Verkfræðingar „samþykkja“ mið-innrauða tæki James Webb geimsjónaukans í Goddard geimflugsmiðstöð NASA eftir brottför frá Bretlandi.
JPL flugvirkjar Johnny Melendez (til hægri) og Joe Mora skoða MIRI kryokælinn áður en hann sendir hann til Northrop Grumman í Redondo Beach, Kaliforníu. Þar er kælirinn festur við líkama Webb sjónaukans.
Þessi hluti MIRI tækisins, sem sést á Appleton Laboratory í Rutherford, Bretlandi, inniheldur innrauða skynjara. Kryokælirinn er staðsettur fjarri skynjaranum vegna þess að hann starfar við hærra hitastig. Rör sem ber kalt helíum tengir báða hlutana saman.
MIRI (til vinstri) situr á jafnvægisbita við Northrop Grumman á Redondo Beach þegar verkfræðingar búa sig undir að nota loftkrana til að festa hann við Integrated Scientific Instrument Module (ISIM). ISIM er kjarni Webb, vísindatækin fjögur sem hýsa sjónaukann.
Áður en MIRI tækið - eitt af fjórum vísindatækjum stjörnustöðvarinnar - getur starfað verður að kæla það niður í næstum því kaldasta hitastig sem efni getur náð.
James Webb geimsjónauki NASA, sem áætlað er að verði skotið á loft 24. desember, er stærsta geimstjörnustöð sögunnar og hann hefur ekki síður krefjandi verkefni: safna innrauðu ljósi frá fjarlægum hornum alheimsins, sem gerir vísindamönnum kleift að kanna uppbyggingu og uppruna alheimsins. Alheimurinn okkar og staðsetning okkar í honum.
Mörg geimfyrirbæri — þar á meðal stjörnur og plánetur, og gasið og rykið sem þær myndast úr — gefa frá sér innrauðu ljós, stundum kallað varmageislun. En það eru líka flestir aðrir hlýir hlutir, eins og brauðristar, menn og rafeindatækni. Það þýðir að innrauða tækin hans Webb geta greint sitt eigið innrauða ljós. Til að draga úr þessari losun þarf tækið að vera 80 gráður, mjög kalt, 80 gráður. (mínus 233 gráður á Celsíus). ​​En til að virka rétt verða skynjararnir inni í mið-innrauða tækinu, eða MIRI, að verða kaldari: undir 7 Kelvin (mínus 448 gráður á Fahrenheit, eða mínus 266 gráður á Celsíus).
Það er aðeins nokkrum gráðum yfir algeru núlli (0 Kelvin) – kaldasta hitastigið sem fræðilega er mögulegt, þó að það sé aldrei líkamlega náð því það táknar algjöra fjarveru á neinum hita. (Hins vegar er MIRI ekki kaldasta myndtækið sem starfar í geimnum.)
Hitastig er í meginatriðum mælikvarði á hversu hratt frumeindir hreyfast og auk þess að greina sitt eigið innrauða ljós, geta Webb skynjarar verið ræstir af þeirra eigin hitatitringi. MIRI skynjar ljós á lægra orkusviði en hin þrjú tækin. Þess vegna eru skynjarar þess næmari fyrir hitatitringi. Þessi óæskilegu merki um stjörnumerki eru það sem þeir geta ekki boðað til greina.
Eftir sjósetningu mun Webb setja upp hjálmgríma á stærð við tennisvöll sem verndar MIRI og önnur hljóðfæri fyrir hita sólarinnar, sem gerir þeim kleift að kólna óvirkt. Frá og með um 77 dögum eftir sjósetningu mun MIRI kryokælirinn taka 19 daga til að lækka hitastig skynjara tækisins niður fyrir 7 Kelvin.
„Það er tiltölulega auðvelt að kæla hluti niður í það hitastig á jörðinni, oft fyrir vísinda- eða iðnaðarnotkun,“ sagði Konstantin Penanen, sérfræðingur í kælikælingum við þotukúlurannsóknarstofu NASA í Suður-Kaliforníu., sem heldur utan um MIRI tækið fyrir NASA.“ En þessi jarðkerfi eru mjög fyrirferðarmikil og orkusparandi.Fyrir geimathugunarstöð þurfum við kælir sem er líkamlega þéttur, orkusparandi og hann þarf að vera mjög áreiðanlegur því við getum ekki farið út og lagað hann.Þannig að þetta eru áskoranirnar sem við stöndum frammi fyrir., í því sambandi myndi ég segja að MIRI kryokælar séu örugglega í fremstu röð.“
Eitt af vísindalegum markmiðum Webbs er að rannsaka eiginleika fyrstu stjarnanna sem mynduðust í alheiminum. Nærinnrauða myndavél Webbs eða NIRCam tæki mun geta greint þessi afar fjarlægu fyrirbæri og MIRI mun hjálpa vísindamönnum að staðfesta að þessar daufu ljósgjafar séu þyrpingar af fyrstu kynslóðar stjörnum, frekar en síðari kynslóðar vetrarbrautarstjörnur sem mynda síðari kynslóð vetrarbrautar.
