Ինժեներները ՆԱՍԱ-ի Գոդարդի տիեզերական թռիչքների կենտրոնում կատարում են Ջեյմս Ուեբի տիեզերական աստղադիտակի միջին ինֆրակարմիր գործիքի «ընդունման» արարողություն՝ Մեծ Բրիտանիայից մեկնելուց հետո։
JPL-ի թռիչքի տեխնիկներ Ջոնի Մելենդեսը (աջից) և Ջո Մորան զննում են MIRI կրիո-սառեցուցիչը, նախքան այն Կալիֆոռնիայի Ռեդոնդո Բիչ քաղաքում գտնվող Northrop Grumman-ին ուղարկելը: Այնտեղ սառեցուցիչը ամրացված է Ուեբի աստղադիտակի կորպուսին:
MIRI սարքի այս մասը, որը դիտվում է Մեծ Բրիտանիայի Ռադերֆորդի Էփլթոն լաբորատորիայում, պարունակում է ինֆրակարմիր դետեկտորներ: Կրիո-սառեցուցիչը գտնվում է դետեկտորից հեռու, քանի որ այն աշխատում է ավելի բարձր ջերմաստիճանում: Սառը հելիումով լցված խողովակը միացնում է երկու հատվածները:
MIRI-ն (ձախից) տեղադրված է Ռեդոնդո լողափի Northrop Grumman-ի հավասարակշռության գերանի վրա, մինչ ինժեներները պատրաստվում են օգտագործել վերգետնյա կռունկ՝ այն ինտեգրված գիտական ​​գործիքների մոդուլին (ISIM) միացնելու համար: ISIM-ը Ուեբի միջուկն է՝ չորս գիտական ​​գործիքները, որոնցում տեղակայված է աստղադիտակը:
Նախքան MIRI սարքը՝ աստղադիտարանի չորս գիտական ​​գործիքներից մեկը, կարողանա աշխատել, այն պետք է սառեցվի մինչև նյութի հնարավոր ամենացածր ջերմաստիճանը։
ՆԱՍԱ-ի Ջեյմս Ուեբի տիեզերական աստղադիտակը, որի մեկնարկը նախատեսված է դեկտեմբերի 24-ին, պատմության մեջ ամենամեծ տիեզերական աստղադիտարանն է, և այն ունի նույնքան դժվարին խնդիր՝ հավաքել ինֆրակարմիր լույս տիեզերքի հեռավոր անկյուններից, ինչը թույլ կտա գիտնականներին հետազոտել տիեզերքի կառուցվածքն ու ծագումը։ Մեր տիեզերքը և մեր տեղը դրանում։
Շատ տիեզերական մարմիններ, այդ թվում՝ աստղերն ու մոլորակները, ինչպես նաև դրանց առաջացման գազն ու փոշին, արձակում են ինֆրակարմիր լույս, որը երբեմն կոչվում է ջերմային ճառագայթում: Սակայն նույնն են անում նաև մյուս տաք մարմինների մեծ մասը, ինչպիսիք են տոստերը, մարդիկ և էլեկտրոնիկան: Սա նշանակում է, որ Ուեբի չորս ինֆրակարմիր սարքերը կարող են հայտնաբերել իրենց սեփական ինֆրակարմիր լույսը: Այս արտանետումները նվազեցնելու համար սարքը պետք է շատ ցուրտ լինի՝ մոտ 40 Կելվին կամ -388 աստիճան Ֆարենհայտ (-233 աստիճան Ցելսիուս): Սակայն պատշաճ կերպով աշխատելու համար միջին ինֆրակարմիր սարքի, կամ MIRI-ի ներսում գտնվող դետեկտորները պետք է ավելի սառը լինեն՝ 7 Կելվինից (-448 աստիճան Ֆարենհայտ կամ -266 աստիճան Ցելսիուս) ցածր:
