מהנדסים עורכים "קבלה" של מכשיר האינפרא אדום האמצעי של טלסקופ החלל ג'יימס ווב במרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א לאחר היציאה מבריטניה.
טכנאי הטיסה של JPL ג'וני מלנדז (מימין) וג'ו מורה בודקים את ה-MIRI קריוקולר לפני שהם שולחים אותו ל-Northrop Grumman ב-Redondo Beach, קליפורניה. שם, המצנן מחובר לגוף הטלסקופ Webb.
חלק זה של מכשיר ה-MIRI, שנראה במעבדת אפלטון ברתרפורד, בריטניה, מכיל גלאי אינפרא אדום. ה-cryocooler ממוקם הרחק מהגלאי מכיוון שהוא פועל בטמפרטורה גבוהה יותר. צינור הנושא הליום קר מחבר בין שני החלקים.
MIRI (משמאל) יושבת על קרן איזון ב-Northrop Grumman ב-Redondo Beach בזמן שהמהנדסים מתכוננים להשתמש במנוף עילי כדי לחבר אותו למודול ה-Integrated Scientific Instrument (ISIM). ה-ISIM הוא הליבה של Webb, ארבעת המכשירים המדעיים המאכסנים את הטלסקופ.
לפני שמכשיר ה-MIRI - אחד מארבעת המכשירים המדעיים במצפה הכוכבים - יוכל לפעול, יש לקרר אותו כמעט לטמפרטורה הקרה ביותר שחומר יכול להגיע אליה.
טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א, המתוכנן לשיגור ב-24 בדצמבר, הוא מצפה החלל הגדול בהיסטוריה, ויש לו משימה מרתיעה לא פחות: איסוף אור אינפרא אדום מפינות רחוקות של היקום, מה שמאפשר למדענים לחקור את מבנה היקום ומקורותיו. היקום שלנו והמקום שלנו בו.
עצמים קוסמיים רבים - כולל כוכבים וכוכבי לכת, והגז והאבק שמהם הם נוצרים - פולטים אור אינפרא אדום, הנקרא לפעמים קרינה תרמית. אבל כך גם רוב העצמים החמים האחרים, כמו טוסטרים, בני אדם ואלקטרוניקה. כלומר ארבעת מכשירי האינפרא אדום של ווב יכולים לזהות את האור האינפרא אדום שלהם. כדי להפחית את הפליטות הללו, המכשיר חייב להיות 8 מעלות קרים מאוד או 80 מעלות. (מינוס 233 מעלות צלזיוס). אבל כדי לתפקד כראוי, הגלאים בתוך מכשיר האינפרא אדום האמצעי, או MIRI, חייבים להתקרר: מתחת ל-7 קלווין (מינוס 448 מעלות פרנהייט, או מינוס 266 מעלות צלזיוס).
זה רק כמה מעלות מעל האפס המוחלט (0 קלווין) - הטמפרטורה הקרה ביותר האפשרית תיאורטית, אם כי היא אף פעם לא ניתנת להשגה פיזית מכיוון שהיא מייצגת היעדר מוחלט של חום כלשהו. (עם זאת, MIRI אינו מכשיר ההדמיה הקר ביותר הפועל בחלל.)
הטמפרטורה היא בעצם מדד למהירות תנועת האטומים, ובנוסף לזיהוי האור האינפרא אדום שלהם, גלאי Webb יכולים להיות מופעלים על ידי רעידות תרמיות משלהם. MIRI מזהה אור בטווח אנרגיה נמוך יותר משלושת המכשירים האחרים. כתוצאה מכך, הגלאים שלו רגישים יותר לרעידות תרמיות. האותות הלא רצויים האלה הם מה שמנסים את האותות הבלתי רצויים של הרשת. לזהות.
לאחר ההשקה, ווב יפרוס מצחייה בגודל מגרש טניס שמגן על MIRI ומכשירים אחרים מפני חום השמש, ומאפשרת להם להתקרר באופן פסיבי.החל מ-77 ימים לאחר השיגור, ל-cryocooler של MIRI ייקח 19 ימים להפחית את הטמפרטורה של גלאי המכשיר מתחת ל-7 קלווין.
"קל יחסית לקרר דברים לטמפרטורה הזו על פני כדור הארץ, לעתים קרובות עבור יישומים מדעיים או תעשייתיים", אמר קונסטנטין פננן, מומחה קריאוקולרים במעבדת ההנעה הסילון של נאס"א בדרום קליפורניה., שמנהל את מכשיר ה-MIRI עבור נאס"א." אבל המערכות האלה מבוססות כדור הארץ הן מאוד מגושמות ולא יעילות באנרגיה.למצפה חלל, אנחנו צריכים מצנן שהוא קומפקטי פיזית, חסכוני באנרגיה, והוא חייב להיות אמין מאוד כי אנחנו לא יכולים לצאת ולתקן אותו.אז אלו האתגרים העומדים בפנינו., בהקשר זה, הייתי אומר שמקררי ה-MIRI הם בהחלט בחזית."
אחת המטרות המדעיות של ווב היא לחקור את המאפיינים של הכוכבים הראשונים שנוצרו ביקום. המצלמה הקרובה לאינפרא אדום או מכשיר ה-NIRCam של ווב יוכלו לזהות את העצמים המרוחקים ביותר הללו, ו-MIRI תעזור למדענים לאשר שמקורות האור הקלושים הללו הם צבירי כוכבים מהדור הראשון, ולא כוכבי גלקסיה מהדור השני שנוצרו מאוחר יותר.
