Mae peirianwyr yn cynnal “derbyniad” o offeryn is-goch canol Telesgop Gofod James Webb yng Nghanolfan Hedfan Ofod Goddard NASA ar ôl gadael y DU.
Mae technegwyr hedfan JPL Johnny Melendez (dde) a Joe Mora yn archwilio'r oerydd cryo MIRI cyn ei gludo i Northrop Grumman yn Redondo Beach, Califfornia. Yno, mae'r oerydd ynghlwm wrth gorff telesgop Webb.
Mae'r rhan hon o offeryn MIRI, a welwyd yn Labordy Appleton yn Rutherford, y DU, yn cynnwys synwyryddion is-goch. Mae'r oerydd cryo wedi'i leoli i ffwrdd o'r synhwyrydd oherwydd ei fod yn gweithredu ar dymheredd uwch. Mae tiwb sy'n cario heliwm oer yn cysylltu'r ddwy adran.
Mae MIRI (chwith) yn eistedd ar drawst cydbwysedd yn Northrop Grumman yn Redondo Beach wrth i beirianwyr baratoi i ddefnyddio craen uwchben i'w gysylltu â'r Modiwl Offeryn Gwyddonol Integredig (ISIM). Craidd Webb yw'r ISIM, y pedwar offeryn gwyddoniaeth sy'n gartref i'r telesgop.
Cyn y gall offeryn MIRI — un o'r pedwar offeryn gwyddoniaeth ar yr arsyllfa — weithredu, rhaid ei oeri i bron y tymheredd oeraf y gall mater ei gyrraedd.
Telesgop Gofod James Webb NASA, a drefnwyd i'w lansio ar Ragfyr 24, yw'r arsyllfa ofod fwyaf mewn hanes, ac mae ganddo dasg yr un mor anodd: casglu golau is-goch o gorneli pell y bydysawd, gan ganiatáu i wyddonwyr archwilio strwythur a tharddiad y bydysawd. Ein bydysawd a'n lle ynddo.
Mae llawer o wrthrychau cosmig — gan gynnwys sêr a planedau, a'r nwy a'r llwch y maent yn ffurfio ohono — yn allyrru golau is-goch, a elwir weithiau'n ymbelydredd thermol. Ond felly hefyd y mae'r rhan fwyaf o wrthrychau cynnes eraill, fel tostwyr, bodau dynol ac electroneg. Mae hynny'n golygu y gall pedwar offeryn is-goch Webb ganfod eu golau is-goch eu hunain. I leihau'r allyriadau hyn, rhaid i'r offeryn fod yn oer iawn — tua 40 Kelvin, neu minws 388 gradd Fahrenheit (minws 233 gradd Celsius). Ond i weithredu'n iawn, rhaid i'r synwyryddion y tu mewn i'r offeryn canol-is-goch, neu MIRI, fynd yn oerach: islaw 7 Kelvin (minws 448 gradd Fahrenheit, neu minws 266 gradd Celsius).
Mae hynny ond ychydig raddau uwchlaw sero absoliwt (0 Kelvin) – y tymheredd oeraf sy'n bosibl yn ddamcaniaethol, er nad yw byth yn gyraeddadwy'n gorfforol oherwydd ei fod yn cynrychioli absenoldeb llwyr unrhyw wres. (Fodd bynnag, nid MIRI yw'r offeryn delweddu oeraf sy'n gweithredu yn y gofod.)
Yn ei hanfod, mae tymheredd yn fesur o ba mor gyflym y mae atomau'n symud, ac yn ogystal â chanfod eu golau is-goch eu hunain, gall synwyryddion Webb gael eu sbarduno gan eu dirgryniadau thermol eu hunain. Mae MIRI yn canfod golau mewn ystod ynni is na'r tri offeryn arall. O ganlyniad, mae ei synwyryddion yn fwy sensitif i ddirgryniadau thermol. Y signalau diangen hyn yw'r hyn y mae seryddwyr yn ei alw'n "sŵn," a gallant orlethu'r signalau gwan y mae Webb yn ceisio eu canfod.
