ब्रिटेन से रवाना होने के बाद इंजीनियरों ने नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर में जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप के मध्य-अवरक्त उपकरण की "स्वीकृति" प्रक्रिया आयोजित की।
जेपीएल के फ्लाइट तकनीशियन जॉनी मेलेंडेज़ (दाएं) और जो मोरा, कैलिफोर्निया के रेडोंडो बीच स्थित नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन को भेजे जाने से पहले एमआईआरआई क्रायोकूलर का निरीक्षण कर रहे हैं। वहां, कूलर को वेब टेलीस्कोप के मुख्य भाग से जोड़ा जाता है।
ब्रिटेन के रदरफोर्ड स्थित एपलटन प्रयोगशाला में देखे जा रहे MIRI उपकरण के इस भाग में अवरक्त डिटेक्टर लगे हैं। क्रायोकूलर डिटेक्टर से दूर स्थित है क्योंकि यह उच्च तापमान पर काम करता है। ठंडी हीलियम ले जाने वाली एक नली दोनों भागों को जोड़ती है।
रेडोंडो बीच स्थित नॉर्थरोप ग्रुम्मन में MIRI (बाएं) एक बैलेंस बीम पर रखी है, जहां इंजीनियर इसे इंटीग्रेटेड साइंटिफिक इंस्ट्रूमेंट मॉड्यूल (ISIM) से जोड़ने के लिए ओवरहेड क्रेन का उपयोग करने की तैयारी कर रहे हैं। ISIM वेब का कोर है, जिसमें दूरबीन को रखने वाले चार वैज्ञानिक उपकरण शामिल हैं।
वेधशाला में मौजूद चार वैज्ञानिक उपकरणों में से एक, एमआईआरआई उपकरण के काम करने से पहले, इसे उस न्यूनतम तापमान के लगभग बराबर ठंडा करना होगा जिस तक पदार्थ पहुंच सकता है।
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 चुनौतीपूर्ण है: ब्रह्मांड के सुदूर कोनों से अवरक्त प्रकाश एकत्र करना, जिससे वैज्ञानिकों को ब्रह्मांड की संरचना और उत्पत्ति का अध्ययन करने में मदद मिलेगी। हमारा ब्रह्मांड और उसमें हमारा स्थान।
कई खगोलीय पिंड—जिनमें तारे और ग्रह, तथा वे गैस और धूल जिनसे वे बने हैं—अवरक्त प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, जिसे कभी-कभी ऊष्मीय विकिरण भी कहा जाता है। लेकिन अधिकांश अन्य गर्म वस्तुएँ, जैसे टोस्टर, मनुष्य और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण भी ऐसा ही करते हैं। इसका अर्थ है कि वेब के चार अवरक्त उपकरण अपने स्वयं के अवरक्त प्रकाश का पता लगा सकते हैं। इन उत्सर्जनों को कम करने के लिए, उपकरण को बहुत ठंडा होना चाहिए—लगभग 40 केल्विन, या माइनस 388 डिग्री फ़ारेनहाइट (माइनस 233 डिग्री सेल्सियस)। लेकिन ठीक से काम करने के लिए, मध्य-अवरक्त उपकरण, या MIRI के अंदर के डिटेक्टरों को और भी ठंडा होना चाहिए: 7 केल्विन से नीचे (माइनस 448 डिग्री फ़ारेनहाइट, या माइनस 266 डिग्री सेल्सियस)।
यह परम शून्य (0 केल्विन) से कुछ ही डिग्री ऊपर है - सैद्धांतिक रूप से संभव सबसे कम तापमान, हालांकि यह भौतिक रूप से कभी भी प्राप्त नहीं किया जा सकता है क्योंकि यह किसी भी प्रकार की ऊष्मा की पूर्ण अनुपस्थिति को दर्शाता है। (हालांकि, MIRI अंतरिक्ष में संचालित होने वाला सबसे ठंडा इमेजिंग उपकरण नहीं है।)
तापमान मूलतः परमाणुओं की गति का माप है, और वेब डिटेक्टर अपने स्वयं के अवरक्त प्रकाश का पता लगाने के अलावा, अपने स्वयं के तापीय कंपन से भी सक्रिय हो सकते हैं। MIRI अन्य तीन उपकरणों की तुलना में कम ऊर्जा श्रेणी में प्रकाश का पता लगाता है। परिणामस्वरूप, इसके डिटेक्टर तापीय कंपन के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। खगोलविद इन अवांछित संकेतों को "शोर" कहते हैं, और ये उन मंद संकेतों को दबा सकते हैं जिनका पता लगाने की वेब कोशिश कर रहा है।
