Inžinieri vykonali „prijatie“ stredného infračerveného prístroja vesmírneho teleskopu Jamesa Webba v Goddard Space Flight Center NASA po odlete z Veľkej Británie.
Letoví technici JPL Johnny Melendez (vpravo) a Joe Mora kontrolujú kryochladič MIRI pred jeho odoslaním do Northrop Grumman v Redondo Beach v Kalifornii. Tam je chladič pripevnený k telu Webbovho teleskopu.
Táto časť prístroja MIRI, ktorú môžete vidieť v Appleton Laboratory v Rutherforde vo Veľkej Británii, obsahuje infračervené detektory. Kryochladič je umiestnený mimo detektora, pretože pracuje pri vyššej teplote. Obe sekcie spája trubica nesúca studené hélium.
MIRI (vľavo) sedí na kladine v Northrop Grumman v Redondo Beach, zatiaľ čo inžinieri sa pripravujú na použitie mostového žeriavu na pripojenie k modulu integrovaného vedeckého prístroja (ISIM). ISIM je Webbovo jadro, štyri vedecké prístroje, v ktorých je umiestnený ďalekohľad.
Predtým, ako môže prístroj MIRI – jeden zo štyroch vedeckých prístrojov na observatóriu – fungovať, musí sa ochladiť na takmer najnižšiu teplotu, akú môže hmota dosiahnuť.
Vesmírny teleskop Jamesa Webba od NASA, ktorého štart je naplánovaný na 24. decembra, je najväčším vesmírnym observatóriom v histórii a má rovnako náročnú úlohu: zbierať infračervené svetlo zo vzdialených kútov vesmíru, čo umožňuje vedcom skúmať štruktúru a pôvod vesmíru .Náš vesmír a naše miesto v ňom.
Mnohé kozmické objekty – vrátane hviezd a planét a plynu a prachu, z ktorých sa tvoria – vyžarujú infračervené svetlo, niekedy nazývané tepelné žiarenie. Ale aj väčšina ostatných teplých objektov, ako sú hriankovače, ľudia a elektronika. To znamená, že Webbove štyri infračervené prístroje dokážu detekovať svoje vlastné infračervené svetlo. Na zníženie týchto emisií musí byť prístroj veľmi studený – asi 40 Kelvinov alebo mínus 3 stupňov Celzia, 3 stupňov Celzia, 288 stupňov Celzia. vnútri stredného infračerveného prístroja alebo MIRI musí byť chladnejšie: pod 7 Kelvinov (mínus 448 stupňov Fahrenheita alebo mínus 266 stupňov Celzia).
To je len niekoľko stupňov nad absolútnou nulou (0 Kelvinov) – najchladnejšia teoreticky možná teplota, hoci nikdy nie je fyzicky dosiahnuteľná, pretože predstavuje úplnú absenciu akéhokoľvek tepla. (MiRI však nie je najchladnejším zobrazovacím prístrojom fungujúcim vo vesmíre.)
Teplota je v podstate meradlom toho, ako rýchlo sa atómy pohybujú, a okrem detekcie vlastného infračerveného svetla môžu byť Webb detektory spustené ich vlastnými tepelnými vibráciami. MIRI deteguje svetlo v nižšom energetickom rozsahu ako ostatné tri prístroje. Výsledkom je, že jeho detektory sú citlivejšie na tepelné vibrácie. Tieto nežiaduce signály astronómovia nazývajú „šum“ a dokážu ich prehlušiť. Webb je slabý signál.
Po štarte Webb nasadí priezor veľkosti tenisového kurtu, ktorý chráni MIRI a ďalšie prístroje pred slnečným teplom a umožňuje im pasívne chladenie. Približne 77 dní po štarte bude kryochladiču MIRI trvať 19 dní, kým zníži teplotu detektorov prístroja pod 7 Kelvinov.
"Je relatívne ľahké ochladiť veci na túto teplotu na Zemi, často pre vedecké alebo priemyselné aplikácie," povedal Konstantin Penanen, odborník na kryochladiče z laboratória Jet Propulsion Laboratory NASA v južnej Kalifornii., ktorá spravuje prístroj MIRI pre NASA.“ Ale tieto pozemské systémy sú veľmi objemné a energeticky neefektívne.Pre vesmírne observatórium potrebujeme chladič, ktorý je fyzicky kompaktný, energeticky účinný a musí byť vysoko spoľahlivý, pretože nemôžeme ísť von a opraviť ho.Toto sú teda výzvy, ktorým čelíme.V tomto ohľade by som povedal, že kryochladiče MIRI sú určite v popredí.“
Jedným z Webbových vedeckých cieľov je študovať vlastnosti prvých hviezd, ktoré vznikli vo vesmíre. Webbova blízka infračervená kamera alebo prístroj NIRCam budú schopné detekovať tieto extrémne vzdialené objekty a MIRI pomôže vedcom potvrdiť, že tieto slabé zdroje svetla sú zhluky hviezd prvej generácie, a nie hviezdy druhej generácie, ktoré vznikli neskôr počas evolúcie galaxií.
