ब्रिटेन से रवाना होने के बाद इंजीनियर नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर में जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप के मध्य-अवरक्त उपकरण की "स्वीकृति" का कार्य कर रहे हैं।
जेपीएल फ्लाइट तकनीशियन जॉनी मेलेंडेज (दाएं) और जो मोरा कैलिफोर्निया के रेडोंडो बीच में नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन को भेजने से पहले MIRI क्रायोकूलर का निरीक्षण करते हुए। वहां, कूलर को वेब टेलीस्कोप के शरीर से जोड़ा जाता है।
ब्रिटेन के रदरफोर्ड स्थित एप्पलटन प्रयोगशाला में देखा गया MIRI उपकरण का यह भाग इन्फ्रारेड डिटेक्टरों से युक्त है। क्रायोकूलर डिटेक्टर से दूर स्थित है, क्योंकि यह उच्च तापमान पर संचालित होता है। ठंडी हीलियम ले जाने वाली एक ट्यूब दोनों भागों को जोड़ती है।
एमआईआरआई (बाएं) रेडोंडो बीच में नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन में एक बैलेंस बीम पर बैठा है, जबकि इंजीनियर इसे एकीकृत वैज्ञानिक उपकरण मॉड्यूल (आईएसआईएम) से जोड़ने के लिए एक ओवरहेड क्रेन का उपयोग करने की तैयारी कर रहे हैं। आईएसआईएम वेब का मूल है, चार विज्ञान उपकरण जो दूरबीन को रखते हैं।
इससे पहले कि MIRI उपकरण - वेधशाला के चार वैज्ञानिक उपकरणों में से एक - काम कर सके, उसे पदार्थ के अधिकतम तापमान तक ठंडा किया जाना चाहिए।
नासा का जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप, जिसे 24 दिसंबर को लॉन्च किया जाना है, इतिहास की सबसे बड़ी अंतरिक्ष वेधशाला है, और इसका कार्य भी उतना ही कठिन है: ब्रह्मांड के दूर-दराज के कोनों से अवरक्त प्रकाश एकत्र करना, जिससे वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड की संरचना और उत्पत्ति की जांच करने में मदद मिले। हमारा ब्रह्मांड और उसमें हमारा स्थान।
कई ब्रह्मांडीय वस्तुएं - जिनमें तारे और ग्रह, और गैस और धूल शामिल हैं जिनसे वे बनते हैं - अवरक्त प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, जिसे कभी-कभी थर्मल विकिरण कहा जाता है। लेकिन अधिकांश अन्य गर्म वस्तुएं, जैसे टोस्टर, मनुष्य और इलेक्ट्रॉनिक्स भी ऐसा ही करते हैं। इसका मतलब है कि वेब के चार अवरक्त उपकरण अपनी स्वयं की अवरक्त प्रकाश का पता लगा सकते हैं। इन उत्सर्जनों को कम करने के लिए, उपकरण बहुत ठंडा होना चाहिए - लगभग 40 केल्विन, या माइनस 388 डिग्री फारेनहाइट (माइनस 233 डिग्री सेल्सियस)। लेकिन ठीक से काम करने के लिए, मध्य अवरक्त उपकरण, या MIRI के अंदर डिटेक्टरों को ठंडा होना चाहिए: 7 केल्विन से नीचे (माइनस 448 डिग्री फारेनहाइट, या माइनस 266 डिग्री सेल्सियस)।
यह परम शून्य (0 केल्विन) से कुछ ही डिग्री अधिक है - सैद्धांतिक रूप से यह सबसे ठंडा तापमान है, हालांकि यह कभी भी भौतिक रूप से प्राप्त नहीं किया जा सकता है, क्योंकि यह किसी भी ऊष्मा की पूर्ण अनुपस्थिति को दर्शाता है। (हालांकि, MIRI अंतरिक्ष में संचालित होने वाला सबसे ठंडा इमेजिंग उपकरण नहीं है।)
तापमान अनिवार्य रूप से इस बात का माप है कि परमाणु कितनी तेजी से घूम रहे हैं, और अपने स्वयं के अवरक्त प्रकाश का पता लगाने के अलावा, वेब डिटेक्टरों को उनके स्वयं के थर्मल कंपन द्वारा ट्रिगर किया जा सकता है। MIRI अन्य तीन उपकरणों की तुलना में कम ऊर्जा रेंज में प्रकाश का पता लगाता है। नतीजतन, इसके डिटेक्टर थर्मल कंपन के प्रति अधिक संवेदनशील हैं। ये अवांछित संकेत हैं जिन्हें खगोलविद "शोर" कहते हैं, और वे उन कमजोर संकेतों को दबा सकते हैं जिन्हें वेब पकड़ने की कोशिश कर रहा है।
