Inĝenieroj faras "akcepton" de la mez-infraruĝa instrumento de la Kosmoteleskopo James Webb ĉe la Goddard Kosmovojaĝa Centro de NASA post foriro el Britio.
JPL-flugteknikistoj Johnny Melendez (dekstre) kaj Joe Mora inspektas la MIRI-kriomalvarmigilon antaŭ ol sendi ĝin al Northrop Grumman en Redondo Beach, Kalifornio. Tie, la malvarmigilo estas alkroĉita al la korpo de la Webb-teleskopo.
Ĉi tiu parto de la MIRI-instrumento, vidita ĉe la Appleton-Laboratorio en Rutherford, Britio, enhavas infraruĝajn detektilojn. La kriomalvarmigilo situas for de la detektilo ĉar ĝi funkcias je pli alta temperaturo. Tubo portanta malvarman heliumon konektas la du sekciojn.
MIRI (maldekstre) sidas sur ekvilibrotrabo ĉe Northrop Grumman en Redondo Beach dum inĝenieroj prepariĝas uzi pontgruon por alkroĉi ĝin al la Integra Scienca Instrumenta Modulo (ISIM). La ISIM estas la kerno de Webb, la kvar sciencaj instrumentoj kiuj enhavas la teleskopon.
Antaŭ ol la MIRI-instrumento — unu el la kvar sciencaj instrumentoj en la observatorio — povas funkcii, ĝi devas esti malvarmigita ĝis preskaŭ la plej malvarma temperaturo, kiun materio povas atingi.
La kosmoteleskopo James Webb de NASA, planita por lanĉo la 24-an de decembro, estas la plej granda kosma observatorio en la historio, kaj ĝi havas same malfacilan taskon: kolekti infraruĝan lumon el malproksimaj anguloj de la universo, permesante al sciencistoj esplori la strukturon kaj originojn de la universo. Nia universo kaj nia loko en ĝi.
Multaj kosmaj objektoj — inkluzive de steloj kaj planedoj, kaj la gaso kaj polvo, el kiuj ili formiĝas — elsendas infraruĝan lumon, foje nomatan termoradiado. Sed same faras plej multaj aliaj varmaj objektoj, kiel panrostiloj, homoj kaj elektronikaĵoj. Tio signifas, ke la kvar infraruĝaj instrumentoj de Webb povas detekti sian propran infraruĝan lumon. Por redukti ĉi tiujn emisiojn, la instrumento devas esti tre malvarma — ĉirkaŭ 40 Kelvinoj, aŭ minus 388 gradoj Fahrenheit (minus 233 gradoj Celsius). Sed por funkcii ĝuste, la detektiloj ene de la mez-infraruĝa instrumento, aŭ MIRI, devas malvarmiĝi: sub 7 Kelvinoj (minus 448 gradoj Fahrenheit, aŭ minus 266 gradoj Celsius).
Tio estas nur kelkaj gradoj super absoluta nulo (0 Kelvin) - la plej malvarma temperaturo teorie ebla, kvankam ĝi neniam estas fizike atingebla ĉar ĝi reprezentas la kompletan foreston de iu ajn varmo. (Tamen, MIRI ne estas la plej malvarma bildiga instrumento funkcianta en la kosmo.)
Temperaturo estas esence mezuro de kiom rapide atomoj moviĝas, kaj krom detekti sian propran infraruĝan lumon, Webb-detektiloj povas esti ekigitaj per siaj propraj termikaj vibroj. MIRI detektas lumon en pli malalta energia gamo ol la aliaj tri instrumentoj. Rezulte, ĝiaj detektiloj estas pli sentemaj al termikaj vibroj. Ĉi tiuj nedezirataj signaloj estas tio, kion astronomoj nomas "bruo", kaj ili povas superforti la malfortajn signalojn, kiujn Webb provas detekti.
Post la lanĉo, Webb deplojos tenisejan grandan vizieron, kiu ŝirmas MIRI kaj aliajn instrumentojn kontraŭ la suna varmo, permesante al ili malvarmiĝi pasive. Ekde ĉirkaŭ 77 tagoj post la lanĉo, la kriomalvarmigilo de MIRI bezonos 19 tagojn por redukti la temperaturon de la detektiloj de la instrumento sub 7 Kelvinojn.
“Estas relative facile malvarmigi aferojn ĝis tiu temperaturo sur la Tero, ofte por sciencaj aŭ industriaj aplikoj,” diris Konstantin Penanen, kriomalvarmigilo-fakulo ĉe la Jet Propulsion Laboratory de NASA en Suda Kalifornio, kiu administras la MIRI-instrumenton por NASA. “Sed tiuj Terbazitaj sistemoj estas tre grandaj kaj energie malefikaj. Por spaca observatorio, ni bezonas malvarmigilon, kiu estas fizike kompakta, energiefika, kaj ĝi devas esti tre fidinda, ĉar ni ne povas eliri kaj ripari ĝin. Do jen la defioj, kiujn ni alfrontas. Rilate al tio, mi dirus, ke MIRI-kriomalvarmigiloj estas sendube ĉe la avangardo.”
Unu el la sciencaj celoj de Webb estas studi la ecojn de la unuaj steloj, kiuj formiĝis en la universo. La preskaŭ-infraruĝa fotilo aŭ NIRCam-instrumento de Webb povos detekti ĉi tiujn ekstreme malproksimajn objektojn, kaj MIRI helpos sciencistojn konfirmi, ke ĉi tiuj malfortaj lumfontoj estas amasoj de steloj de la unua generacio, anstataŭ steloj de la dua generacio, kiuj formiĝis poste en galaksia evoluo.
