ინჟინრები დიდი ბრიტანეთიდან გამგზავრების შემდეგ NASA-ს გოდარდის კოსმოსური ფრენების ცენტრში ჯეიმს ვების კოსმოსური ტელესკოპის შუა ინფრაწითელი ინსტრუმენტის „მიღებას“ ატარებენ.
JPL-ის ფრენის ტექნიკოსები ჯონი მელენდესი (მარჯვნივ) და ჯო მორა ამოწმებენ MIRI-ის კრიოგამაგრილებელს, სანამ მას კალიფორნიის შტატის რედონდო-ბიჩში, Northrop Grumman-ში გადააგზავნიან. იქ გამაგრილებელი ვების ტელესკოპის კორპუსზეა მიმაგრებული.
MIRI ინსტრუმენტის ეს ნაწილი, რომელიც დიდი ბრიტანეთის ქალაქ რუტერფორდში, ეპლტონის ლაბორატორიაშია ნანახი, ინფრაწითელ დეტექტორებს შეიცავს. კრიოგამაგრილებლი დეტექტორისგან მოშორებით მდებარეობს, რადგან ის უფრო მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობს. ორ სექციას ცივი ჰელიუმით დატვირთული მილი აკავშირებს.
MIRI (მარცხნივ) რედონდო ბიჩში, Northrop Grumman-ის სადგურზე ბალანსის სხივზე დგას, ინჟინრები კი ემზადებიან ოვერჰედის ამწის გამოყენებით მისი ინტეგრირებული სამეცნიერო ინსტრუმენტების მოდულზე (ISIM) დასამაგრებლად. ISIM ვებს ბირთვს წარმოადგენს, ოთხი სამეცნიერო ინსტრუმენტისგან შემდგარი, რომლებშიც ტელესკოპია განთავსებული.
ობსერვატორიის ოთხი სამეცნიერო ინსტრუმენტიდან ერთ-ერთის — MIRI ინსტრუმენტის — მუშაობამდე, ის მატერიის მიერ მიღწეულ თითქმის ყველაზე დაბალ ტემპერატურამდე უნდა გაცივდეს.
NASA-ს ჯეიმს ვების კოსმოსური ტელესკოპი, რომლის გაშვებაც 24 დეკემბერს არის დაგეგმილი, ისტორიაში უდიდესი კოსმოსური ობსერვატორიაა და მას არანაკლებ რთული ამოცანა აქვს: სამყაროს შორეული კუთხეებიდან ინფრაწითელი სინათლის შეგროვება, რაც მეცნიერებს საშუალებას აძლევს, გამოიკვლიონ სამყაროს სტრუქტურა და წარმოშობა. ჩვენი სამყარო და ჩვენი ადგილი მასში.
ბევრი კოსმოსური ობიექტი — მათ შორის ვარსკვლავები და პლანეტები, ასევე გაზი და მტვერი, საიდანაც ისინი წარმოიქმნება — ასხივებს ინფრაწითელ სინათლეს, რომელსაც ზოგჯერ თერმულ გამოსხივებას უწოდებენ. თუმცა, ასევეა სხვა თბილი ობიექტების უმეტესობა, როგორიცაა ტოსტერები, ადამიანები და ელექტრონიკა. ეს ნიშნავს, რომ ვების ოთხ ინფრაწითელ ინსტრუმენტს შეუძლია საკუთარი ინფრაწითელი სინათლის აღმოჩენა. ამ გამოსხივების შესამცირებლად, ინსტრუმენტი ძალიან ცივი უნდა იყოს — დაახლოებით 40 კელვინი, ანუ მინუს 388 გრადუსი ფარენჰეიტი (მინუს 233 გრადუსი ცელსიუსი). თუმცა, სათანადოდ ფუნქციონირებისთვის, შუა ინფრაწითელი ინსტრუმენტის, ანუ MIRI-ის შიგნით არსებული დეტექტორები უფრო ცივი უნდა იყოს: 7 კელვინზე (მინუს 448 გრადუსი ფარენჰეიტი, ანუ მინუს 266 გრადუსი ცელსიუსი) დაბლა.
