Jurutera menjalankan "penerimaan" instrumen inframerah pertengahan Teleskop Angkasa James Webb di Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA selepas berlepas dari UK.
Juruteknik penerbangan JPL Johnny Melendez (kanan) dan Joe Mora memeriksa penyejuk krio MIRI sebelum menghantarnya ke Northrop Grumman di Pantai Redondo, California. Di sana, penyejuk dipasang pada badan teleskop Webb.
Bahagian instrumen MIRI ini, dilihat di Makmal Appleton di Rutherford, UK, mengandungi pengesan inframerah. Penyejuk krio terletak jauh daripada pengesan kerana ia beroperasi pada suhu yang lebih tinggi. Tiub yang membawa helium sejuk menghubungkan kedua-dua bahagian.
MIRI (kiri) duduk di atas palang pengimbang di Northrop Grumman di Pantai Redondo ketika jurutera bersedia menggunakan kren atas untuk memasangkannya pada Modul Instrumen Saintifik Bersepadu (ISIM). ISIM ialah teras Webb, empat instrumen sains yang menempatkan teleskop.
Sebelum instrumen MIRI — salah satu daripada empat instrumen sains di balai cerap — boleh beroperasi, ia mesti disejukkan kepada hampir suhu paling sejuk yang boleh dicapai oleh jirim.
Teleskop Angkasa James Webb NASA, yang dijadualkan dilancarkan pada 24 Disember, ialah balai cerap angkasa terbesar dalam sejarah, dan ia mempunyai tugas yang sama menakutkan: mengumpul cahaya inframerah dari sudut-sudut alam semesta yang jauh, membolehkan para saintis menyiasat struktur dan asal-usul alam semesta .Alam semesta kita dan tempat kita di dalamnya.
Banyak objek kosmik — termasuk bintang dan planet, serta gas dan habuk dari mana ia terbentuk — memancarkan cahaya inframerah, kadangkala dipanggil sinaran terma. Tetapi begitu juga dengan kebanyakan objek panas yang lain, seperti pembakar roti, manusia dan elektronik. Ini bermakna empat instrumen inframerah Webb boleh mengesan cahaya inframerah mereka sendiri. Untuk mengurangkan pelepasan ini, instrumen mestilah sangat sejuk—kira-kira 30 darjah minus 8 darjah Celsius (kira-kira 40 darjah minus 8 darjah Celsius). ).Tetapi untuk berfungsi dengan betul, pengesan di dalam instrumen inframerah pertengahan, atau MIRI, mesti menjadi lebih sejuk: di bawah 7 Kelvin (tolak 448 darjah Fahrenheit, atau tolak 266 darjah Celsius).
Itu hanya beberapa darjah di atas sifar mutlak (0 Kelvin) – suhu paling sejuk yang mungkin secara teori, walaupun ia tidak pernah dapat dicapai secara fizikal kerana ia mewakili ketiadaan sepenuhnya sebarang haba. (Walau bagaimanapun, MIRI bukanlah instrumen pengimejan paling sejuk yang beroperasi di angkasa.)
Suhu pada asasnya ialah ukuran seberapa pantas atom bergerak, dan selain daripada mengesan cahaya inframerah mereka sendiri, pengesan Webb boleh dicetuskan oleh getaran haba mereka sendiri. MIRI mengesan cahaya dalam julat tenaga yang lebih rendah daripada tiga instrumen lain. Akibatnya, pengesannya lebih sensitif kepada getaran haba. Isyarat yang tidak diingini ini adalah apa yang dikatakan oleh ahli astronomi sebagai "tidak dapat dikesan."
Selepas pelancaran, Webb akan menggunakan visor bersaiz gelanggang tenis yang melindungi MIRI dan instrumen lain daripada haba matahari, membolehkannya menyejuk secara pasif. Bermula kira-kira 77 hari selepas pelancaran, cryocooler MIRI akan mengambil masa 19 hari untuk mengurangkan suhu pengesan instrumen kepada di bawah 7 Kelvin.
"Ia agak mudah untuk menyejukkan sesuatu ke suhu itu di Bumi, selalunya untuk aplikasi saintifik atau industri," kata Konstantin Penanen, pakar cryocooler di Makmal Pendorong Jet NASA di California Selatan., yang menguruskan instrumen MIRI untuk NASA."Tetapi sistem berasaskan Bumi itu sangat besar dan tidak cekap tenaga.Untuk balai cerap angkasa, kita memerlukan penyejuk yang padat dari segi fizikal, cekap tenaga, dan ia mesti boleh dipercayai kerana kita tidak boleh keluar dan membaikinya.Jadi inilah cabaran yang kita hadapi., dalam hal itu, saya akan katakan cryocoolers MIRI pastinya berada di barisan hadapan.”
Salah satu matlamat saintifik Webb adalah untuk mengkaji sifat bintang pertama yang terbentuk di alam semesta. Kamera inframerah dekat Webb atau instrumen NIRCam akan dapat mengesan objek yang sangat jauh ini, dan MIRI akan membantu saintis mengesahkan bahawa sumber cahaya samar ini adalah gugusan bintang generasi pertama, dan bukannya bintang generasi kedua yang terbentuk kemudian dalam evolusi galaksi.
