Инженерлер Ұлыбританиядан ұшып шыққаннан кейін NASA-ның Годдард ғарыштық ұшу орталығында Джеймс Уэбб ғарыштық телескопының орта инфрақызыл құралын «қабылдау» рәсімін өткізіп жатыр.
JPL борт техниктері Джонни Мелендес (оң жақта) және Джо Мора MIRI криокаллерін Калифорния штатындағы Редондо-Бич қаласындағы Нортроп Грумманға жібермес бұрын тексеріп жатыр. Онда салқындатқыш Уэбб телескопының корпусына бекітілген.
Ұлыбританияның Резерфорд қаласындағы Эпплтон зертханасында байқалған MIRI құралының бұл бөлігінде инфрақызыл детекторлар бар. Криосалқытқыш жоғары температурада жұмыс істейтіндіктен детектордан алыс орналасқан. Суық гелий тасымалдайтын түтік екі бөлікті байланыстырады.
MIRI (сол жақта) Редондо жағажайындағы Нортроп Груммандағы тепе-теңдік арқалығында тұр, ал инженерлер оны интеграцияланған ғылыми құралдар модуліне (ISIM) бекіту үшін кранды пайдалануға дайындалып жатыр. ISIM - Уэббтің өзегі, телескоп орналасқан төрт ғылыми құрал.
MIRI құралы — обсерваториядағы төрт ғылыми құралдың бірі — жұмыс істей бастамас бұрын, оны зат жете алатын ең төменгі температураға дейін салқындату керек.
24 желтоқсанда ұшырылуы жоспарланған NASA-ның Джеймс Уэбб ғарыштық телескопы тарихтағы ең үлкен ғарыштық обсерватория болып табылады және оның міндеті де қиын: ғаламның алыс бұрыштарынан инфрақызыл сәулені жинау, ғалымдарға ғаламның құрылымы мен шығу тегін зерттеуге мүмкіндік береді. Біздің ғаламымыз және ондағы орнымыз.
Көптеген ғарыштық нысандар, соның ішінде жұлдыздар мен планеталар, сондай-ақ олар пайда болатын газ бен шаң, кейде жылулық сәулелену деп аталатын инфрақызыл сәуле шығарады. Бірақ тостерлер, адамдар және электроника сияқты басқа да жылы нысандардың көпшілігі де солай. Бұл Webb-тің төрт инфрақызыл құралы өздерінің инфрақызыл сәулесін анықтай алатынын білдіреді. Бұл сәулеленуді азайту үшін құрал өте суық болуы керек - шамамен 40 Кельвин немесе минус 388 градус Фаренгейт (минус 233 градус Цельсий). Бірақ дұрыс жұмыс істеу үшін орта инфрақызыл құралдың немесе MIRI ішіндегі детекторлар суық болуы керек: 7 Кельвиннен төмен (минус 448 градус Фаренгейт немесе минус 266 градус Цельсий).
Бұл абсолютті нөлден (0 Кельвин) бірнеше градусқа жоғары – теориялық тұрғыдан мүмкін болатын ең төменгі температура, дегенмен оған ешқашан физикалық тұрғыдан қол жеткізу мүмкін емес, себебі ол ешқандай жылудың толық болмауын білдіреді. (Дегенмен, MIRI ғарышта жұмыс істейтін ең суық бейнелеу құралы емес.)
Температура негізінен атомдардың қаншалықты жылдам қозғалатынын өлшейді, және өздерінің инфрақызыл жарығын анықтаумен қатар, Webb детекторларын өздерінің жылулық тербелістері іске қоса алады. MIRI басқа үш құралға қарағанда төмен энергия диапазонындағы жарықты анықтайды. Нәтижесінде, оның детекторлары жылулық тербелістерге сезімталырақ. Бұл қажетсіз сигналдарды астрономдар «шу» деп атайды және олар Webb анықтауға тырысатын әлсіз сигналдарды басып тастай алады.