ეს აბსოლუტურ ნულზე (0 კელვინი) მხოლოდ რამდენიმე გრადუსით მეტია – თეორიულად შესაძლო ყველაზე დაბალი ტემპერატურა, თუმცა ფიზიკურად მისი მიღწევა არასდროს არის შესაძლებელი, რადგან ის სითბოს სრულ არარსებობას წარმოადგენს. (თუმცა, MIRI არ არის კოსმოსში მოქმედი ყველაზე ცივი გამოსახულების ინსტრუმენტი.)
ტემპერატურა არსებითად ატომების მოძრაობის სიჩქარის საზომია და საკუთარი ინფრაწითელი სინათლის აღმოჩენის გარდა, ვების დეტექტორები შეიძლება გააქტიურდეს საკუთარი თერმული ვიბრაციებით. MIRI აფიქსირებს სინათლეს უფრო დაბალი ენერგეტიკული დიაპაზონში, ვიდრე დანარჩენი სამი ინსტრუმენტი. შედეგად, მისი დეტექტორები უფრო მგრძნობიარენი არიან თერმული ვიბრაციების მიმართ. ეს არასასურველი სიგნალები არის ის, რასაც ასტრონომები „ხმაურს“ უწოდებენ და მათ შეუძლიათ გადაფარონ ვების მიერ აღმოჩენილი სუსტი სიგნალები.
გაშვების შემდეგ, Webb განათავსებს ჩოგბურთის კორტის ზომის ვიზორს, რომელიც დაიცავს MIRI-ს და სხვა ინსტრუმენტებს მზის სიცხისგან, რაც მათ პასიურ გაგრილებას საშუალებას მისცემს. გაშვებიდან დაახლოებით 77 დღის შემდეგ, MIRI-ს კრიოგამაგრილებელს 19 დღე დასჭირდება ინსტრუმენტის დეტექტორების ტემპერატურის 7 კელვინზე დაბლა დასაწევად.
„დედამიწაზე ამ ტემპერატურამდე გაგრილება შედარებით ადვილია, ხშირად სამეცნიერო ან სამრეწველო გამოყენებისთვის“, - თქვა კონსტანტინ პენანენმა, კრიოგამაგრილებლების ექსპერტმა სამხრეთ კალიფორნიაში, NASA-ს რეაქტიული ძრავის ლაბორატორიაში, რომელიც მართავს NASA-ს MIRI ინსტრუმენტს. „მაგრამ დედამიწაზე დაფუძნებული ეს სისტემები ძალიან მოცულობითი და ენერგოეფექტურია. კოსმოსური ობსერვატორიისთვის ჩვენ გვჭირდება ფიზიკურად კომპაქტური, ენერგოეფექტური და ძალიან საიმედო გამაგრილებელი, რადგან ჩვენ არ შეგვიძლია მისი შეკეთება. ასე რომ, ეს არის გამოწვევები, რომელთა წინაშეც ვდგავართ. ამ მხრივ, ვიტყოდი, რომ MIRI კრიოგამაგრილებლები ნამდვილად წინა პლანზეა.“
ვების ერთ-ერთი სამეცნიერო მიზანი სამყაროში ჩამოყალიბებული პირველი ვარსკვლავების თვისებების შესწავლაა. ვების ახლო ინფრაწითელი კამერა ანუ NIRCam ინსტრუმენტი შეძლებს ამ უკიდურესად შორეული ობიექტების აღმოჩენას, ხოლო MIRI დაეხმარება მეცნიერებს დაადასტურონ, რომ სინათლის ეს სუსტი წყაროები პირველი თაობის ვარსკვლავების გროვებია და არა მეორე თაობის ვარსკვლავები, რომლებიც გალაქტიკის ევოლუციის შემდგომ პერიოდში ჩამოყალიბდნენ.
