövek aranyozott rozsdamentes acélból készülnek, és átmérőjük kevesebb, mint egytized hüvelyk (2,5 mm). Körülbelül 30 láb (10 méter) nyúlik el az űrrepülőgép busz területén található kompresszortól az obszervatórium méhsejt-eleme mögött található MIRI detektorig. kilövéskor a DTA össze van nyomva, egy kicsit úgy, mint egy dugattyú, hogy segítse az elhelyezett obszervatóriumot a rakéta tetején lévő védelembe illeszteni. Az űrbe kerülve a torony kinyílik, hogy elválassza a szobahőmérsékletű űrhajó buszát a hidegebb optikai teleszkóp műszereitől, és lehetővé tegye a napernyő és a távcső teljes kioldását.
Ez az animáció a James Webb Űrteleszkóp ideális végrehajtását mutatja be a kilövés után órákkal és napokkal. A központi telepíthető toronyszerelvény kibővítése megnöveli a távolságot a MIRI két része között. Ezeket spirális csövek kötik össze hűtött héliummal.
A nyúlási folyamat azonban megköveteli, hogy a hélium csövet meghosszabbítsák a tágítható toronyszerelettel. A cső tehát rugószerűen tekercsel, ezért a MIRI mérnökei a cső ezen részét „Slinky”-nek nevezték el.
„Van néhány kihívás egy olyan rendszeren, amely az obszervatórium több régióját felöleli” – mondta Analyn Schneider, a JPL MIRI programvezetője.„Ezeket a különböző régiókat különböző szervezetek vagy központok vezetik, köztük a Northrop Grumman és az amerikai NASA Goddard Űrrepülési Központja, mindenkivel beszélnünk kell.Nincs más hardver a teleszkópban, amelynek erre szüksége lenne, így ez a MIRI számára egyedülálló kihívás.Határozottan hosszú volt a sor a MIRI kriohűtők útjára, és készen állunk, hogy meglássuk az űrben.”
A James Webb Űrteleszkóp 2021-ben indul útjára, mint a világ első számú űrtudományi obszervatóriuma. A Webb megfejti naprendszerünk titkait, távoli világokba néz más csillagok körül, és felfedezi univerzumunk és helyünk titokzatos szerkezetét és eredetét. A Webb egy nemzetközi kezdeményezés, amelyet a NASA és partnerei, az ESA (European Space Agency) vezet.
A MIRI-t a NASA és az ESA (Európai Űrügynökség) 50-50 közötti partnersége révén fejlesztették ki.A JPL vezeti az Egyesült Államok MIRI-vel kapcsolatos erőfeszítéseit, az európai csillagászati ​​intézetek multinacionális konzorciuma pedig hozzájárul az ESA-hoz.George Rieke, az Arizonai Egyetem munkatársa a MIRI amerikai tudományos csoportjának vezetője.Gillian Wright tudományos csoportjának vezetője.
Alistair Glasse (ATC, Egyesült Királyság) a MIRI műszertudósa, Michael Ressler pedig az Egyesült Államok projekttudósa a JPL-nél.Laszlo Tamás, az Egyesült Királyság ATC-től irányítja az Európai Uniót. A MIRI kriohűtő fejlesztését a JPL vezette és irányította a NASA Goddard Űrrepülési Központjával együttműködve, a kaliforniai Greenbeltben (Kalifornia, Grumman Beach) és Northonrop.