Ar ôl lansio, bydd Webb yn defnyddio fisor maint cwrt tennis sy'n amddiffyn MIRI ac offerynnau eraill rhag gwres yr haul, gan ganiatáu iddynt oeri'n oddefol. Gan ddechrau tua 77 diwrnod ar ôl lansio, bydd yn cymryd 19 diwrnod i oerydd cryo MIRI ostwng tymheredd synwyryddion yr offeryn i lai na 7 Kelvin.
“Mae’n gymharol hawdd oeri pethau i lawr i’r tymheredd hwnnw ar y Ddaear, yn aml ar gyfer cymwysiadau gwyddonol neu ddiwydiannol,” meddai Konstantin Penanen, arbenigwr oeryddion cryo yn Labordy Gyrru Jet NASA yn Ne California, sy’n rheoli’r offeryn MIRI ar gyfer NASA. “Ond mae’r systemau hynny sydd wedi’u lleoli ar y Ddaear yn swmpus iawn ac yn aneffeithlon o ran ynni. Ar gyfer arsyllfa ofod, mae angen oerydd arnom sy’n gryno’n gorfforol, yn effeithlon o ran ynni, ac mae’n rhaid iddo fod yn ddibynadwy iawn oherwydd ni allwn fynd allan a’i drwsio. Felly dyma’r heriau sy’n ein hwynebu. Yn hynny o beth, byddwn i’n dweud bod oeryddion cryo MIRI yn bendant ar flaen y gad.”
Un o nodau gwyddonol Webb yw astudio priodweddau'r sêr cyntaf a ffurfiodd yn y bydysawd. Bydd camera is-goch agos Webb neu offeryn NIRCam yn gallu canfod y gwrthrychau pell iawn hyn, a bydd MIRI yn helpu gwyddonwyr i gadarnhau mai clystyrau o sêr cenhedlaeth gyntaf yw'r ffynonellau golau gwan hyn, yn hytrach na sêr ail genhedlaeth a ffurfiodd yn ddiweddarach mewn esblygiad galaeth.
Drwy edrych ar gymylau llwch sy'n fwy trwchus nag offerynnau is-goch agos, bydd MIRI yn datgelu mannau geni sêr. Bydd hefyd yn canfod moleciwlau a geir yn gyffredin ar y Ddaear - fel dŵr, carbon deuocsid a methan, yn ogystal â moleciwlau o fwynau creigiog fel silicadau - yn yr amgylcheddau oer o amgylch sêr cyfagos, lle gall planedau ffurfio. Mae offerynnau is-goch agos yn well am ganfod y moleciwlau hyn fel anweddau mewn amgylcheddau poethach, tra gall MIRI eu gweld fel iâ.
“Drwy gyfuno arbenigedd yr Unol Daleithiau ac Ewrop, rydym wedi datblygu MIRI fel pŵer Webb, a fydd yn galluogi seryddwyr o bob cwr o’r byd i ateb cwestiynau mawr ynghylch sut mae sêr, planedau a galaethau’n ffurfio ac yn esblygu,” meddai Gillian Wright, Cyd-arweinydd tîm gwyddoniaeth MIRI a Phrif Ymchwilydd Ewropeaidd ar gyfer yr offeryn yng Nghanolfan Technoleg Seryddol y DU (UK ATC).
Mae'r oerydd cryo MIRI yn defnyddio nwy heliwm—digon i lenwi tua naw balŵn parti—i gario gwres i ffwrdd o synwyryddion yr offeryn. Mae dau gywasgydd trydan yn pwmpio heliwm trwy diwb sy'n ymestyn i ble mae'r synhwyrydd wedi'i leoli. Mae'r tiwb yn rhedeg trwy floc o fetel sydd hefyd ynghlwm wrth y synhwyrydd; mae'r heliwm wedi'i oeri yn amsugno gwres gormodol o'r bloc, gan gadw tymheredd gweithredu'r synhwyrydd islaw 7 Kelvin. Yna mae'r nwy wedi'i gynhesu (ond yn dal yn oer) yn dychwelyd i'r cywasgydd, lle mae'n allyrru'r gwres gormodol, ac mae'r cylch yn dechrau eto. Yn y bôn, mae'r system yn debyg i'r un a ddefnyddir mewn oergelloedd cartref ac aerdymheru.