ახლო ინფრაწითელ ინსტრუმენტებზე სქელი მტვრის ღრუბლების დაკვირვებით, MIRI გამოავლენს ვარსკვლავების დაბადების ადგილებს. ის ასევე აღმოაჩენს დედამიწაზე ხშირად აღმოჩენილ მოლეკულებს - როგორიცაა წყალი, ნახშირორჟანგი და მეთანი, ასევე კლდოვანი მინერალების, როგორიცაა სილიკატები, მოლეკულებს - ახლომდებარე ვარსკვლავების გარშემო გრილ გარემოში, სადაც შეიძლება პლანეტები ჩამოყალიბდეს. ახლო ინფრაწითელი ინსტრუმენტები უკეთ აფიქსირებენ ამ მოლეკულებს ორთქლის სახით უფრო ცხელ გარემოში, ხოლო MIRI-ს შეუძლია მათი ყინულის სახით დანახვა.
„ამერიკული და ევროპული ექსპერტიზის გაერთიანებით, ჩვენ შევიმუშავეთ MIRI, როგორც ვების ძალა, რომელიც საშუალებას მისცემს მსოფლიოს ასტრონომებს, უპასუხონ მნიშვნელოვან კითხვებს იმის შესახებ, თუ როგორ ყალიბდება და ვითარდება ვარსკვლავები, პლანეტები და გალაქტიკები“, - განაცხადა გილიან რაიტმა, MIRI-ის სამეცნიერო ჯგუფის თანახელმძღვანელმა და ინსტრუმენტის ევროპელმა მთავარმა მკვლევარმა დიდი ბრიტანეთის ასტრონომიული ტექნოლოგიების ცენტრში (UK ATC).
MIRI-ის კრიოგამაგრილებლის მოწყობილობა იყენებს ჰელიუმის გაზს - საკმარისია დაახლოებით ცხრა სადღესასწაულო ბუშტის შესავსებად - ინსტრუმენტის დეტექტორებიდან სითბოს მოსაშორებლად. ორი ელექტრო კომპრესორი ჰელიუმს ტუმბავს მილის მეშვეობით, რომელიც დეტექტორის ადგილმდებარეობამდე ვრცელდება. მილი გადის ლითონის ბლოკში, რომელიც ასევე მიმაგრებულია დეტექტორზე; გაცივებული ჰელიუმი შთანთქავს ზედმეტ სითბოს ბლოკიდან, რაც დეტექტორის სამუშაო ტემპერატურას 7 კელვინზე დაბლა ინარჩუნებს. გაცხელებული (მაგრამ მაინც ცივი) აირი შემდეგ ბრუნდება კომპრესორში, სადაც ის გამოდევნის ზედმეტ სითბოს და ციკლი თავიდან იწყება. ფუნდამენტურად, სისტემა მსგავსია საყოფაცხოვრებო მაცივრებსა და კონდიციონერებში გამოყენებული სისტემისა.
ჰელიუმის გადამცემი მილები დამზადებულია მოოქროვილი უჟანგავი ფოლადისგან და მათი დიამეტრი 2.5 მმ-ზე ნაკლებია. ის დაახლოებით 10 მეტრის (30 ფუტის) მანძილზე ვრცელდება კოსმოსური ხომალდის ავტობუსის ზონაში მდებარე კომპრესორიდან ობსერვატორიის ფიჭისებრი პირველადი სარკის უკან მდებარე ოპტიკური ტელესკოპის ელემენტში არსებულ MIRI დეტექტორამდე. ამ ორ ზონას აკავშირებს აპარატურა, რომელსაც გასაშლელი კოშკის შეკრება, ანუ DTA ეწოდება. გაშვებისთვის შეფუთვისას, DTA შეკუმშულია, დგუშის მსგავსად, რათა დაეხმაროს ობსერვატორიის რაკეტის თავზე არსებულ დაცვაში დამონტაჟებას. კოსმოსში მოხვედრის შემდეგ, კოშკი გაიჭიმება ოთახის ტემპერატურის კოსმოსური ხომალდის ავტობუსის გასაცალკევებლად უფრო ცივი ოპტიკური ტელესკოპის ინსტრუმენტებისგან და საშუალებას მისცემს მზისგან დამცავ და ტელესკოპს სრულად განლაგდეს.