प्रक्षेपण के बाद, वेब एक टेनिस कोर्ट के आकार का छज्जा लगाएगा जो MIRI और अन्य उपकरणों को सूर्य की गर्मी से बचाएगा, जिससे वे निष्क्रिय रूप से ठंडे हो सकेंगे। प्रक्षेपण के लगभग 77 दिनों के बाद, MIRI के क्रायोकूलर को उपकरण के डिटेक्टरों के तापमान को 7 केल्विन से नीचे लाने में 19 दिन लगेंगे।
दक्षिणी कैलिफोर्निया में नासा की जेट प्रोपल्शन प्रयोगशाला में क्रायोकूलर विशेषज्ञ कोंस्टेंटिन पेनानेन ने कहा, "पृथ्वी पर चीजों को उस तापमान तक ठंडा करना अपेक्षाकृत आसान है, अक्सर वैज्ञानिक या औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए।" , जो नासा के लिए MIRI उपकरण का प्रबंधन करता है। "लेकिन वे पृथ्वी-आधारित प्रणालियाँ बहुत भारी और ऊर्जा अक्षम हैं। एक अंतरिक्ष वेधशाला के लिए, हमें एक कूलर की आवश्यकता होती है जो शारीरिक रूप से कॉम्पैक्ट, ऊर्जा कुशल हो, और यह अत्यधिक विश्वसनीय होना चाहिए क्योंकि हम इसे ठीक करने के लिए बाहर नहीं जा सकते। इसलिए ये वे चुनौतियाँ हैं जिनका हम सामना कर रहे हैं। , इस संबंध में, मैं कहूँगा कि MIRI क्रायोकूलर निश्चित रूप से सबसे आगे हैं।"
वेब का एक वैज्ञानिक लक्ष्य ब्रह्मांड में निर्मित प्रथम तारों के गुणों का अध्ययन करना है। वेब का निकट-अवरक्त कैमरा या NIRCam उपकरण इन अत्यंत दूरस्थ पिंडों का पता लगाने में सक्षम होगा, तथा MIRI वैज्ञानिकों को यह पुष्टि करने में सहायता करेगा कि प्रकाश के ये मंद स्रोत प्रथम पीढ़ी के तारों के समूह हैं, न कि द्वितीय पीढ़ी के तारे, जो आकाशगंगा के विकास में बाद में निर्मित हुए।
निकट-अवरक्त उपकरणों की तुलना में अधिक मोटे धूल के बादलों को देखकर, MIRI तारों के जन्मस्थानों को प्रकट करेगा। यह पृथ्वी पर सामान्य रूप से पाए जाने वाले अणुओं का भी पता लगाएगा - जैसे कि पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन, साथ ही सिलिकेट जैसे चट्टानी खनिजों के अणु - पास के तारों के आसपास के ठंडे वातावरण में, जहां ग्रहों का निर्माण हो सकता है। निकट-अवरक्त उपकरण गर्म वातावरण में वाष्प के रूप में इन अणुओं का पता लगाने में बेहतर हैं, जबकि MIRI उन्हें बर्फ के रूप में देख सकता है।
"अमेरिकी और यूरोपीय विशेषज्ञता को मिलाकर, हमने वेब की शक्ति के रूप में MIRI विकसित किया है, जो दुनिया भर के खगोलविदों को सितारों, ग्रहों और आकाशगंगाओं के निर्माण और विकास के बारे में बड़े सवालों के जवाब देने में सक्षम करेगा," MIRI विज्ञान टीम के सह-नेता और यूके एस्ट्रोनॉमिकल टेक्नोलॉजी सेंटर (यूके एटीसी) में उपकरण के लिए यूरोपीय प्रमुख अन्वेषक गिलियन राइट ने कहा।
MIRI क्रायोकूलर हीलियम गैस का उपयोग करता है - जो लगभग नौ पार्टी गुब्बारों को भरने के लिए पर्याप्त है - ताकि उपकरण के डिटेक्टरों से गर्मी को दूर ले जाया जा सके। दो इलेक्ट्रिक कंप्रेसर हीलियम को एक ट्यूब के माध्यम से पंप करते हैं जो डिटेक्टर के स्थान तक फैली हुई है। ट्यूब धातु के एक ब्लॉक के माध्यम से चलती है जो डिटेक्टर से भी जुड़ी होती है; ठंडा हीलियम ब्लॉक से अतिरिक्त गर्मी को अवशोषित करता है, जिससे डिटेक्टर का ऑपरेटिंग तापमान 7 केल्विन से नीचे रहता है। गर्म (लेकिन फिर भी ठंडी) गैस फिर कंप्रेसर में लौटती है, जहां यह अतिरिक्त गर्मी को बाहर निकालती है, और चक्र फिर से शुरू होता है। मूल रूप से, यह प्रणाली घरेलू रेफ्रिजरेटर और एयर कंडीशनर में उपयोग की जाने वाली प्रणाली के समान है।