Með því að skoða rykský sem eru þykkari en nær-innrauð hljóðfæri mun MIRI sýna fæðingarstaði stjarna. Það mun einnig greina sameindir sem almennt eru að finna á jörðinni — eins og vatn, koltvísýringur og metan, sem og sameindir steinda eins og silíkat — í köldu umhverfinu í kringum nálægar stjörnur, þar sem plánetur geta myndast betur í lofthjúpum og heitum mólum. , á meðan MIRI getur séð þá sem ís.
„Með því að sameina bandaríska og evrópska sérfræðiþekkingu höfum við þróað MIRI sem kraft Webb, sem gerir stjörnufræðingum víðsvegar að úr heiminum kleift að svara stórum spurningum um hvernig stjörnur, reikistjörnur og vetrarbrautir myndast og þróast,“ sagði Gillian Wright, yfirmaður MIRI vísindateymis og evrópskur aðalrannsakandi tækisins við Stjörnufræðimiðstöð Bretlands (UK ATC).
MIRI kryokælirinn notar helíumgas—nóg til að fylla um níu flokksblöðrur—til að flytja varma frá skynjara tækisins.Tvær rafmagnsþjöppur dæla helíum í gegnum rör sem nær þangað sem skynjarinn er staðsettur.Rípan liggur í gegnum málmblokk sem er einnig fest við skynjarann;kælda helíumið gleypir umframhita frá blokkinni og heldur rekstrarhita skynjarans undir 7 Kelvin. Hitað (en samt kalt) gasið fer síðan aftur í þjöppuna, þar sem það losar umframhitann út og hringrásin byrjar aftur. Í grundvallaratriðum er kerfið svipað því sem notað er í ísskápum og loftræstum til heimilisnota.
Pípurnar sem bera helíum eru gerðar úr gullhúðuðu ryðfríu stáli og eru innan við 2,5 mm í þvermál. Það nær um 30 fet (10 metra) frá þjöppunni sem staðsett er á rútusvæði geimfarsins að MIRI skynjaranum í sjónaukaeiningunni sem staðsettur er á bak við hunangsseimu stjörnustöðvarinnar. skotið er DTA þjappað saman, svolítið eins og stimpla, til að hjálpa til við að setja geymda stjörnustöðina í vörnina ofan á eldflauginni. Þegar komið er í geiminn mun turninn teygja sig til að aðskilja stofuhita geimfarsrútuna frá svalari sjónræna sjónaukatækjunum og leyfa sólskýli og sjónauka að berast að fullu.
Þessi hreyfimynd sýnir fullkomna framkvæmd James Webb geimsjónaukans klukkutímum og dögum eftir að skotið er á loft. Stækkun miðlæga turnsamstæðunnar mun auka fjarlægðina milli tveggja hluta MIRI. Þeir eru tengdir með þyrillaga rörum með kældu helíum.
En lengingarferlið krefst þess að helíumrörið sé framlengt með stækkanlegu turnsamstæðunni. Þannig að rörið spólast eins og gormur, þess vegna kölluðu MIRI verkfræðingar þennan hluta rörsins „Slinky“.
„Það eru nokkrar áskoranir við að vinna að kerfi sem spannar mörg svæði stjörnustöðvarinnar,“ sagði Analyn Schneider, dagskrárstjóri JPL MIRI.„Þessi mismunandi svæði eru undir forystu mismunandi stofnana eða miðstöðvar, þar á meðal Northrop Grumman og Goddard geimflugsmiðstöð bandarísku NASA, við verðum að tala við alla.Það er enginn annar vélbúnaður í sjónaukanum sem þarf að gera það, svo það er áskorun einstök fyrir MIRI.Það hefur örugglega verið löng röð fyrir MIRI cryocoolers road, og við erum tilbúin að sjá það í geimnum.“
James Webb geimsjónauki verður skotið á loft árið 2021 sem fyrsta geimvísindastjörnustöð heimsins. Webb mun afhjúpa leyndardóma sólkerfisins okkar, horfa til fjarlægra heima í kringum aðrar stjörnur og kanna dularfulla uppbyggingu og uppruna alheims okkar og staðar okkar. Webb er alþjóðlegt frumkvæði undir forystu NASA og samstarfsaðila þess ESA (European Space Agency) og Canadian Space Agency.
MIRI var þróað í gegnum 50-50 samstarf milli NASA og ESA (European Space Agency). JPL leiðir bandaríska átakið fyrir MIRI og fjölþjóðleg hópur evrópskra stjarnvísindastofnana leggur sitt af mörkum til ESA.George Rieke við háskólann í Arizona er leiðtogi MIRI bandaríska vísindateymis.Gillian Wright er yfirmaður evrópska teymis MIRI.
Alistair Glasse frá ATC, Bretlandi er MIRI hljóðfærafræðingur og Michael Ressler er bandarískur verkefnafræðingur hjá JPL.Laszlo Tamas frá ATC í Bretlandi rekur Evrópusambandið. Þróun MIRI kryokælisins var stýrt og stjórnað af JPL í samvinnu við Goddard geimflugsmiðstöð NASA í Greenbelt, Maryland, og Northrop Grumman í Kaliforníu í Redondo Beach.