Ұшырылғаннан кейін Webb MIRI және басқа да құралдарды күннің ыстығынан қорғайтын, олардың пассивті түрде салқындауына мүмкіндік беретін теннис кортының өлшеміндегі күнқағарды орналастырады. Ұшырылғаннан кейін шамамен 77 күннен кейін MIRI криокаллері құралдың детекторларының температурасын 7 Кельвиннен төмен түсіру үшін 19 күн қажет болады.
«Жер бетінде заттарды сол температураға дейін салқындату салыстырмалы түрде оңай, көбінесе ғылыми немесе өнеркәсіптік қолдану үшін», - дейді NASA үшін MIRI құралын басқаратын Оңтүстік Калифорниядағы NASA-ның реактивті қозғалыс зертханасының криокаллер маманы Константин Пенанен. «Бірақ Жерге негізделген жүйелер өте көлемді және энергия тиімсіз. Ғарыштық обсерватория үшін бізге физикалық тұрғыдан ықшам, энергия тиімді салқындатқыш қажет, және ол өте сенімді болуы керек, себебі біз оны жөндей алмаймыз. Сондықтан біз осындай қиындықтарға тап боламыз. Осыған байланысты, мен MIRI криокаллерлері сөзсіз алдыңғы қатарда деп айтар едім».
Уэббтің ғылыми мақсаттарының бірі - ғаламда пайда болған алғашқы жұлдыздардың қасиеттерін зерттеу. Уэббтің жақын инфрақызыл камерасы немесе NIRCam құралы бұл өте алыс нысандарды анықтай алады, ал MIRI ғалымдарға бұл әлсіз жарық көздері галактика эволюциясында кейінірек пайда болған екінші буын жұлдыздары емес, бірінші буын жұлдыздарының шоғырлары екенін растауға көмектеседі.
MIRI жақын инфрақызыл құралдарға қарағанда қалыңырақ шаң бұлттарын қарау арқылы жұлдыздардың пайда болған жерлерін ашады. Сондай-ақ, ол Жерде жиі кездесетін молекулаларды - мысалы, су, көмірқышқыл газы және метанды, сондай-ақ силикаттар сияқты тасты минералдардың молекулаларын - жақын жұлдыздардың айналасындағы салқын ортада, планеталар пайда болуы мүмкін жерлерде анықтайды. Жақын инфрақызыл құралдар бұл молекулаларды ыстық ортада бу ретінде анықтауда жақсырақ, ал MIRI оларды мұз ретінде көре алады.
«АҚШ пен Еуропалық тәжірибені біріктіру арқылы біз MIRI-ді Уэббтің күші ретінде әзірледік, бұл бүкіл әлемдегі астрономдарға жұлдыздардың, планеталардың және галактикалардың қалай пайда болатыны және эволюциясы туралы маңызды сұрақтарға жауап беруге мүмкіндік береді», - деді MIRI ғылыми тобының тең жетекшісі және Ұлыбританияның Астрономиялық технологиялар орталығындағы (UK ATC) құралдың еуропалық бас зерттеушісі Джиллиан Райт.
MIRI криокаллері құралдың детекторларынан жылуды алып кету үшін гелий газын пайдаланады - шамамен тоғыз шарды толтыруға жеткілікті -. Екі электрлік компрессор гелийді детектор орналасқан жерге дейін созылатын түтік арқылы айдайды. Түтік детекторға бекітілген металл блок арқылы өтеді; салқындатылған гелий блоктан артық жылуды сіңіреді, детектордың жұмыс температурасын 7 Кельвиннен төмен ұстайды. Қыздырылған (бірақ әлі де суық) газ компрессорға оралады, онда артық жылуды шығарады және цикл қайтадан басталады. Негізінен, жүйе тұрмыстық тоңазытқыштар мен кондиционерлерде қолданылатын жүйеге ұқсас.