प्रक्षेपण के बाद, वेब एक टेनिस कोर्ट के आकार का विज़र लगाएगा जो MIRI और अन्य उपकरणों को सूर्य की गर्मी से बचाएगा, जिससे वे निष्क्रिय रूप से ठंडे हो सकेंगे। प्रक्षेपण के लगभग 77 दिन बाद, MIRI का क्रायोकूलर उपकरण के डिटेक्टरों का तापमान 7 केल्विन से नीचे लाने में 19 दिन लेगा।
दक्षिणी कैलिफोर्निया में नासा की जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी के क्रायोकूलर विशेषज्ञ कॉन्स्टेंटिन पेनानेन ने कहा, “पृथ्वी पर चीजों को उस तापमान तक ठंडा करना अपेक्षाकृत आसान है, अक्सर वैज्ञानिक या औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए। यह प्रयोगशाला नासा के लिए MIRI उपकरण का प्रबंधन करती है। लेकिन पृथ्वी पर आधारित ये प्रणालियाँ बहुत भारी और ऊर्जा की दृष्टि से अक्षम होती हैं। अंतरिक्ष वेधशाला के लिए, हमें एक ऐसे कूलर की आवश्यकता है जो आकार में छोटा, ऊर्जा कुशल और अत्यधिक विश्वसनीय हो, क्योंकि हम बाहर जाकर इसकी मरम्मत नहीं कर सकते। इसलिए ये वे चुनौतियाँ हैं जिनका हमें सामना करना पड़ता है। इस संदर्भ में, मैं कहूंगा कि MIRI क्रायोकूलर निश्चित रूप से सबसे आगे हैं।”
वेब के वैज्ञानिक लक्ष्यों में से एक ब्रह्मांड में बनने वाले पहले तारों के गुणों का अध्ययन करना है। वेब का नियर-इन्फ्रारेड कैमरा या एनआईआरसीएएम उपकरण इन अत्यंत दूरस्थ पिंडों का पता लगाने में सक्षम होगा, और एमआईआरआई वैज्ञानिकों को यह पुष्टि करने में मदद करेगा कि प्रकाश के ये धुंधले स्रोत पहली पीढ़ी के तारों के समूह हैं, न कि दूसरी पीढ़ी के तारे जो आकाशगंगा के विकास में बाद में बने।
निकट-अवरक्त उपकरणों की तुलना में अधिक घने धूल के बादलों का अध्ययन करके, MIRI तारों के जन्मस्थानों का पता लगाएगा। यह पृथ्वी पर सामान्य रूप से पाए जाने वाले अणुओं - जैसे पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन, साथ ही सिलिकेट जैसे चट्टानी खनिजों के अणुओं - का पता आस-पास के तारों के ठंडे वातावरण में भी लगाएगा, जहाँ 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 इन्हें बर्फ के रूप में देख सकता है।
यूके एस्ट्रोनॉमिकल टेक्नोलॉजी सेंटर (यूके एटीसी) में एमआईआरआई विज्ञान टीम की सह-प्रमुख और इस उपकरण के लिए यूरोपीय प्रधान अन्वेषक गिलियन राइट ने कहा, "अमेरिकी और यूरोपीय विशेषज्ञता को मिलाकर, हमने एमआईआरआई को वेब की शक्ति के रूप में विकसित किया है, जो दुनिया भर के खगोलविदों को यह समझने में सक्षम बनाएगा कि तारे, ग्रह और आकाशगंगाएँ कैसे बनती हैं और विकसित होती हैं, इस बारे में बड़े सवालों के जवाब देने में सक्षम बनाएगा।"
MIRI क्रायोकूलर उपकरण के डिटेक्टरों से ऊष्मा को दूर करने के लिए हीलियम गैस का उपयोग करता है—जो लगभग नौ पार्टी गुब्बारों को भरने के लिए पर्याप्त है। दो इलेक्ट्रिक कंप्रेसर एक ट्यूब के माध्यम से हीलियम को पंप करते हैं जो डिटेक्टर तक जाती है। यह ट्यूब धातु के एक ब्लॉक से होकर गुजरती है जो डिटेक्टर से भी जुड़ा होता है; ठंडी हीलियम ब्लॉक से अतिरिक्त ऊष्मा को अवशोषित कर लेती है, जिससे डिटेक्टर का परिचालन तापमान 7 केल्विन से नीचे बना रहता है। गर्म (लेकिन फिर भी ठंडी) गैस कंप्रेसर में वापस आ जाती है, जहां यह अतिरिक्त ऊष्मा को बाहर निकाल देती है, और चक्र फिर से शुरू हो जाता 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 चढ़े स्टेनलेस स्टील से बनी होती हैं और इनका व्यास एक इंच के दसवें हिस्से (2.5 मिमी) से भी कम होता है। यह अंतरिक्ष यान बस क्षेत्र में स्थित कंप्रेसर से लेकर वेधशाला के मधुकोश प्राथमिक दर्पण के पीछे स्थित ऑप्टिकल टेलीस्कोप तत्व में