Mühendisler, Birleşik Krallık'tan ayrıldıktan sonra NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nde James Webb Uzay Teleskobu'nun orta-kızılötesi aletinin “kabulünü” yürütürler.
JPL uçuş teknisyenleri Johnny Melendez (sağda) ve Joe Mora, MIRI kriyo-soğutucuyu Redondo Beach, California'daki Northrop Grumman'a göndermeden önce inceliyorlar. Burada, soğutucu Webb teleskobunun gövdesine takılı.
MIRI cihazının İngiltere, Rutherford'daki Appleton Laboratuvarı'nda görülen bu kısmı kızılötesi dedektörler içerir. Kriyo-soğutucu, daha yüksek bir sıcaklıkta çalıştığı için dedektörden uzağa yerleştirilmiştir. Soğuk helyum taşıyan bir tüp iki bölümü birbirine bağlar.
MIRI (solda), mühendisler onu Entegre Bilimsel Enstrüman Modülüne (ISIM) takmak için bir tavan vinci kullanmaya hazırlanırken, Redondo Beach'teki Northrop Grumman'da bir denge kirişi üzerinde oturuyor. ISIM, Webb'in çekirdeği, teleskopu barındıran dört bilim aleti.
Gözlemevindeki dört bilim aletinden biri olan MIRI aletinin çalışabilmesi için, maddenin ulaşabileceği en düşük sıcaklığa kadar soğutulması gerekiyor.
NASA'nın 24 Aralık'ta fırlatılması planlanan James Webb Uzay Teleskobu, tarihin en büyük uzay gözlemevi ve aynı derecede göz korkutucu bir görevi var: Evrenin ücra köşelerinden kızılötesi ışık toplamak, bilim adamlarının evrenin yapısını ve kökenlerini araştırmasına olanak sağlamak. Evrenimiz ve evrendeki yerimiz.
Yıldızlar ve gezegenler ile bunların oluştuğu gaz ve toz da dahil olmak üzere birçok kozmik nesne, bazen termal radyasyon olarak adlandırılan kızılötesi ışık yayar. Ancak tost makineleri, insanlar ve elektronik cihazlar gibi diğer sıcak nesnelerin çoğu da öyledir. Bu, Webb'in dört kızılötesi cihazının kendi kızılötesi ışığını algılayabileceği anlamına gelir. Bu emisyonları azaltmak için, cihazın çok soğuk olması gerekir; yaklaşık 40 Kelvin veya eksi 388 Fahrenhayt derece (eksi 233 Santigrat derece). Ancak düzgün çalışması için orta kızılötesi içindeki dedektörler enstrüman veya MIRI daha da soğumalı: 7 Kelvin'in altında (eksi 448 Fahrenheit derece veya eksi 266 Santigrat derece).
Bu, teorik olarak mümkün olan en düşük sıcaklık olan mutlak sıfırın (0 Kelvin) yalnızca birkaç derece üzerindedir, ancak hiçbir zaman fiziksel olarak ulaşılamaz çünkü hiçbir ısının tamamen yokluğunu temsil eder. (Ancak, MIRI uzayda çalışan en soğuk görüntüleme aracı değildir.)
Sıcaklık, esas olarak atomların ne kadar hızlı hareket ettiğinin bir ölçüsüdür ve kendi kızılötesi ışıklarını algılamanın yanı sıra, Webb dedektörleri kendi termal titreşimleriyle tetiklenebilir.MIRI, ışığı diğer üç cihazdan daha düşük bir enerji aralığında algılar.
Lansmandan sonra Webb, MIRI'yi ve diğer enstrümanları güneşin sıcaklığından koruyan ve pasif bir şekilde soğumalarını sağlayan tenis kortu büyüklüğünde bir vizör yerleştirecek. Fırlatmadan yaklaşık 77 gün sonra, MIRI'nin kriyo soğutucusunun cihazın dedektörlerinin sıcaklığını 7 Kelvin'in altına düşürmesi 19 gün sürecek.
NASA'nın Güney Kaliforniya'daki Jet Tahrik Laboratuvarı'nda bir kriyo-soğutucu uzmanı olan Konstantin Penanen, “Genellikle bilimsel veya endüstriyel uygulamalar için Dünya'daki şeyleri bu sıcaklığa kadar soğutmak nispeten kolaydır” dedi., NASA için MIRI cihazını yönetiyor.” Ancak bu Dünya tabanlı sistemler çok hantal ve enerji açısından verimsiz.Bir uzay gözlemevi için, fiziksel olarak kompakt, enerji tasarruflu bir soğutucuya ihtiyacımız var ve dışarı çıkıp tamir edemeyiz çünkü son derece güvenilir olmalıdır.Yani bunlar karşılaştığımız zorluklar., bu bağlamda, MIRI kriyosoğutucularının kesinlikle ön planda olduğunu söyleyebilirim.
Webb'in bilimsel hedeflerinden biri, evrende oluşan ilk yıldızların özelliklerini incelemektir. Webb'in yakın kızılötesi kamerası veya NIRCam cihazı, bu son derece uzak nesneleri tespit edebilecek ve MIRI, bilim adamlarının bu zayıf ışık kaynaklarının, daha sonra bir galaksi evriminde oluşan ikinci nesil yıldızlar yerine birinci nesil yıldız kümeleri olduğunu doğrulamalarına yardımcı olacaktır.