Դա ընդամենը մի քանի աստիճանով բարձր է բացարձակ զրոյից (0 Կելվին)՝ տեսականորեն հնարավոր ամենացածր ջերմաստիճանը, չնայած այն երբեք ֆիզիկապես հասանելի չէ, քանի որ այն ցույց է տալիս ջերմության լիակատար բացակայությունը: (Այնուամենայնիվ, MIRI-ն տիեզերքում գործող ամենացուրտ պատկերագրման սարքը չէ):
Ջերմաստիճանը, ըստ էության, ատոմների շարժման արագության չափանիշ է, և բացի սեփական ինֆրակարմիր լույսը հայտնաբերելուց, Ուեբի դետեկտորները կարող են ակտիվանալ նաև իրենց սեփական ջերմային տատանումներով։ MIRI-ն լույսը հայտնաբերում է ավելի ցածր էներգիայի տիրույթում, քան մյուս երեք սարքերը։ Արդյունքում, դրա դետեկտորներն ավելի զգայուն են ջերմային տատանումների նկատմամբ։ Այս անցանկալի ազդանշանները աստղագետներն անվանում են «աղմուկ», և դրանք կարող են գերակշռել Ուեբի կողմից հայտնաբերվող թույլ ազդանշանները։
Մեկնարկից հետո Ուեբը կտեղադրի թենիսի կորտի չափի դիմակ, որը կպաշտպանի MIRI-ն և այլ գործիքները արևի տաքությունից՝ թույլ տալով դրանց պասիվ սառեցնել: Մեկնարկից մոտ 77 օր անց MIRI-ի կրիո-սառեցուցիչը 19 օր կպահանջի՝ սարքի դետեկտորների ջերմաստիճանը 7 Կելվինից ցածր իջեցնելու համար:
«Երկրի վրա համեմատաբար հեշտ է սառեցնել իրերը մինչև այդ ջերմաստիճանը, հաճախ գիտական ​​կամ արդյունաբերական կիրառությունների համար», - ասաց Կոնստանտին Պենանենը, Հարավային Կալիֆոռնիայի NASA-ի ռեակտիվ շարժիչի լաբորատորիայի կրիո-սառեցուցիչների փորձագետը, որը կառավարում է NASA-ի MIRI գործիքը։ «Սակայն այդ Երկրի վրա հիմնված համակարգերը շատ ծավալուն են և էներգաարդյունավետ չեն։ Տիեզերական աստղադիտարանի համար մեզ անհրաժեշտ է սառեցնող սարք, որը ֆիզիկապես կոմպակտ է, էներգաարդյունավետ և պետք է լինի բարձր հուսալիություն, քանի որ մենք չենք կարող դուրս գալ և վերանորոգել այն։ Այսպիսով, սրանք այն մարտահրավերներն են, որոնց մենք բախվում ենք։ Այդ առումով ես կասեի, որ MIRI կրիո-սառեցուցիչները անկասկած առաջատար դիրքերում են»։
Ուեբի գիտական ​​նպատակներից մեկը տիեզերքում ձևավորված առաջին աստղերի հատկությունների ուսումնասիրությունն է: Ուեբի մոտ ինֆրակարմիր տեսախցիկը կամ NIRCam գործիքը կկարողանա հայտնաբերել այս չափազանց հեռավոր օբյեկտները, իսկ MIRI-ն կօգնի գիտնականներին հաստատել, որ լույսի այս թույլ աղբյուրները առաջին սերնդի աստղերի կույտեր են, այլ ոչ թե երկրորդ սերնդի աստղեր, որոնք ձևավորվել են գալակտիկաների էվոլյուցիայի ավելի ուշ փուլում:
