엔지니어들이 영국을 출발한 후 NASA의 고다드 우주비행센터에서 제임스 웹 우주망원경의 중적외선 기기를 "인수"하고 있습니다.
JPL 비행 기술자 Johnny Melendez(오른쪽)와 Joe Mora가 MIRI 극저온 냉각기를 캘리포니아 레돈도 비치에 있는 Northrop Grumman으로 배송하기 전에 검사합니다. 그곳에서 냉각기가 Webb 망원경 본체에 부착되어 있습니다.
영국 Rutherford의 Appleton 연구소에서 본 MIRI 기기의 이 부분에는 적외선 감지기가 포함되어 있습니다. 저온 냉각기는 더 높은 온도에서 작동하기 때문에 감지기에서 멀리 떨어져 있습니다. 차가운 헬륨을 운반하는 튜브가 두 섹션을 연결합니다.
MIRI(왼쪽)가 Redondo Beach에 있는 Northrop Grumman의 저울대에 앉아 엔지니어들이 오버헤드 크레인을 사용하여 ISIM(Integrated Scientific Instrument Module)에 부착할 준비를 하고 있습니다. ISIM은 망원경을 수용하는 Webb의 핵심인 4개의 과학 기기입니다.
천문대에 있는 4개의 과학 기기 중 하나인 MIRI 기기가 작동하려면 먼저 물질이 도달할 수 있는 가장 낮은 온도로 냉각되어야 합니다.
12월 24일에 발사될 예정인 NASA의 제임스 웹 우주 망원경은 역사상 가장 큰 우주 관측소이며 우주의 멀리 떨어진 구석에서 적외선을 수집하여 과학자들이 우주의 구조와 기원을 조사할 수 있도록 하는 똑같이 어려운 작업을 수행합니다. 우리 우주와 그 안에 있는 우리의 위치.
별과 행성, 그리고 그것들을 형성하는 가스와 먼지를 포함한 많은 우주 물체는 때때로 열복사라고 하는 적외선을 방출합니다.그러나 토스터, 인간 및 전자 제품과 같은 대부분의 다른 따뜻한 물체도 마찬가지입니다.즉, Webb의 4개의 적외선 기기는 자체 적외선을 감지할 수 있습니다.이러한 방출을 줄이려면 기기가 약 40켈빈 또는 화씨 영하 388도(섭씨 영하 233도)로 매우 차가워야 합니다.그러나 제대로 작동하려면 중간 적외선 내부의 감지기가 적색 기구 또는 MIRI는 더 차가워져야 합니다: 7켈빈(화씨 영하 448도 또는 섭씨 영하 266도) 미만.
이는 절대 영도(0 켈빈)보다 약간 높은 온도입니다. 이론적으로 가능한 가장 낮은 온도이지만 열이 전혀 없는 상태를 나타내기 때문에 물리적으로 도달할 수는 없습니다.(그러나 MIRI는 우주에서 작동하는 가장 낮은 영상 기기가 아닙니다.)
온도는 본질적으로 원자가 얼마나 빨리 움직이는지를 측정하는 척도이며 자체 적외선을 감지하는 것 외에도 Webb 감지기는 자체 열 진동에 의해 트리거될 수 있습니다.MIRI는 다른 세 가지 기기보다 낮은 에너지 범위에서 빛을 감지합니다. 결과적으로 감지기는 열 진동에 더 민감합니다. 이러한 원치 않는 신호는 천문학자들이 "노이즈"라고 부르는 것이며 Webb가 감지하려는 희미한 신호를 압도할 수 있습니다.
출시 후 Webb는 MIRI 및 기타 기기를 태양열로부터 보호하는 테니스 코트 크기의 바이저를 배치하여 수동적으로 냉각할 수 있도록 합니다. 출시 후 약 77일부터 MIRI의 극저온 냉각기는 기기 감지기의 온도를 7켈빈 미만으로 낮추는 데 19일이 소요됩니다.
남부 캘리포니아에 있는 NASA 제트 추진 연구소의 극저온 냉각기 전문가인 Konstantin Penanen은 "종종 과학 또는 산업 응용을 위해 지구에서 물건을 그 온도로 식히는 것은 상대적으로 쉽습니다."라고 말했습니다., NASA의 MIRI 장비를 관리합니다.”그러나 이러한 지구 기반 시스템은 매우 부피가 크고 에너지 비효율적입니다.우주 관측소의 경우 물리적으로 작고 에너지 효율적이며 외부에서 고칠 수 없기 때문에 신뢰성이 높은 냉각기가 필요합니다.이것이 우리가 직면한 도전 과제입니다., 그런 점에서 저는 MIRI 극저온 냉각기가 확실히 선두에 있다고 말하고 싶습니다.”
Webb의 과학적 목표 중 하나는 우주에서 형성된 최초의 별의 특성을 연구하는 것입니다. Webb의 근적외선 카메라 또는 NIRCam 장비는 이러한 극도로 먼 물체를 감지할 수 있으며, MIRI는 과학자들이 이 희미한 광원이 은하 진화에서 나중에 형성된 2세대 별이 아니라 1세대 별의 성단임을 확인하는 데 도움을 줄 것입니다.