Per rigardado de polvonuboj, kiuj estas pli dikaj ol preskaŭ-infraruĝaj instrumentoj, MIRI rivelos la naskiĝlokojn de steloj. Ĝi ankaŭ detektos molekulojn ofte troveblajn sur la Tero - kiel ekzemple akvo, karbondioksido kaj metano, same kiel molekulojn de rokaj mineraloj kiel silikatoj - en la malvarmaj medioj ĉirkaŭ proksimaj steloj, kie planedoj povas formiĝi. Preskaŭ-infraruĝaj instrumentoj pli bone detektas ĉi tiujn molekulojn kiel vaporojn en pli varmaj medioj, dum MIRI povas vidi ilin kiel glacion.
“Kombinante usonan kaj eŭropan sperton, ni evoluigis MIRI kiel la potencon de Webb, kiu ebligos al astronomoj el la tuta mondo respondi grandajn demandojn pri kiel steloj, planedoj kaj galaksioj formiĝas kaj evoluas,” diris Gillian Wright, kun-gvidanto de la scienca teamo MIRI kaj eŭropa ĉefa esploristo por la instrumento ĉe la Brita Astronomia Teknologia Centro (UK ATC).
La kriomalvarmigilo MIRI uzas heliumgason — sufiĉe por plenigi ĉirkaŭ naŭ festajn balonojn — por forporti varmon de la detektiloj de la instrumento. Du elektraj kompresoroj pumpas heliumon tra tubo, kiu etendiĝas ĝis kie la detektilo situas. La tubo trairas blokon da metalo, kiu ankaŭ estas ligita al la detektilo; la malvarmigita heliumo absorbas troan varmon de la bloko, tenante la funkcian temperaturon de la detektilo sub 7 Kelvinoj. La varmigita (sed ankoraŭ malvarma) gaso tiam revenas al la kompresoro, kie ĝi elpelas la troan varmon, kaj la ciklo rekomenciĝas. Fundamente, la sistemo similas al tiu uzata en hejmaj fridujoj kaj klimatiziloj.
La tuboj, kiuj portas heliumon, estas faritaj el orumita rustorezista ŝtalo kaj havas diametron malpli ol 2,5 mm. Ĝi etendiĝas ĉirkaŭ 10 metrojn de la kompresoro situanta en la kosmoŝipa busareo ĝis la MIRI-detektilo en la optika teleskopa elemento situanta malantaŭ la mielĉelara primara spegulo de la observatorio. Aparataro nomata deplojebla turasembleo, aŭ DTA, konektas la du areojn. Kiam pakita por lanĉo, la DTA estas kunpremita, iom kiel piŝto, por helpi instali la stivitan observatorion en la protekton sur la raketo. Post kiam en la spaco, la turo etendiĝos por apartigi la ĉambratemperaturan kosmoŝipan busareon de la pli malvarmetaj optikaj teleskopaj instrumentoj kaj permesi al la sunŝirmilo kaj teleskopo plene deplojiĝi.
Ĉi tiu animacio montras la idealan efektivigon de la deplojo de la Kosmoteleskopo James Webb horojn kaj tagojn post la lanĉo. La vastiĝo de la centra deplojebla turasembleo pliigos la distancon inter la du partoj de la MIRI. Ili estas konektitaj per helikformaj tuboj kun malvarmigita heliumo.
Sed la plilongiga procezo postulas, ke la heliumtubo estu etendita per la disetendigebla turasembleo. Do la tubo volviĝas kiel risorto, tial MIRI-inĝenieroj moknomis ĉi tiun parton de la tubo "Slinky".
“Estas kelkaj defioj laborante pri sistemo, kiu ampleksas plurajn regionojn de la observatorio,” diris Analyn Schneider, programdirektoro de JPL MIRI. “Ĉi tiuj malsamaj regionoj estas gvidataj de malsamaj organizoj aŭ centroj, inkluzive de Northrop Grumman kaj la Goddard Space Flight Center de la usona NASA, ni devas paroli kun ĉiuj. Ne estas alia aparataro sur la teleskopo, kiu bezonas fari tion, do ĝi estas defio unika por MIRI. Sendube estis longa atendovico por la vojo de la kriomalvarmigiloj de MIRI, kaj ni pretas vidi ĝin en la kosmo.”
La kosmoteleskopo James Webb lanĉiĝos en 2021 kiel la ĉefa kosmoscienca observatorio de la mondo. Webb malimplikos la misterojn de nia sunsistemo, rigardos malproksimajn mondojn ĉirkaŭ aliaj steloj, kaj esploros la misterajn strukturojn kaj originojn de nia universo kaj nia loko. Webb estas internacia iniciato gvidata de NASA kaj ĝiaj partneroj ESA (Eŭropa Kosma Agentejo) kaj la Kanada Kosma Agentejo.
MIRI estis evoluigita per 50-50 partnereco inter NASA kaj ESA (Eŭropa Kosma Agentejo). JPL gvidas la usonan klopodon por MIRI, kaj multnacia konsorcio de eŭropaj astronomiaj institutoj kontribuas al ESA. George Rieke de la Universitato de Arizono estas la estro de la usona scienca teamo de MIRI. Gillian Wright estas la estro de la eŭropa scienca teamo de MIRI.
Alistair Glasse de ATC, Britio estas MIRI-instrumenta sciencisto kaj Michael Ressler estas usona projekta sciencisto ĉe JPL. Laszlo Tamas de la UK ATC respondecas pri la Eŭropa Unio. La disvolvon de la MIRI-kriomalvarmigilo gvidis kaj administris JPL en kunlaboro kun la Goddard Space Flight Center de NASA en Greenbelt, Marilando, kaj Northrop Grumman en Redondo Beach, Kalifornio.