Մոտակա ինֆրակարմիր սարքերից ավելի հաստ փոշու ամպերը դիտարկելով՝ MIRI-ն կբացահայտի աստղերի ծննդավայրերը։ Այն նաև կհայտնաբերի Երկրի վրա սովորաբար հանդիպող մոլեկուլներ՝ ինչպիսիք են ջուրը, ածխաթթու գազը և մեթանը, ինչպես նաև ժայռոտ հանքանյութերի մոլեկուլներ, ինչպիսիք են սիլիկատները՝ մոտակա աստղերի շուրջը գտնվող սառը միջավայրերում, որտեղ կարող են ձևավորվել մոլորակներ։ Մոտակա ինֆրակարմիր սարքերն ավելի լավ են այդ մոլեկուլները որպես գոլորշիներ հայտնաբերելու համար ավելի տաք միջավայրերում, մինչդեռ MIRI-ն կարող է դրանք տեսնել որպես սառույց։
«ԱՄՆ-ի և Եվրոպայի փորձը համատեղելով՝ մենք մշակել ենք MIRI-ն՝ որպես Ուեբի հզորություն, որը հնարավորություն կտա աշխարհի տարբեր ծայրերից աստղագետներին պատասխանել աստղերի, մոլորակների և գալակտիկաների ձևավորման և զարգացման վերաբերյալ կարևոր հարցերի», - ասել է Ջիլիան Ռայթը, MIRI գիտական ​​​​խմբի համանախագահը և Մեծ Բրիտանիայի աստղագիտական ​​​​տեխնոլոգիական կենտրոնի (UK ATC) գործիքի եվրոպական գլխավոր հետազոտողը։
MIRI կրիո-սառեցուցիչը օգտագործում է հելիումի գազ՝ բավարար մոտ ինը խմբային փուչիկներ լցնելու համար՝ սարքի դետեկտորներից ջերմությունը հեռացնելու համար: Երկու էլեկտրական կոմպրեսորներ հելիում են մղում խողովակի միջոցով, որը ձգվում է մինչև դետեկտորի գտնվելու վայրը: Խողովակն անցնում է մետաղական բլոկի միջով, որը նույնպես ամրացված է դետեկտորին. սառեցված հելիումը կլանում է բլոկից ավելորդ ջերմությունը՝ դետեկտորի աշխատանքային ջերմաստիճանը պահելով 7 Կելվինից ցածր: Այնուհետև տաքացված (բայց դեռևս սառը) գազը վերադառնում է կոմպրեսոր, որտեղ այն դուրս է մղում ավելորդ ջերմությունը, և ցիկլը նորից սկսվում է: Հիմնականում, համակարգը նման է կենցաղային սառնարաններում և օդորակիչներում օգտագործվողին:
Հելիում տեղափոխող խողովակները պատրաստված են ոսկեզօծ չժանգոտվող պողպատից և ունեն մեկ տասներորդ դյույմից (2.5 մմ) պակաս տրամագիծ։ Այն ձգվում է մոտ 30 ոտնաչափ (10 մետր)՝ տիեզերանավի ավտոբուսի տարածքում գտնվող կոմպրեսորից մինչև աստղադիտարանի մեղրամոմի հիմնական հայելու հետևում գտնվող օպտիկական աստղադիտակի տարրում գտնվող MIRI դետեկտորը։ Երկու տարածքները միացնում է բացվող աշտարակի հավաքածու կամ DTA կոչվող սարքավորումը։ Մեկնարկի համար փաթեթավորվելիս DTA-ն սեղմվում է, մի փոքր մխոցի նման, որպեսզի օգնի տեղադրել պահեստավորված աստղադիտարանը հրթիռի վերևի պաշտպանության մեջ։ Տիեզերքում հայտնվելուց հետո աշտարակը կձգվի՝ սենյակային ջերմաստիճանում աշխատող տիեզերանավի ավտոբուսը առանձնացնելու ավելի սառը օպտիկական աստղադիտակի գործիքներից և թույլ կտա արևապաշտպանին և աստղադիտակին լիովին բացվել։