MIRI는 근적외선 기기보다 두꺼운 먼지 구름을 관찰함으로써 별의 탄생지를 밝힐 것입니다. 또한 행성이 형성될 수 있는 인근 별 주변의 서늘한 환경에서 물, 이산화탄소, 메탄과 같은 지구에서 흔히 발견되는 분자와 규산염과 같은 암석 광물 분자를 감지합니다.
"우리는 미국과 유럽의 전문 지식을 결합하여 MIRI를 Webb의 힘으로 개발했습니다. 이를 통해 전 세계 천문학자들은 별, 행성 및 은하가 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 중요한 질문에 답할 수 있습니다.
MIRI 극저온 냉각기는 약 9개의 파티 풍선을 채울 수 있는 헬륨 가스를 사용하여 기기의 감지기에서 열을 제거합니다. 2개의 전기 압축기가 감지기가 있는 곳까지 연장된 튜브를 통해 헬륨을 펌핑합니다. 튜브는 감지기에 부착된 금속 블록을 통과합니다.냉각된 헬륨은 블록에서 과도한 열을 흡수하여 감지기의 작동 온도를 7켈빈 미만으로 유지합니다. 가열된(그러나 여전히 차가운) 가스는 압축기로 돌아가 과도한 열을 방출하고 사이클이 다시 시작됩니다. 기본적으로 시스템은 가정용 냉장고 및 에어컨에서 사용되는 것과 유사합니다.
헬륨을 운반하는 파이프는 금도금 스테인리스 스틸로 만들어지며 직경이 1/10인치(2.5mm) 미만입니다. 우주선 버스 구역에 있는 압축기에서 천문대의 벌집 주경 뒤에 있는 광학 망원경 요소의 MIRI 탐지기까지 약 30피트(10미터) 연장됩니다. 전개식 타워 어셈블리 또는 DTA라는 하드웨어가 두 영역을 연결합니다. 발사를 위해 포장될 때 DTA는 약간 피스톤처럼 압축됩니다. 보관된 천문대를 로켓 상단의 보호 장치에 설치하는 데 도움이 됩니다. 우주에 진입하면 타워가 확장되어 상온 우주선 버스를 더 차가운 광학 망원경 기기에서 분리하고 차양과 망원경이 완전히 전개될 수 있습니다.
이 애니메이션은 James Webb 우주 망원경이 발사된 지 몇 시간, 며칠 후에 이상적인 실행을 보여줍니다. 중앙 배치 가능한 타워 어셈블리의 확장은 MIRI의 두 부분 사이의 거리를 증가시킵니다. 그들은 냉각된 헬륨이 있는 나선형 튜브로 연결됩니다.
그러나 연신 과정에서는 확장 가능한 타워 어셈블리로 헬륨 튜브를 확장해야 합니다. 따라서 튜브가 스프링처럼 감겨 있기 때문에 MIRI 엔지니어는 튜브의 이 부분을 "Slinky"라고 별명을 붙였습니다.
JPL MIRI 프로그램 매니저인 Analyn Schneider는 “관측소의 여러 지역에 걸쳐 있는 시스템에서 작업하는 데 몇 가지 어려움이 있습니다.“이러한 다양한 지역은 Northrop Grumman과 미국 NASA의 Goddard Space Flight Center를 포함하여 다양한 조직이나 센터에서 이끌고 있습니다. 우리는 모든 사람과 이야기해야 합니다.망원경에는 이를 수행해야 하는 다른 하드웨어가 없으므로 MIRI 고유의 과제입니다.확실히 MIRI 극저온 냉각기 로드에는 긴 줄이 있었고 우리는 우주에서 그것을 볼 준비가 되었습니다.”
James Webb 우주 망원경은 2021년에 세계 최고의 우주 과학 관측소로 발사될 예정입니다. Webb은 우리 태양계의 미스터리를 풀고, 다른 별 주변의 먼 세계를 살펴보고, 우리 우주와 우리 장소의 신비한 구조와 기원을 탐구할 것입니다. Webb는 NASA와 그 파트너인 ESA(유럽 우주국) 및 캐나다 우주국이 주도하는 국제 이니셔티브입니다.
MIRI는 NASA와 ESA(유럽 우주국) 간의 50:50 파트너십을 통해 개발되었습니다. JPL은 MIRI를 위한 미국의 노력을 주도하고 유럽 천문 기관의 다국적 컨소시엄이 ESA에 기여합니다. 애리조나 대학의 George Rieke는 MIRI의 미국 과학 팀 리더입니다. Gillian Wright는 MIRI의 유럽 과학 팀 책임자입니다.
영국 ATC의 Alistair Glasse는 MIRI 기기 과학자이고 Michael Ressler는 JPL의 미국 프로젝트 과학자입니다. 영국 ATC의 Laszlo Tamas는 유럽 연합을 운영합니다. MIRI 극저온 냉각기의 개발은 JPL이 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA의 Goddard Space Flight Center와 캘리포니아주 Redondo Beach에 있는 Northrop Grumman과 협력하여 주도하고 관리했습니다.