Pri pohľade na prachové oblaky, ktoré sú hrubšie ako blízke infračervené prístroje, MIRI odhalí rodiská hviezd. Deteguje tiež molekuly bežne sa vyskytujúce na Zemi – ako je voda, oxid uhličitý a metán, ako aj molekuly kamenných minerálov, ako sú kremičitany – v chladnom prostredí okolo blízkych hviezd, kde sa môžu vytvárať planéty. Blízko infračervené prístroje ich dokážu lepšie rozpoznať ako molekuly MIRI ako výpary.
„Spojením amerických a európskych odborných znalostí sme vyvinuli MIRI ako silu Webb, ktorá umožní astronómom z celého sveta odpovedať na veľké otázky o tom, ako sa hviezdy, planéty a galaxie formujú a vyvíjajú,“ povedala Gillian Wright, spoluvedúca vedeckého tímu MIRI a hlavná európska výskumná pracovníčka prístroja v UK Astronomical Technology Center (UK ATC).
Kryochladič MIRI používa plyn hélium – dostatočné množstvo na naplnenie asi deviatich balónov na párty – na odvádzanie tepla preč z detektorov prístroja. Dva elektrické kompresory čerpajú hélium cez hadicu, ktorá siaha až k miestu, kde je umiestnený detektor.ochladené hélium absorbuje prebytočné teplo z bloku, čím udržuje prevádzkovú teplotu detektora pod 7 Kelvinov. Zohriaty (ale stále studený) plyn sa potom vracia do kompresora, kde vytlačí prebytočné teplo a cyklus sa začína odznova. V zásade je systém podobný systému používanému v domácich chladničkách a klimatizáciách.
Rúry, ktoré nesú hélium, sú vyrobené z pozlátenej nehrdzavejúcej ocele a majú priemer menej ako jednu desatinu palca (2,5 mm). Siaha asi 30 stôp (10 metrov) od kompresora umiestneného v oblasti zbernice kozmickej lode po detektor MIRI v prvku optického teleskopu, ktorý sa nachádza za voštinovým primárnym zrkadlom observatória. ako piest, ktorý pomôže nainštalovať uložený observatórium do ochrany na vrchu rakety. Keď sa dostane do vesmíru, veža sa vysunie, aby oddelila zbernicu kozmickej lode pri izbovej teplote od chladnejších prístrojov optického teleskopu a umožnila slnečnej clone a teleskopu úplne sa rozvinúť.
Táto animácia ukazuje ideálne prevedenie rozmiestnenia vesmírneho teleskopu Jamesa Webba niekoľko hodín a dní po štarte. Rozšírenie zostavy centrálnej rozložiteľnej veže zväčší vzdialenosť medzi dvoma časťami MIRI. Sú spojené špirálovými trubicami s chladeným héliom.
Proces predlžovania však vyžaduje, aby bola héliová trubica predĺžená pomocou rozšíriteľnej vežovej zostavy. Takže trubica sa navíja ako pružina, a preto inžinieri MIRI prezývali túto časť trubice „Slinky“.
„Pri práci na systéme, ktorý pokrýva viaceré oblasti observatória, existujú určité výzvy,“ povedala Analyn Schneider, programová manažérka JPL MIRI."Tieto rôzne regióny sú vedené rôznymi organizáciami alebo centrami, vrátane Northrop Grumman a Goddard Space Flight Center americkej NASA, musíme hovoriť s každým."Na teleskope nie je žiadny iný hardvér, ktorý by to potreboval, takže je to výzva jedinečná pre MIRI.Určite to bol dlhý rad na cestu kryochladičov MIRI a sme pripravení vidieť to vo vesmíre.“
Vesmírny teleskop Jamesa Webba odštartuje v roku 2021 ako popredné svetové observatórium vesmírnej vedy. Webb odhalí záhady našej slnečnej sústavy, pozrie sa do vzdialených svetov okolo iných hviezd a preskúma tajomné štruktúry a pôvod nášho vesmíru a nášho miesta. Webb je medzinárodná iniciatíva vedená NASA a jej partnermi ESA (Európska vesmírna agentúra) a Kanadská vesmírna agentúra.
MIRI bolo vyvinuté prostredníctvom partnerstva 50-50 medzi NASA a ESA (Európska vesmírna agentúra). JPL vedie americké úsilie o MIRI a nadnárodné konzorcium európskych astronomických inštitútov prispieva k ESA. George Rieke z University of Arizona je vedúcim vedeckého tímu MIRI v USA. Gillian Wright je vedúcou európskeho vedeckého tímu MIRI.
Alistair Glasse z ATC, Veľká Británia je vedeckým pracovníkom MIRI a Michael Ressler je projektovým vedeckým pracovníkom USA v JPL. Laszlo Tamas z ATC Spojeného kráľovstva riadi Európsku úniu. Vývoj kryochladiča MIRI viedla a riadila spoločnosť JPL v spolupráci s Goddard Space Flight Center NASA v Greenbelt, Maryland a Northrop Grumman, Kalifornia v Redone.