על ידי התבוננות בענני אבק שהם עבים יותר ממכשירים קרובים לאינפרא אדום, MIRI יגלה את מקומות הולדתם של כוכבים. הוא גם יזהה מולקולות הנפוצות על פני כדור הארץ - כגון מים, פחמן דו חמצני ומתאן, כמו גם מולקולות של מינרלים סלעיים כגון סיליקטים - בסביבות הקרירות סביב כוכבים סמוכים, שם כוכבי לכת עשויים להיווצר בסביבה חמה יותר של כלי נקב. , בעוד MIRI יכולה לראות אותם כקרח.
"על ידי שילוב המומחיות של ארה"ב ואירופה, פיתחנו את MIRI ככוחו של Webb, שיאפשר לאסטרונומים מכל העולם לענות על שאלות גדולות לגבי האופן שבו כוכבים, כוכבי לכת וגלקסיות נוצרים ומתפתחים", אמרה ג'יליאן רייט, מנהיגה משותפת של צוות המדע של MIRI וחוקר ראשי אירופי עבור המכשיר במרכז הטכנולוגיה האסטרונומית של בריטניה (בריטניה ATC).
ה-MIRI cryocooler משתמש בגז הליום - מספיק למילוי כתשעה בלוני צד - כדי לשאת חום מהגלאים של המכשיר. שני מדחסים חשמליים שואבים הליום דרך צינור הנמשך למקום שבו נמצא הגלאי. הצינור עובר דרך גוש מתכת שמחובר גם לגלאי;ההליום המקורר סופג עודפי חום מהגוש, ושומר על טמפרטורת הפעולה של הגלאי מתחת ל-7 קלווין. הגז המחומם (אך עדיין קר) חוזר לאחר מכן למדחס, שם הוא מוציא את החום העודף, והמחזור מתחיל מחדש. ביסודו של דבר, המערכת דומה לזו המשמשת במקררים ביתיים ובמזגנים.
הצינורות הנושאים הליום עשויים מפלדת אל-חלד מצופה זהב וקוטרם פחות מעשירית אינץ' (2.5 מ"מ). הוא משתרע כ-30 רגל (10 מטרים) מהמדחס הממוקם באזור אוטובוס החללית ועד לגלאי ה-MIRI באלמנט הטלסקופ האופטי הממוקם מאחורי חלת הדבש של המצפה. השיגור, ה-DTA דחוס, קצת כמו בוכנה, כדי לעזור להתקין את מצפה הכוכבים המאוחסן לתוך ההגנה על גבי הרקטה. ברגע שיגיע לחלל, המגדל יתרחב כדי להפריד את אוטובוס החללית בטמפרטורת החדר ממכשירי הטלסקופ האופטיים הקרירים יותר ולאפשר לשמשה ולטלסקופ להיפרס במלואו.
אנימציה זו מציגה את הביצוע האידיאלי של פריסת טלסקופ החלל ג'יימס ווב שעות וימים לאחר השיגור. הרחבת מכלול המגדל הניתן לפריסה תגדיל את המרחק בין שני חלקי ה-MIRI. הם מחוברים על ידי צינורות סליליים עם הליום מקורר.
אבל תהליך ההתארכות מחייב להאריך את צינור ההליום עם מכלול המגדל הניתן להרחבה. אז הצינור מתפתל כמו קפיץ, וזו הסיבה למהנדסי MIRI כינו את החלק הזה של הצינור "סלינקי".
"יש כמה אתגרים בעבודה על מערכת המשתרעת על פני אזורים מרובים של המצפה", אמרה אנלין שניידר, מנהלת תוכנית JPL MIRI."האזורים השונים האלה מנוהלים על ידי ארגונים או מרכזים שונים, כולל נורת'רופ גרומן ומרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א האמריקאית, אנחנו צריכים לדבר עם כולם.אין חומרה אחרת בטלסקופ שצריכה לעשות זאת, אז זה אתגר ייחודי ל-MIRI.זה בהחלט היה תור ארוך עבור MIRI cryocoolers road, ואנחנו מוכנים לראות את זה בחלל."
טלסקופ החלל ג'יימס ווב ישוגר בשנת 2021 כמצפה מדעי החלל המוביל בעולם. ווב יפרום את מסתורי מערכת השמש שלנו, יביט אל עולמות רחוקים סביב כוכבים אחרים, ויחקור את המבנים והמקורות המסתוריים של היקום שלנו ושל המקום שלנו. ווב היא יוזמה בינלאומית בראשות נאס"א ושותפיה ESA (סוכנות החלל הקנדית) וסוכנות החלל הקנדית.
MIRI פותחה באמצעות שותפות של 50-50 בין נאס"א ל-ESA (סוכנות החלל האירופית). JPL מובילה את המאמץ האמריקאי עבור MIRI, וקונסורציום רב לאומי של מכונים אסטרונומיים אירופיים תורם ל-ESA. ג'ורג' רייק מאוניברסיטת אריזונה הוא ראש צוות המדע של MIRI בארה"ב. ג'יליאן רייט היא ראש צוות האירופי של MIRI.
Alistair Glasse מ-ATC, בריטניה הוא מדען מכשירים של MIRI ומייקל רסלר הוא מדען פרויקטים בארה"ב ב-JPL. Laszlo Tamas מ-ATC בבריטניה מנהל את האיחוד האירופי. הפיתוח של ה-MIRI cryocooler הובל ונוהל על ידי JPL בשיתוף עם מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א בגרינבלט, מרילנד, ו-Northrop Grumman, קליפורניה.