ეს ანიმაცია ასახავს ჯეიმს ვების კოსმოსური ტელესკოპის განლაგების იდეალურ შესრულებას გაშვებიდან რამდენიმე საათში და დღეში. ცენტრალური გასაშლელი კოშკის შეკრების გაფართოება გაზრდის მანძილს MIRI-ს ორ ნაწილს შორის. ისინი დაკავშირებულია გაცივებული ჰელიუმით სპირალური მილებით.
თუმცა, დაგრძელების პროცესი მოითხოვს ჰელიუმის მილის გაფართოებადი კოშკის შეკრებით დაგრძელებას. ამგვარად, მილი ზამბარასავით ტრიალებს, რის გამოც MIRI-ის ინჟინრებმა მილის ამ ნაწილს მეტსახელი „მოხვეული“ შეარქვეს.
„სისტემაზე მუშაობა, რომელიც ობსერვატორიის რამდენიმე რეგიონს მოიცავს, გარკვეული გამოწვევების წინაშე დგას“, - თქვა ანალინ შნაიდერმა, JPL MIRI-ის პროგრამის მენეჯერმა. „ამ სხვადასხვა რეგიონებს სხვადასხვა ორგანიზაცია ან ცენტრი ხელმძღვანელობს, მათ შორის Northrop Grumman-ი და აშშ-ის NASA-ს Goddard-ის კოსმოსური ფრენების ცენტრი, ჩვენ ყველას უნდა ვესაუბროთ. ტელესკოპზე არ არის სხვა აპარატურა, რომელსაც ამის გაკეთება სჭირდება, ამიტომ ეს მხოლოდ MIRI-სთვის დამახასიათებელი გამოწვევაა. MIRI-ის კრიოგამაგრილებლების გზაზე ნამდვილად გრძელი რიგი იყო და ჩვენ მზად ვართ, რომ ეს კოსმოსში ვნახოთ“.
ჯეიმს ვების კოსმოსური ტელესკოპი 2021 წელს გაეშვება, როგორც მსოფლიოში წამყვანი კოსმოსური მეცნიერების ობსერვატორია. ვები ამოხსნის ჩვენი მზის სისტემის საიდუმლოებებს, დააკვირდება სხვა ვარსკვლავების გარშემო არსებულ შორეულ სამყაროებს და შეისწავლის ჩვენი სამყაროსა და ჩვენი ადგილის იდუმალ სტრუქტურებსა და წარმოშობას. ვები არის საერთაშორისო ინიციატივა, რომელსაც ხელმძღვანელობენ NASA და მისი პარტნიორები ESA (ევროპის კოსმოსური სააგენტო) და კანადის კოსმოსური სააგენტო.
MIRI შემუშავდა NASA-სა და ESA-ს (ევროპის კოსმოსური სააგენტო) შორის 50-50 პარტნიორობის საფუძველზე. JPL ხელმძღვანელობს აშშ-ს ძალისხმევას MIRI-სთვის, ხოლო ევროპული ასტრონომიული ინსტიტუტების მრავალეროვნული კონსორციუმი ხელს უწყობს ESA-ს. ჯორჯ რიკე არიზონას უნივერსიტეტიდან არის MIRI-ს აშშ-ის სამეცნიერო ჯგუფის ხელმძღვანელი. ჯილიან რაიტი არის MIRI-ს ევროპული სამეცნიერო გუნდის ხელმძღვანელი.
დიდი ბრიტანეთის საჰაერო კოსმოსური სადგურის წარმომადგენელი ალისტერ გლასი MIRI-ის ინსტრუმენტების მეცნიერია, ხოლო მაიკლ რესლერი JPL-ში აშშ-ის პროექტის მეცნიერია. დიდი ბრიტანეთის საჰაერო კოსმოსური სადგურის წარმომადგენელი ლასლო ტამასი ევროკავშირს ხელმძღვანელობს. MIRI კრიოგამაგრილებლის შემუშავებას JPL ხელმძღვანელობდა და მართავდა NASA-ს გოდარდის კოსმოსური ფრენების ცენტრთან (გრინბელტი, მერილენდი) და Northrop Grumman-თან (რედონდო ბიჩი, კალიფორნია) თანამშრომლობით.