Mae'r pibellau sy'n cario heliwm wedi'u gwneud o ddur di-staen wedi'i blatio ag aur ac maent yn llai nag un rhan o ddeg o fodfedd (2.5 mm) mewn diamedr. Mae'n ymestyn tua 30 troedfedd (10 metr) o'r cywasgydd sydd wedi'i leoli yn ardal bws y llong ofod i'r synhwyrydd MIRI yn elfen y telesgop optegol sydd wedi'i lleoli y tu ôl i ddrych cynradd crwybr y arsyllfa. Mae caledwedd o'r enw cynulliad tŵr y gellir ei ddefnyddio, neu DTA, yn cysylltu'r ddwy ardal. Pan gaiff ei bacio ar gyfer lansio, caiff y DTA ei gywasgu, ychydig fel piston, i helpu i osod yr arsyllfa wedi'i storio yn yr amddiffyniad ar ben y roced. Unwaith yn y gofod, bydd y tŵr yn ymestyn i wahanu bws y llong ofod tymheredd ystafell o offerynnau'r telesgop optegol oerach a chaniatáu i'r cysgod haul a'r telesgop gael eu defnyddio'n llawn.
Mae'r animeiddiad hwn yn dangos y gweithrediad delfrydol o ddefnyddio Telesgop Gofod James Webb oriau a dyddiau ar ôl ei lansio. Bydd ehangu'r cynulliad tŵr canolog y gellir ei ddefnyddio yn cynyddu'r pellter rhwng dwy ran y MIRI. Maent wedi'u cysylltu gan diwbiau troellog gyda heliwm wedi'i oeri.
Ond mae'r broses ymestyn yn ei gwneud yn ofynnol i'r tiwb heliwm gael ei ymestyn gyda'r cynulliad tŵr ehanguadwy. Felly mae'r tiwb yn troi fel sbring, a dyna pam y gwnaeth peirianwyr MIRI roi'r llysenw "Slinky" i'r rhan hon o'r tiwb.
“Mae rhai heriau wrth weithio ar system sy’n cwmpasu sawl rhanbarth o’r arsyllfa,” meddai Analyn Schneider, rheolwr rhaglen JPL MIRI. “Mae’r gwahanol ranbarthau hyn yn cael eu harwain gan wahanol sefydliadau neu ganolfannau, gan gynnwys Northrop Grumman a Chanolfan Hedfan Ofod Goddard NASA yr Unol Daleithiau, mae’n rhaid i ni siarad â phawb. Does dim caledwedd arall ar y telesgop sydd angen gwneud hynny, felly mae’n her sy’n unigryw i MIRI. Mae wedi bod yn llinell hir yn bendant ar gyfer ffordd oeryddion cryo MIRI, ac rydym yn barod i’w gweld yn y gofod.”
Bydd Telesgop Gofod James Webb yn cael ei lansio yn 2021 fel arsyllfa gwyddor gofod flaenllaw'r byd. Bydd Webb yn datrys dirgelion ein system solar, yn edrych ar fydau pell o amgylch sêr eraill, ac yn archwilio strwythurau a tharddiad dirgel ein bydysawd a'n lle. Mae Webb yn fenter ryngwladol dan arweiniad NASA a'i phartneriaid ESA (Asiantaeth Ofod Ewrop) ac Asiantaeth Ofod Canada.
Datblygwyd MIRI trwy bartneriaeth 50-50 rhwng NASA ac ESA (Asiantaeth Ofod Ewrop). Mae JPL yn arwain ymdrech yr Unol Daleithiau ar gyfer MIRI, ac mae consortiwm rhyngwladol o sefydliadau seryddol Ewropeaidd yn cyfrannu at ESA. George Rieke o Brifysgol Arizona yw arweinydd tîm gwyddoniaeth MIRI yn yr Unol Daleithiau. Gillian Wright yw pennaeth tîm gwyddonol Ewropeaidd MIRI.
Alistair Glasse o ATC, y DU yw Gwyddonydd Offerynnau MIRI a Michael Ressler yw Gwyddonydd Prosiect yr Unol Daleithiau yn JPL. Laszlo Tamas o ATC y DU sy'n rhedeg yr Undeb Ewropeaidd. Arweiniwyd a rheolwyd datblygiad yr oerydd cryo MIRI gan JPL mewn cydweithrediad â Chanolfan Hedfan Ofod Goddard NASA yn Greenbelt, Maryland, a Northrop Grumman yn Redondo Beach, Califfornia.