技術者たちは、英国を出発したジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の中赤外線観測装置の「受入検査」をNASAゴダード宇宙飛行センターで実施した。
JPLのフライト技術者であるジョニー・メレンデス氏（右）とジョー・モラ氏が、カリフォルニア州レドンドビーチにあるノースロップ・グラマン社へ出荷する前に、MIRIの極低温冷却器を検査している。そこで、冷却器はウェッブ宇宙望遠鏡の本体に取り付けられる。
英国ラザフォードのアップルトン研究所で撮影されたMIRI装置のこの部分は、赤外線検出器を備えています。クライオクーラーは、検出器よりも高い温度で動作するため、検出器から離れた場所に設置されています。低温ヘリウムを流すチューブが、この2つの部分をつないでいます。
MIRI（左）は、ノースロップ・グラマン社のレドンドビーチ工場でバランスビームの上に設置されており、技術者たちは天井クレーンを使ってMIRIを統合科学機器モジュール（ISIM）に取り付ける準備をしている。ISIMはウェッブ宇宙望遠鏡の中核となる部分で、望遠鏡を収容する4つの科学機器が搭載されている。
観測所に搭載されている4つの科学観測機器のうちの1つであるMIRI機器は、稼働する前に、物質が到達できるほぼ最低温度まで冷却されなければならない。
12月24日に打ち上げ予定のNASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、史上最大の宇宙望遠鏡であり、宇宙の遠く離れた場所から赤外線を集め、科学者が宇宙の構造と起源、そして宇宙における私たちの位置を探究するという、同様に困難な任務を担っています。
星や惑星、それらを形成するガスや塵など、多くの宇宙天体は赤外線を放出します。赤外線は熱放射とも呼ばれます。しかし、トースター、人間、電子機器など、他のほとんどの温かい物体も同様です。つまり、ウェッブ宇宙望遠鏡の4つの赤外線観測装置は、自身の赤外線を検出できるということです。これらの放射を減らすには、装置を非常に低温にする必要があります。約40ケルビン、つまり華氏マイナス388度（摂氏マイナス233度）です。しかし、中赤外線観測装置（MIRI）の内部にある検出器を適切に機能させるには、7ケルビン（華氏マイナス448度、摂氏マイナス266度）以下まで低温にする必要があります。
それは絶対零度（0ケルビン）よりほんの数度高い温度です。絶対零度とは、理論的には到達可能な最低温度ですが、熱が完全に存在しない状態を表すため、物理的に到達することは決してできません。（ただし、MIRIは宇宙で稼働している画像撮影装置の中で最も低温というわけではありません。）
温度は基本的に原子の運動速度の尺度であり、ウェッブの検出器は自身の赤外線を検出するだけでなく、自身の熱振動によっても作動します。MIRIは他の3つの機器よりも低いエネルギー範囲の光を検出します。そのため、その検出器は熱振動に対してより敏感です。これらの不要な信号は天文学者が「ノイズ」と呼ぶもので、ウェッブが検出しようとしている微弱な信号を圧倒してしまう可能性があります。
打ち上げ後、ウェッブ宇宙望遠鏡はテニスコートほどの大きさのバイザーを展開し、MIRIやその他の観測機器を太陽の熱から遮り、受動的に冷却できるようにします。打ち上げから約77日後から、MIRIの極低温冷却器は19日間かけて、観測機器の検出器の温度を7ケルビン以下に下げます。
「地球上では、科学や産業用途で、比較的簡単にその温度まで冷却できます」と、NASAジェット推進研究所（南カリフォルニア）の極低温冷却器専門家であるコンスタンティン・ペナネン氏は語る。同研究所はNASAのためにMIRI機器を管理している。「しかし、そうした地球上のシステムは非常に大きく、エネルギー効率が悪い。宇宙観測所には、物理​​的にコンパクトでエネルギー効率が良く、しかも非常に信頼性の高い冷却器が必要です。なぜなら、現場に行って修理することはできないからです。これが私たちが直面している課題です。その点において、MIRIの極低温冷却器は間違いなく最先端にあると言えるでしょう。」
ウェッブ宇宙望遠鏡の科学的目標の一つは、宇宙で最初に形成された星の特性を研究することです。ウェッブの近赤外線カメラ（NIRCam）は、これらの極めて遠方の天体を検出することができ、MIRIは、これらの微かな光源が、銀河の進化の過程で後に形成された第二世代の星ではなく、第一世代の星の集まりであることを科学者が確認するのに役立ちます。