Dengan melihat awan habuk yang lebih tebal daripada instrumen inframerah dekat, MIRI akan mendedahkan tempat kelahiran bintang. Ia juga akan mengesan molekul yang biasa ditemui di Bumi — seperti air, karbon dioksida dan metana, serta molekul mineral berbatu seperti silikat — dalam persekitaran yang sejuk di sekitar bintang berhampiran, tempat planet mungkin terbentuk. Instrumen pengesan inframerah dekat ini lebih baik di dalam persekitaran MIRI, manakala molekul MIRI ini lebih baik untuk mengesannya kerana MIRI dalam persekitaran yang lebih baik. ce.
"Dengan menggabungkan kepakaran AS dan Eropah, kami telah membangunkan MIRI sebagai kuasa Webb, yang akan membolehkan ahli astronomi dari seluruh dunia menjawab soalan besar tentang bagaimana bintang, planet dan galaksi terbentuk dan berkembang," kata Gillian Wright, Ketua Bersama pasukan sains MIRI dan Penyiasat Utama Eropah untuk instrumen di Pusat Teknologi Astronomi UK (UK ATC).
Cryocooler MIRI menggunakan gas helium—cukup untuk mengisi kira-kira sembilan belon parti—untuk membawa haba dari pengesan instrumen.Dua pemampat elektrik mengepam helium melalui tiub yang memanjang ke tempat pengesan berada.Tiub berjalan melalui blok logam yang juga dilekatkan pada pengesan;helium yang disejukkan menyerap lebihan haba dari blok, mengekalkan suhu operasi pengesan di bawah 7 Kelvin. Gas yang dipanaskan (tetapi masih sejuk) kemudian kembali ke pemampat, di mana ia mengeluarkan haba yang berlebihan, dan kitaran bermula semula. Pada asasnya, sistem ini serupa dengan yang digunakan dalam peti sejuk dan penghawa dingin isi rumah.
Paip yang membawa helium diperbuat daripada keluli tahan karat bersalut emas dan berdiameter kurang daripada satu persepuluh inci (2.5 mm). Ia memanjang kira-kira 30 kaki (10 meter) dari pemampat yang terletak di kawasan bas kapal angkasa ke pengesan MIRI dalam elemen teleskop optik yang terletak di belakang sarang lebah pemerhatian cermin utama, cermin utama sarang lebah pencerap. Perkakasan yang dipanggil DTA untuk pelancaran cermin utama, pemasangan DTA boleh digunakan untuk pemasangan DTA, kawasan pelancaran DTA. dimampatkan, sedikit seperti omboh, untuk membantu memasang balai cerap yang disimpan ke dalam perlindungan di atas roket. Apabila berada di angkasa, menara akan memanjang untuk memisahkan bas kapal angkasa suhu bilik daripada instrumen teleskop optik yang lebih sejuk dan membenarkan pelindung matahari dan teleskop digunakan sepenuhnya.
Animasi ini menunjukkan pelaksanaan ideal penggunaan Teleskop Angkasa James Webb jam dan hari selepas pelancaran. Peluasan pemasangan menara boleh alih berpusat akan meningkatkan jarak antara dua bahagian MIRI. Ia disambungkan oleh tiub heliks dengan helium yang disejukkan.
Tetapi proses pemanjangan memerlukan tiub helium dipanjangkan dengan pemasangan menara yang boleh dikembangkan. Jadi gegelung tiub seperti spring, itulah sebabnya jurutera MIRI menamakan bahagian tiub ini "Slinky".
"Terdapat beberapa cabaran dalam mengusahakan sistem yang menjangkau beberapa kawasan di balai cerap," kata Analyn Schneider, pengurus program JPL MIRI.“Wilayah yang berbeza ini diketuai oleh organisasi atau pusat yang berbeza, termasuk Northrop Grumman dan Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA AS, kami perlu bercakap dengan semua orang.Tiada perkakasan lain pada teleskop yang perlu berbuat demikian, jadi ia merupakan satu cabaran yang unik untuk MIRI.Sudah pasti ia adalah satu barisan panjang untuk jalan cryocoolers MIRI, dan kami bersedia untuk melihatnya di angkasa lepas.”
Teleskop Angkasa James Webb akan dilancarkan pada tahun 2021 sebagai balai cerap sains angkasa yang terulung di dunia. Webb akan membongkar misteri sistem suria kita, melihat ke dunia jauh di sekeliling bintang lain dan menerokai struktur misteri dan asal-usul alam semesta kita dan tempat kita. Webb ialah inisiatif antarabangsa yang diketuai oleh NASA dan rakan kongsinya ESA (European Space Agency) dan Agensi Angkasa Lepas Kanada.
MIRI dibangunkan melalui perkongsian 50-50 antara NASA dan ESA (Agensi Angkasa Lepas Eropah).JPL mengetuai usaha AS untuk MIRI, dan konsortium multinasional institut astronomi Eropah menyumbang kepada ESA.George Rieke dari University of Arizona ialah ketua pasukan sains AS MIRI.Gillian Wright ialah ketua pasukan saintifik Eropah MIRI.
Alistair Glasse dari ATC, UK ialah Ahli Saintis Instrumen MIRI dan Michael Ressler ialah Saintis Projek AS di JPL.Laszlo Tamas dari ATC UK bertanggungjawab ke atas Kesatuan Eropah. Pembangunan cryocooler MIRI diketuai dan diuruskan oleh JPL dengan kerjasama Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, dan Northropndoman.