हीलियम ले जाने वाली पाइपें सोने की परत चढ़ी स्टेनलेस स्टील से बनी होती हैं और इनका व्यास एक इंच (2.5 मिमी) के दसवें हिस्से से भी कम होता है। यह अंतरिक्ष यान बस क्षेत्र में स्थित कंप्रेसर से वेधशाला के छत्तेदार प्राथमिक दर्पण के पीछे स्थित ऑप्टिकल टेलीस्कोप तत्व में MIRI डिटेक्टर तक लगभग 30 फीट (10 मीटर) तक फैला होता है। डिप्लॉयेबल टॉवर असेंबली या DTA नामक हार्डवेयर दो क्षेत्रों को जोड़ता है। प्रक्षेपण के लिए पैक किए जाने पर, DTA को संपीड़ित किया जाता है, कुछ हद तक पिस्टन की तरह, ताकि संग्रहीत वेधशाला को रॉकेट के शीर्ष पर सुरक्षा में स्थापित करने में मदद मिल सके। एक बार अंतरिक्ष में, टॉवर कमरे के तापमान वाले अंतरिक्ष यान बस को कूलर ऑप्टिकल टेलीस्कोप उपकरणों से अलग करने के लिए विस्तारित होगा और सनशेड और टेलीस्कोप को पूरी तरह से तैनात करने की अनुमति देगा।
यह एनीमेशन प्रक्षेपण के बाद जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप की तैनाती के घंटों और दिनों के आदर्श निष्पादन को दर्शाता है। केंद्रीय तैनाती योग्य टॉवर असेंबली के विस्तार से MIRI के दो हिस्सों के बीच की दूरी बढ़ जाएगी। वे ठंडी हीलियम के साथ कुंडलित ट्यूबों द्वारा जुड़े हुए हैं।
लेकिन विस्तार प्रक्रिया के लिए हीलियम ट्यूब को विस्तार योग्य टॉवर असेंबली के साथ विस्तारित करने की आवश्यकता होती है। इसलिए ट्यूब एक स्प्रिंग की तरह कुंडलित होती है, यही कारण है कि MIRI इंजीनियरों ने ट्यूब के इस हिस्से को "स्लिंकी" नाम दिया।
जेपीएल एमआईआरआई कार्यक्रम प्रबंधक एनालिन श्नाइडर ने कहा, "वेधशाला के कई क्षेत्रों में फैले सिस्टम पर काम करने में कुछ चुनौतियाँ हैं।" "इन अलग-अलग क्षेत्रों का नेतृत्व अलग-अलग संगठनों या केंद्रों द्वारा किया जाता है, जिसमें नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन और यूएस नासा का गोडार्ड स्पेस फ़्लाइट सेंटर शामिल है, हमें सभी से बात करनी होगी। दूरबीन पर ऐसा कोई अन्य हार्डवेयर नहीं है जिसकी ज़रूरत हो, इसलिए यह एमआईआरआई के लिए एक अनूठी चुनौती है। यह निश्चित रूप से एमआईआरआई क्रायोकूलर के लिए एक लंबी लाइन रही है, और हम इसे अंतरिक्ष में देखने के लिए तैयार हैं।"
जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप 2021 में दुनिया की प्रमुख अंतरिक्ष विज्ञान वेधशाला के रूप में लॉन्च होगा। वेब हमारे सौर मंडल के रहस्यों को उजागर करेगा, अन्य तारों के आसपास के दूरस्थ विश्वों को देखेगा और हमारे ब्रह्मांड और हमारे स्थान की रहस्यमय संरचनाओं और उत्पत्ति का पता लगाएगा। वेब नासा और उसके साझेदारों ईएसए (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी) और कनाडाई अंतरिक्ष एजेंसी के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय पहल है।
MIRI को NASA और ESA (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी) के बीच 50-50 भागीदारी के माध्यम से विकसित किया गया था। JPL MIRI के लिए अमेरिकी प्रयास का नेतृत्व करता है, और यूरोपीय खगोलीय संस्थानों का एक बहुराष्ट्रीय संघ ESA में योगदान देता है। एरिज़ोना विश्वविद्यालय के जॉर्ज रीके MIRI के अमेरिकी विज्ञान टीम के नेता हैं। गिलियन राइट MIRI की यूरोपीय वैज्ञानिक टीम के प्रमुख हैं।
एटीसी, यूके के एलिस्टेयर ग्लासे, एमआईआरआई उपकरण वैज्ञानिक हैं और माइकल रेस्लर जेपीएल में अमेरिकी परियोजना वैज्ञानिक हैं। यूके एटीसी के लास्ज़लो तामस यूरोपीय संघ का संचालन करते हैं। एमआईआरआई क्रायोकूलर के विकास का नेतृत्व और प्रबंधन जेपीएल द्वारा नासा के ग्रीनबेल्ट, मैरीलैंड स्थित गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर और कैलिफोर्निया के रेडोंडो बीच स्थित नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन के सहयोग से किया गया।