MIRIは、近赤外線観測装置よりも厚い塵の雲を観測することで、星の誕生場所を明らかにします。また、惑星が形成される可能性のある近傍の恒星の周囲の低温環境で、水、二酸化炭素、メタンなどの地球上で一般的な分子や、ケイ酸塩などの岩石鉱物の分子も検出します。近赤外線観測装置は、高温環境でこれらの分子を蒸気として検出するのに適していますが、MIRIは氷として観測することができます。
「米国と欧州の専門知識を組み合わせることで、私たちはウェッブ宇宙望遠鏡の力を受け継ぐMIRIを開発しました。これにより、世界中の天文学者が、星、惑星、銀河がどのように形成され進化するのかという大きな疑問に答えることができるようになります」と、MIRI科学チームの共同リーダーであり、英国天文技術センター（UK ATC）の同装置の欧州主任研究員であるジリアン・ライト氏は述べています。
MIRIの極低温冷却器は、約9個のパーティーバルーンを満たすのに十分な量のヘリウムガスを使用して、装置の検出器から熱を運び去ります。2台の電動コンプレッサーが、検出器が設置されている場所まで伸びるチューブを通してヘリウムを送り込みます。チューブは、検出器にも取り付けられている金属ブロックの中を通っています。冷却されたヘリウムはブロックから余分な熱を吸収し、検出器の動作温度を7ケルビン以下に保ちます。加熱された（しかしまだ冷たい）ガスはコンプレッサーに戻り、そこで余分な熱を放出し、サイクルが再び始まります。基本的には、このシステムは家庭用冷蔵庫やエアコンで使用されているものと似ています。
ヘリウムを運ぶパイプは金メッキされたステンレス鋼製で、直径は 2.5 mm 未満です。宇宙船バスエリアにある圧縮機から、観測所のハニカム主鏡の後ろにある光学望遠鏡要素の MIRI 検出器まで、約 10 メートル伸びています。展開式タワーアセンブリ (DTA) と呼ばれるハードウェアが、2 つのエリアを接続します。打ち上げ用に梱包されるとき、DTA はピストンのように圧縮され、格納された観測所をロケット上部の保護装置に取り付けるのに役立ちます。宇宙空間に入ると、タワーが伸びて室温の宇宙船バスを低温の光学望遠鏡機器から分離し、サンシェードと望遠鏡を完全に展開できるようにします。
このアニメーションは、打ち上げから数時間後と数日後のジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の理想的な展開の様子を示しています。中央の展開式タワーアセンブリの拡張により、MIRIの2つの部分間の距離が広がります。これらは冷却されたヘリウムが入ったらせん状のチューブで接続されています。
しかし、伸長プロセスでは、ヘリウム管を拡張可能なタワーアセンブリで伸ばす必要があります。そのため、管はバネのように巻かれ、MIRIのエンジニアはこの部分を「スリンキー」と名付けました。
「観測所の複数の領域にまたがるシステムに取り組むには、いくつかの課題があります」と、JPL MIRIプログラムマネージャーのアナリン・シュナイダー氏は語った。「これらの異なる領域は、ノースロップ・グラマンやNASAゴダード宇宙飛行センターなど、さまざまな組織やセンターが主導しており、私たちは全員と連絡を取り合わなければなりません。望遠鏡には、このような調整が必要なハードウェアは他にありません。そのため、これはMIRI特有の課題です。MIRIの極低温冷却器の開発は確かに長い道のりでしたが、宇宙空間でその性能を目にする準備は整っています。」
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、世界最高峰の宇宙科学観測所として2021年に打ち上げられます。ウェッブ望遠鏡は、太陽系の謎を解き明かし、他の恒星の周りの遠い惑星を観測し、宇宙と私たちの存在の神秘的な構造と起源を探求します。ウェッブは、NASAとそのパートナーであるESA（欧州宇宙機関）およびカナダ宇宙庁が主導する国際的な取り組みです。
MIRIは、NASAとESA（欧州宇宙機関）の50対50のパートナーシップによって開発されました。JPLはMIRIの米国における取り組みを主導し、欧州の天文学研究所からなる多国籍コンソーシアムがESAに貢献しています。アリゾナ大学のジョージ・リーケはMIRIの米国科学チームのリーダーであり、ジリアン・ライトはMIRIの欧州科学チームの責任者です。
英国ATCのアリスター・グラス氏はMIRI機器科学者であり、マイケル・レスラー氏はJPLの米国プロジェクト科学者である。英国ATCのラズロ・タマス氏は欧州連合を担当している。MIRI極低温冷却器の開発は、JPLが主導し、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センター、およびカリフォルニア州レドンドビーチにあるノースロップ・グラマン社と協力して行われた。