MIRI, yakın kızılötesi cihazlardan daha kalın olan toz bulutlarına bakarak yıldızların doğum yerlerini ortaya çıkaracak. Ayrıca, gezegenlerin oluşabileceği yakın yıldızların etrafındaki soğuk ortamlarda, Dünya'da yaygın olarak bulunan su, karbondioksit ve metan gibi molekülleri ve ayrıca silikatlar gibi kayalık mineral moleküllerini de tespit edecek.
MIRI bilim ekibinin eş lideri ve Birleşik Krallık Astronomik Teknoloji Merkezi'nde (UK ATC) Avrupa Baş Araştırmacısı Gillian Wright, "ABD ve Avrupa uzmanlığını birleştirerek, dünyanın dört bir yanından astronomların yıldızların, gezegenlerin ve galaksilerin nasıl oluştuğu ve geliştiği hakkındaki büyük soruları yanıtlamasına olanak tanıyacak olan Webb'in gücü olarak MIRI'yi geliştirdik" dedi.
MIRI kriyosoğutucu, ısıyı cihazın dedektörlerinden uzağa taşımak için yaklaşık dokuz parti balonunu doldurmaya yetecek kadar helyum gazı kullanır. İki elektrikli kompresör, helyumu dedektörün bulunduğu yere kadar uzanan bir borunun içinden pompalar. Tüp, aynı zamanda dedektöre bağlı bir metal bloğun içinden geçer;soğutulan helyum bloktaki fazla ısıyı emerek dedektörün çalışma sıcaklığını 7 Kelvin'in altında tutar. Isıtılan (ancak yine de soğuk olan) gaz daha sonra kompresöre geri döner ve burada fazla ısıyı dışarı atar ve döngü yeniden başlar. Temelde sistem, ev tipi buzdolaplarında ve klimalarda kullanılana benzer.
Helyum taşıyan borular altın kaplamalı paslanmaz çelikten yapılmıştır ve bir inçin onda birinden (2,5 mm) daha küçüktür. Uzay aracı otobüsü alanında bulunan kompresörden, gözlemevinin petek şeklindeki ana aynasının arkasında bulunan optik teleskop elemanındaki MIRI dedektörüne kadar yaklaşık 30 fit (10 metre) uzanır. Açılabilir kule düzeneği veya DTA olarak adlandırılan donanım, iki alanı birbirine bağlar. istiflenmiş gözlemevinin roketin tepesindeki korumaya kurulmasına yardımcı olun. Uzaya varıldığında, kule uzayarak oda sıcaklığındaki uzay aracı otobüsünü daha soğuk olan optik teleskop cihazlarından ayıracak ve güneşlik ile teleskopun tam olarak açılmasına izin verecektir.
Bu animasyon, fırlatıldıktan saatler ve günler sonra James Webb Uzay Teleskobu konuşlandırmasının ideal uygulamasını göstermektedir. Merkezi konuşlandırılabilir kule düzeneğinin genişletilmesi, MIRI'nin iki parçası arasındaki mesafeyi artıracaktır. Bunlar, soğutulmuş helyum içeren sarmal borularla birbirine bağlanmıştır.
Ancak uzatma işlemi, helyum tüpünün genişletilebilir kule düzeneği ile uzatılmasını gerektirir. Bu nedenle tüp bir yay gibi kıvrılır, bu nedenle MIRI mühendisleri tüpün bu kısmına "Slinky" adını takmışlardır.
JPL MIRI program yöneticisi Analyn Schneider, "Gözlemevinin birden çok bölgesini kapsayan bir sistem üzerinde çalışmanın bazı zorlukları var," dedi.“Bu farklı bölgeler, Northrop Grumman ve ABD NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi dahil olmak üzere farklı kuruluşlar veya merkezler tarafından yönetiliyor, herkesle konuşmamız gerekiyor.Teleskopta bunu yapması gereken başka bir donanım yok, bu yüzden bu MIRI'ye özgü bir zorluk.MIRI kriyosoğutucuları için kesinlikle uzun bir yol oldu ve biz bunu uzayda görmeye hazırız.”
James Webb Uzay Teleskobu, dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevi olarak 2021'de faaliyete geçecek. Webb, güneş sistemimizin gizemlerini çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakacak ve evrenimizin ve yerimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini keşfedecek. Webb, NASA ve ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı tarafından yönetilen uluslararası bir girişimdir.
MIRI, NASA ve ESA (Avrupa Uzay Ajansı) arasındaki yüzde 50-50 ortaklıkla geliştirildi. JPL, ABD'nin MIRI çabalarına öncülük ediyor ve Avrupa astronomi enstitülerinden oluşan çok uluslu bir konsorsiyum ESA'ya katkıda bulunuyor. Arizona Üniversitesi'nden George Rieke, MIRI'nin ABD bilim ekibi lideridir. Gillian Wright, MIRI'nin Avrupa bilim ekibinin başkanıdır.
ATC, Birleşik Krallık'tan Alistair Glasse, MIRI Enstrüman Bilimcisi ve Michael Ressler, JPL'de ABD Proje Bilimcisidir. Birleşik Krallık ATC'den Laszlo Tamas, Avrupa Birliği'nden sorumludur.