Այս անիմացիան ցույց է տալիս Ջեյմս Ուեբի տիեզերական աստղադիտակի տեղակայման իդեալական կատարումը մեկնարկից մի քանի ժամ և մի քանի օր անց։ Կենտրոնական բացվող աշտարակի հավաքման ընդլայնումը կմեծացնի MIRI-ի երկու մասերի միջև հեռավորությունը։ Դրանք միացված են սառեցված հելիումով պարուրաձև խողովակներով։
Սակայն երկարացման գործընթացը պահանջում է, որ հելիումի խողովակը երկարացվի ընդարձակվող աշտարակի հավաքույթով։ Այսպիսով, խողովակը պարուրվում է զսպանակի պես, այդ իսկ պատճառով MIRI-ի ինժեներները խողովակի այս մասին անվանել են «Սլինկի»։
«Կան որոշ մարտահրավերներ այնպիսի համակարգի վրա աշխատելիս, որը ընդգրկում է աստղադիտարանի բազմաթիվ շրջաններ», - ասաց JPL MIRI ծրագրի ղեկավար Անալին Շնայդերը: «Այս տարբեր շրջանները ղեկավարում են տարբեր կազմակերպություններ կամ կենտրոններ, այդ թվում՝ Northrop Grumman-ը և ԱՄՆ ՆԱՍԱ-ի Գոդարդի տիեզերական թռիչքների կենտրոնը, մենք պետք է խոսենք բոլորի հետ: Աստղադիտակի վրա այլ սարքավորումներ չկան, որոնք անհրաժեշտ են դա անելու համար, ուստի սա MIRI-ի համար եզակի մարտահրավեր է: MIRI-ի կրիո-սառեցուցիչների ճանապարհը անկասկած երկար է եղել, և մենք պատրաստ ենք այն տեսնել տիեզերքում»:
Ջեյմս Ուեբի տիեզերական աստղադիտակը կմեկնարկի 2021 թվականին՝ որպես աշխարհի առաջատար տիեզերական գիտական ​​աստղադիտարան: Ուեբը կբացահայտի մեր Արեգակնային համակարգի առեղծվածները, կդիտի այլ աստղերի շուրջը գտնվող հեռավոր աշխարհները և կուսումնասիրի մեր տիեզերքի և մեր տեղի առեղծվածային կառուցվածքներն ու ծագումը: Ուեբը միջազգային նախաձեռնություն է, որը գլխավորում են ՆԱՍԱ-ն և նրա գործընկերներ՝ ESA-ն (Եվրոպական տիեզերական գործակալություն) և Կանադական տիեզերական գործակալությունը:
MIRI-ն մշակվել է NASA-ի և ESA-ի (Եվրոպական տիեզերական գործակալություն) միջև 50-50 գործընկերության միջոցով։ JPL-ը ղեկավարում է MIRI-ի համար ԱՄՆ ջանքերը, իսկ եվրոպական աստղագիտական ​​ինստիտուտների բազմազգ կոնսորցիումը նպաստում է ESA-ին։ Արիզոնայի համալսարանից Ջորջ Ռիկեն MIRI-ի ԱՄՆ գիտական ​​թիմի ղեկավարն է։ Ջիլիան Ռայթը MIRI-ի եվրոպական գիտական ​​թիմի ղեկավարն է։
Ալիստեր Գլասը ATC-ից (Մեծ Բրիտանիա) MIRI գործիքների գիտնական է, իսկ Մայքլ Ռեսլերը՝ ԱՄՆ նախագծի գիտնական JPL-ում: Մեծ Բրիտանիայի ATC-ից Լասլո Թամասը ղեկավարում է Եվրամիությունը: MIRI կրիո-սառեցուցիչի մշակումը ղեկավարվել և կառավարվել է JPL-ի կողմից՝ Մերիլենդ նահանգի Գրինբելտ քաղաքում գտնվող NASA-ի Գոդարդի տիեզերական թռիչքների կենտրոնի և Կալիֆոռնիայի Ռեդոնդո Բիչում գտնվող Northrop Grumman-ի հետ համագործակցությամբ: