Yngenieurs fiere in "akseptaasje" út fan it mid-infraread-ynstrumint fan 'e James Webb Space Telescope yn it Goddard Space Flight Center fan NASA nei't it fertrek út it Feriene Keninkryk is.
JPL-flechttechnici Johnny Melendez (rjochts) en Joe Mora ynspektearje de MIRI-kryokoeler foardat se it nei Northrop Grumman yn Redondo Beach, Kalifornje, ferstjoere. Dêr is de koeler oan 'e romp fan' e Webb-teleskoop fêstmakke.
Dit diel fan it MIRI-ynstrumint, te sjen yn it Appleton Laboratory yn Rutherford, Feriene Keninkryk, befettet ynfrareaddetektors. De kryokoeler is fuort fan 'e detektor pleatst, om't er op in hegere temperatuer wurket. In buis mei kâld helium ferbynt de twa seksjes.
MIRI (lofts) sit op in balânsbalke by Northrop Grumman yn Redondo Beach wylst yngenieurs har tariede om in boppeloopkraan te brûken om it te befestigjen oan 'e Integrated Scientific Instrument Module (ISIM). De ISIM is de kearn fan Webb, de fjouwer wittenskiplike ynstruminten dy't de teleskoop húsfeste.
Foardat it MIRI-ynstrumint - ien fan 'e fjouwer wittenskiplike ynstruminten op it observatoarium - wurkje kin, moat it ôfkuolle wurde ta hast de kâldste temperatuer dy't matearje berikke kin.
De James Webb-romteteleskoop fan NASA, dy't pland is om op 24 desimber lansearre te wurden, is it grutste romteobservatoarium yn 'e skiednis, en it hat in like lestige taak: it sammeljen fan ynfraread ljocht út fiere hoeken fan it universum, wêrtroch wittenskippers de struktuer en oarsprong fan it universum kinne ûndersykje. Us universum en ús plak dêryn.
In protte kosmyske objekten - ynklusyf stjerren en planeten, en it gas en stof wêrfan se foarmje - stjoere ynfraread ljocht út, soms termyske strieling neamd. Mar dat jildt ek foar de measte oare waarme objekten, lykas broodroosters, minsken en elektroanika. Dat betsjut dat de fjouwer ynfrareadynstruminten fan Webb har eigen ynfraread ljocht kinne detektearje. Om dizze útstjit te ferminderjen, moat it ynstrumint tige kâld wêze - sawat 40 Kelvin, of minus 388 graden Fahrenheit (minus 233 graden Celsius). Mar om goed te funksjonearjen, moatte de detektors yn it mid-ynfrareadynstrumint, of MIRI, kâlder wurde: ûnder 7 Kelvin (minus 448 graden Fahrenheit, of minus 266 graden Celsius).
Dat is mar in pear graden boppe it absolute nulpunt (0 Kelvin) - de kâldste temperatuer dy't teoretysk mooglik is, hoewol it nea fysyk berikber is, om't it de folsleine ôfwêzigens fan waarmte fertsjintwurdiget. (MIRI is lykwols net it kâldste ôfbyldingsynstrumint dat yn 'e romte wurket.)
Temperatuer is yn essinsje in mjitte fan hoe fluch atomen bewege, en neist it detektearjen fan har eigen ynfraread ljocht kinne Webb-detektors aktivearre wurde troch har eigen termyske trillingen. MIRI detektearret ljocht yn in leger enerzjyberik as de oare trije ynstruminten. As gefolch binne har detektors gefoeliger foar termyske trillingen. Dizze net winske sinjalen binne wat astronomen "lûd" neame, en se kinne de swakke sinjalen dy't Webb besiket te detektearjen oerweldigje.
Nei de lansearring sil Webb in fizier fan 'e grutte fan in tennisbaan ynsette dat MIRI en oare ynstruminten beskermet tsjin 'e sinnewaarmte, wêrtroch't se passyf ôfkuolje kinne. Begjinnende sawat 77 dagen nei de lansearring sil de kryokoeler fan MIRI 19 dagen nedich hawwe om de temperatuer fan 'e detektors fan it ynstrumint te ferminderjen nei ûnder 7 Kelvin.
"It is relatyf maklik om dingen op Ierde ôf te koelen nei dy temperatuer, faak foar wittenskiplike of yndustriële tapassingen," sei Konstantin Penanen, in kryokoeler-ekspert by it Jet Propulsion Laboratory fan NASA yn Súd-Kalifornje, dat it MIRI-ynstrumint foar NASA beheart. "Mar dy ierdske systemen binne tige grut en enerzjy-ineffisjint. Foar in romteobservatoarium hawwe wy in koeler nedich dy't fysyk kompakt en enerzjy-effisjint is, en hy moat tige betrouber wêze, om't wy net nei bûten kinne om it te reparearjen. Dat binne dus de útdagings dêr't wy foar steane. Yn dat ferbân soe ik sizze dat MIRI-kryokoelers perfoarst foaroan steane."
Ien fan Webb syn wittenskiplike doelen is om de eigenskippen te bestudearjen fan 'e earste stjerren dy't yn it universum foarme binne. Webb syn tichtby-ynfrareadkamera of NIRCam-ynstrumint sil dizze ekstreem fier fuort objekten kinne detektearje, en MIRI sil wittenskippers helpe te befêstigjen dat dizze swakke ljochtboarnen klusters fan stjerren fan 'e earste generaasje binne, ynstee fan stjerren fan 'e twadde generaasje dy't letter yn in evolúsje fan in stjerrestelsel foarme binne.
Troch te sjen nei stofwolken dy't dikker binne as tichtby-ynfraread ynstruminten, sil MIRI de berteplakken fan stjerren iepenbierje. It sil ek molekulen detektearje dy't gewoanlik op Ierde fûn wurde - lykas wetter, koalstofdiokside en metaan, lykas molekulen fan rotsige mineralen lykas silikaten - yn 'e koele omjouwings om tichtby lizzende stjerren, dêr't planeten kinne foarmje. Naby-ynfraread ynstruminten binne better yn it detektearjen fan dizze molekulen as dampen yn waarmere omjouwings, wylst MIRI se as iis kin sjen.
"Troch Amerikaanske en Jeropeeske ekspertize te kombinearjen, hawwe wy MIRI ûntwikkele as de krêft fan Webb, dy't astronomen fan oer de hiele wrâld yn steat stelt om grutte fragen te beantwurdzjen oer hoe't stjerren, planeten en stjerrestelsels ûntsteane en evoluearje," sei Gillian Wright, mei-lieder fan it MIRI-wittenskipsteam en Jeropeesk haadûndersiker foar it ynstrumint by it UK Astronomical Technology Centre (UK ATC).
De MIRI-kryokoeler brûkt heliumgas - genôch om sawat njoggen feestballonnen te foljen - om waarmte fuort te fieren fan 'e detektors fan it ynstrumint. Twa elektryske kompressors pompe helium troch in buis dy't trochrint nei wêr't de detektor him befynt. De buis rint troch in blok metaal dat ek oan 'e detektor befestige is; it ôfkuolle helium absorbearret oerstallige waarmte fan it blok, wêrtroch't de wurktemperatuer fan 'e detektor ûnder 7 Kelvin bliuwt. It ferwaarme (mar noch kâlde) gas giet dan werom nei de kompressor, dêr't it de oerstallige waarmte ôffiert, en de syklus begjint opnij. Yn prinsipe is it systeem fergelykber mei dat brûkt wurdt yn húshâldlike kuolkasten en airconditioners.
De pipen dy't helium drage binne makke fan fergulde roestfrij stiel en hawwe in diameter fan minder as in tsiende fan in inch (2,5 mm). It strekt him sawat 10 meter út fan 'e kompressor yn it romtefarderbusgebiet oant de MIRI-detektor yn it optyske teleskoopelemint dat efter de huningraatfoarmige primêre spegel fan it observatoarium leit. Hardware neamd in útklapbere toerassemblage, of DTA, ferbynt de twa gebieten. As it ynpakt wurdt foar lansearring, wurdt de DTA komprimearre, in bytsje as in piston, om te helpen by it ynstallearjen fan it opsleine observatoarium yn 'e beskerming boppe op' e raket. Ienris yn 'e romte sil de toer útwreidzje om de romtefarderbus op keamertemperatuer te skieden fan' e koelere optyske teleskoopynstruminten en de sinneskerm en teleskoop folslein yn te klappen.
Dizze animaasje lit de ideale útfiering sjen fan 'e ynset fan 'e James Webb Space Telescope oeren en dagen nei de lansearring. De útwreiding fan 'e sintrale ynsetbere toer-assemblage sil de ôfstân tusken de twa dielen fan 'e MIRI fergrutsje. Se binne ferbûn troch spiraalfoarmige buizen mei kuolle helium.
Mar it ferlingingsproses fereasket dat de heliumbuis útwreide wurdt mei de útwreidbere toer-assemblage. Dat de buis krûlt as in fear, dêrom hawwe MIRI-yngenieurs dit diel fan 'e buis "Slinky" neamd.
"Der binne wat útdagings by it wurkjen oan in systeem dat meardere regio's fan it observatoarium omfiemet," sei Analyn Schneider, programmamanager fan JPL MIRI. "Dizze ferskillende regio's wurde laat troch ferskillende organisaasjes of sintra, ynklusyf Northrop Grumman en it Goddard Space Flight Center fan 'e Amerikaanske NASA, wy moatte mei elkenien prate. Der is gjin oare hardware op 'e teleskoop dy't dat hoecht te dwaan, dus it is in útdaging dy't unyk is foar MIRI. It is perfoarst in lange rige west foar de kryokoelerswei fan MIRI, en wy binne ree om it yn 'e romte te sjen."
De James Webb Romteteleskoop sil yn 2021 lansearre wurde as it wichtichste romtewittenskiplike observatoarium fan 'e wrâld. Webb sil de mystearjes fan ús sinnestelsel ûntrafelje, nei fiere wrâlden om oare stjerren sjen, en de mysterieuze struktueren en oarsprong fan ús universum en ús plak ferkenne. Webb is in ynternasjonaal inisjatyf ûnder lieding fan NASA en har partners ESA (European Space Agency) en it Canadian Space Agency.
MIRI waard ûntwikkele troch in 50-50 gearwurking tusken NASA en ESA (Europeesk Romtefeartburo). JPL liedt de Amerikaanske ynspanning foar MIRI, en in multinasjonaal konsortium fan Jeropeeske astronomyske ynstituten draacht by oan ESA. George Rieke fan 'e Universiteit fan Arizona is lieder fan it Amerikaanske wittenskipsteam fan MIRI. Gillian Wright is it haad fan it Jeropeeske wittenskiplike team fan MIRI.
Alistair Glasse fan ATC, UK is MIRI Instrument Scientist en Michael Ressler is US Project Scientist by JPL. Laszlo Tamas fan UK ATC is ferantwurdlik foar de Jeropeeske Uny. De ûntwikkeling fan 'e MIRI-kryokoeler waard laat en beheard troch JPL yn gearwurking mei it Goddard Space Flight Center fan NASA yn Greenbelt, Maryland, en Northrop Grumman yn Redondo Beach, Kalifornje.