MIRI डिटेक्टर तक लगभग 30 फीट (10 मीटर) तक फैली होती है। एक परिनियोजित टावर असेंबली (DTA) नामक हार्डवेयर इन दोनों क्षेत्रों को जोड़ता है। प्रक्षेपण के लिए पैक करते समय, DTA को पिस्टन की तरह संपीड़ित किया जाता है, ताकि रॉकेट के शीर्ष पर स्थित सुरक्षात्मक आवरण में संग्रहित वेधशाला को स्थापित करने में मदद मिल सके। अंतरिक्ष में पहुंचने के बाद, टावर कमरे के तापमान वाले अंतरिक्ष यान बस को ठंडे ऑप्टिकल टेलीस्कोप उपकरणों से अलग करने के लिए फैलता है और सनशेड और टेलीस्कोप को पूरी तरह से तैनात होने देता है।
यह एनिमेशन जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप के प्रक्षेपण के घंटों और दिनों बाद उसके आदर्श परिनियोजन को दर्शाता है। केंद्रीय परिनियोजनीय टॉवर असेंबली के विस्तार से MIRI के दोनों भागों के बीच की दूरी बढ़ जाएगी। ये भाग ठंडी हीलियम से भरी सर्पिलाकार नलियों द्वारा जुड़े हुए हैं।
लेकिन विस्तार की प्रक्रिया के लिए हीलियम ट्यूब को विस्तार योग्य टॉवर असेंबली के साथ विस्तारित करना आवश्यक होता है। इसलिए ट्यूब एक स्प्रिंग की तरह कुंडलित हो जाती है, यही कारण है कि MIRI के इंजीनियरों ने ट्यूब के इस हिस्से को "स्लिंकी" उपनाम दिया है।
जेपीएल एमआईआरआई कार्यक्रम प्रबंधक एनालिन श्नाइडर ने कहा, "एक ऐसी प्रणाली पर काम करने में कुछ चुनौतियाँ हैं जो वेधशाला के कई क्षेत्रों में फैली हुई है। इन विभिन्न क्षेत्रों का नेतृत्व अलग-अलग संगठन या केंद्र करते हैं, जिनमें नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन और अमेरिकी नासा का गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर शामिल हैं। हमें सभी से बात करनी पड़ती है। टेलीस्कोप पर ऐसा कोई अन्य हार्डवेयर नहीं है जिसे ऐसा करने की आवश्यकता हो, इसलिए यह एमआईआरआई के लिए एक अनूठी चुनौती है। एमआईआरआई क्रायोकूलर के लिए निश्चित रूप से लंबा इंतजार करना पड़ा है, और हम इसे अंतरिक्ष में देखने के लिए तैयार हैं।"
जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप 2021 में विश्व की अग्रणी अंतरिक्ष विज्ञान वेधशाला के रूप में लॉन्च किया जाएगा। वेब टेलीस्कोप हमारे सौर मंडल के रहस्यों को उजागर करेगा, अन्य तारों के आसपास की दूरस्थ दुनियाओं का अध्ययन करेगा और हमारे ब्रह्मांड की रहस्यमय संरचनाओं और उत्पत्ति तथा उसमें हमारी भूमिका का पता लगाएगा। वेब टेलीस्कोप नासा और उसके साझेदारों ईएसए (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी) और कनाडाई अंतरिक्ष एजेंसी के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय पहल है।
MIRI का विकास NASA और ESA (यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी) के बीच 50-50 की साझेदारी के माध्यम से हुआ। JPL, MIRI के लिए अमेरिकी प्रयासों का नेतृत्व करता है, और यूरोपीय खगोलीय संस्थानों का एक बहुराष्ट्रीय संघ ESA में योगदान देता है। एरिजोना विश्वविद्यालय के जॉर्ज रीके MIRI की अमेरिकी विज्ञान टीम के प्रमुख हैं। जिलियन राइट MIRI की यूरोपीय वैज्ञानिक टीम की प्रमुख हैं।
ब्रिटेन के एटीसी के एलिसटेयर ग्लास एमआईआरआई के इंस्ट्रूमेंट साइंटिस्ट हैं और जेपीएल में माइकल रेसलर यूएस प्रोजेक्ट साइंटिस्ट हैं। ब्रिटेन के एटीसी के लास्ज़लो तामास यूरोपीय संघ का संचालन करते हैं। एमआईआरआई क्रायोकूलर का विकास जेपीएल द्वारा नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर (ग्रीनबेल्ट, मैरीलैंड) और नॉर्थ्रॉप ग्रुम्मन (रेडोंडो बीच, कैलिफोर्निया) के सहयोग से किया गया था।