Гелий тасымалдайтын құбырлар алтын жалатылған тот баспайтын болаттан жасалған және диаметрі дюймнің оннан бір бөлігінен (2,5 мм) аз. Ол ғарыш кемесінің шина аймағында орналасқан компрессордан обсерваторияның ұя тәрізді негізгі айнасының артында орналасқан оптикалық телескоп элементіндегі MIRI детекторына дейін шамамен 10 метрге созылады. Орналастырылатын мұнара жинағы немесе DTA деп аталатын аппараттық құрал екі аймақты байланыстырады. Ұшыру үшін оралған кезде, DTA поршень сияқты қысылып, орналастырылған обсерваторияны зымыранның үстіндегі қорғанысқа орнатуға көмектеседі. Ғарышта болғаннан кейін мұнара бөлме температурасындағы ғарыш кемесінің шинасын салқын оптикалық телескоп құралдарынан бөлу және күннен қорғайтын қалқан мен телескоптың толық орналасуына мүмкіндік беру үшін созылады.
Бұл анимация Джеймс Уэбб ғарыштық телескопын ұшырылғаннан кейін бірнеше сағат және күн өткен соң орналастырудың тамаша орындалуын көрсетеді. Орталық орналастырылатын мұнара жинағының кеңеюі MIRI екі бөлігі арасындағы қашықтықты арттырады. Олар салқындатылған гелий қосылған спиральды түтіктер арқылы қосылған.
Бірақ созылу процесі гелий түтігін кеңейтілетін мұнара жинағымен ұзартуды талап етеді. Сондықтан түтік серіппе сияқты оралады, сондықтан MIRI инженерлері түтіктің бұл бөлігін «Slinky» деп атады.
«Обсерваторияның бірнеше аймағын қамтитын жүйемен жұмыс істеуде кейбір қиындықтар бар», - деді JPL MIRI бағдарламасының менеджері Аналин Шнайдер. «Бұл әртүрлі аймақтарды Northrop Grumman және АҚШ NASA-ның Goddard ғарыштық ұшу орталығы сияқты әртүрлі ұйымдар немесе орталықтар басқарады, біз барлығымен сөйлесуіміз керек. Телескопта мұны істеуді қажет ететін басқа жабдық жоқ, сондықтан бұл MIRI-ге ғана тән қиындық. Бұл MIRI криокаллерлері жолында ұзақ кезек болғаны сөзсіз, және біз оны ғарышта көруге дайынбыз».
Джеймс Уэбб ғарыштық телескопы 2021 жылы әлемдегі жетекші ғарыштық ғылым обсерваториясы ретінде іске қосылады. Уэбб біздің күн жүйеміздің құпияларын ашады, басқа жұлдыздардың айналасындағы алыс әлемдерге көз жүгіртеді және біздің ғаламымыздың және біздің жеріміздің жұмбақ құрылымдары мен шығу тегін зерттейді. Уэбб - NASA және оның серіктестері ESA (Еуропалық ғарыш агенттігі) және Канада ғарыш агенттігі басқаратын халықаралық бастама.
MIRI NASA мен ESA (Еуропалық ғарыш агенттігі) арасындағы 50-50 серіктестік арқылы әзірленді. JPL АҚШ-тың MIRI бойынша күш-жігерін басқарады, ал еуропалық астрономиялық институттардың көпұлтты консорциумы ESA-ға үлес қосады. Аризона университетінің өкілі Джордж Рике - MIRI-дің АҚШ ғылым тобының жетекшісі. Джиллиан Райт - MIRI-дің еуропалық ғылыми тобының жетекшісі.
Ұлыбританияның ATC компаниясынан Алистер Гласс MIRI аспап ғалымы, ал Майкл Ресслер JPL жобасындағы АҚШ ғалымы. Ұлыбританияның ATC компаниясынан Ласло Тамас Еуропалық Одақты басқарады. MIRI криокалқытқышын әзірлеуді JPL NASA-ның Мэриленд штатындағы Гринбелт қаласындағы Годдард ғарыштық ұшу орталығымен және Калифорния штатындағы Редондо-Бич қаласындағы Нортроп Грумманмен бірлесіп басқарды және басқарды.