Инженерите вршат „прифаќање“ на инструментот за средноинфрацрвено подрачје на вселенскиот телескоп Џејмс Веб во Центарот за вселенски летови Годард на НАСА по заминувањето од Велика Британија.
Техничарите за летање на JPL, Џони Мелендез (десно) и Џо Мора го проверуваат криоладилникот MIRI пред да го испратат во Нортроп Груман во Редондо Бич, Калифорнија. Таму, ладилникот е прикачен на телото на телескопот Веб.
Овој дел од инструментот MIRI, виден во лабораторијата Аплтон во Радерфорд, Велика Британија, содржи инфрацрвени детектори. Криоладилникот се наоѓа подалеку од детекторот бидејќи работи на повисока температура. Цевка што носи ладен хелиум ги поврзува двата дела.
MIRI (лево) се наоѓа на греда за рамнотежа во Нортроп Груман во Редондо Бич, додека инженерите се подготвуваат да користат надземен кран за да го прикачат на Интегрираниот модул за научни инструменти (ISIM). ISIM е јадрото на Веб, четирите научни инструменти во кои е сместен телескопот.
Пред инструментот MIRI - еден од четирите научни инструменти на опсерваторијата - да може да работи, тој мора да се олади до речиси најниската температура што може да ја достигне материјата.
Вселенскиот телескоп „Џејмс Веб“ на НАСА, чие лансирање е закажано за 24 декември, е најголемата вселенска опсерваторија во историјата и има подеднакво тешка задача: собирање инфрацрвена светлина од далечните агли на универзумот, овозможувајќи им на научниците да ја истражат структурата и потеклото на универзумот. Нашиот универзум и нашето место во него.
Многу космички објекти - вклучувајќи ги ѕвездите и планетите, како и гасот и прашината од кои се формираат - емитуваат инфрацрвена светлина, понекогаш наречена термичко зрачење. Но, истото важи и за повеќето други топли објекти, како тостери, луѓе и електроника. Тоа значи дека четирите инфрацрвени инструменти на Веб можат да ја детектираат сопствената инфрацрвена светлина. За да се намалат овие емисии, инструментот мора да биде многу ладен - околу 40 Келвини, или минус 388 степени Фаренхајт (минус 233 степени Целзиусови). Но, за да функционираат правилно, детекторите во средноинфрацрвениот инструмент, или MIRI, мора да станат постудени: под 7 Келвини (минус 448 степени Фаренхајт, или минус 266 степени Целзиусови).
Тоа е само неколку степени над апсолутната нула (0 Келвини) – најниската температура теоретски можна, иако никогаш не е физички достижна бидејќи претставува целосно отсуство на каква било топлина. (Сепак, MIRI не е најстудениот инструмент за снимање што работи во вселената.)
Температурата е во суштина мерка за тоа колку брзо се движат атомите, а покрај тоа што ја детектираат сопствената инфрацрвена светлина, Webb детекторите можат да бидат активирани од сопствените термички вибрации. MIRI детектира светлина во помал енергетски опсег од другите три инструменти. Како резултат на тоа, неговите детектори се почувствителни на термички вибрации. Овие несакани сигнали се она што астрономите го нарекуваат „шум“ и можат да ги надминат слабите сигнали што Webb се обидува да ги детектира.
По лансирањето, Веб ќе постави визир со големина на тениско игралиште што ќе ги заштити MIRI и другите инструменти од сончевата топлина, дозволувајќи им пасивно ладење. Почнувајќи околу 77 дена по лансирањето, на криоладилникот на MIRI ќе му бидат потребни 19 дена за да ја намали температурата на детекторите на инструментот под 7 Келвини.
„Релативно лесно е да се изладат работите до таа температура на Земјата, често за научни или индустриски апликации“, рече Константин Пенанен, експерт за криоладилници во Лабораторијата за млазен погон на НАСА во Јужна Калифорнија, која управува со инструментот MIRI за НАСА. „Но, тие системи базирани на Земјата се многу гломазни и енергетски неефикасни. За вселенска опсерваторија, ни треба ладилник кој е физички компактен, енергетски ефикасен и мора да биде многу сигурен бидејќи не можеме да излеземе и да го поправиме. Значи, ова се предизвиците со кои се соочуваме. Во тој поглед, би рекол дека криоладилниците MIRI дефинитивно се во преден план.“
Една од научните цели на Веб е да ги проучи својствата на првите ѕвезди што се формирале во универзумот. Вебовата камера во близок инфрацрвен спектар или инструментот NIRCam ќе може да ги детектира овие екстремно далечни објекти, а MIRI ќе им помогне на научниците да потврдат дека овие слаби извори на светлина се јата од ѕвезди од прва генерација, а не од втора генерација што се формирале подоцна во еволуцијата на галаксиите.
Со набљудување на облаци од прашина кои се подебели од инструментите во близу инфрацрвено зрачење, MIRI ќе ги открие местата на раѓање на ѕвездите. Исто така, ќе детектира молекули што најчесто се наоѓаат на Земјата - како што се вода, јаглерод диоксид и метан, како и молекули на карпести минерали како што се силикатите - во ладните средини околу блиските ѕвезди, каде што може да се формираат планети. Инструментите во близу инфрацрвено зрачење се подобри во детектирањето на овие молекули како пареи во потопли средини, додека MIRI може да ги види како мраз.
„Со комбинирање на американската и европската експертиза, го развивме MIRI како моќ на Webb, што ќе им овозможи на астрономите од целиот свет да одговорат на големите прашања за тоа како ѕвездите, планетите и галаксиите се формираат и еволуираат“, рече Џилијан Рајт, ко-водач на научниот тим MIRI и европски главен истражувач за инструментот во Британскиот астрономски технолошки центар (UK ATC).
Криоладилникот MIRI користи хелиумски гас - доволно за да наполни околу девет балони за забава - за да ја однесе топлината подалеку од детекторите на инструментот. Два електрични компресори пумпаат хелиум низ цевка што се протега до местото каде што се наоѓа детекторот. Цевката поминува низ метален блок кој е исто така прикачен на детекторот; изладениот хелиум ја апсорбира вишокот топлина од блокот, одржувајќи ја работната температура на детекторот под 7 Келвини. Загреаниот (но сè уште ладен) гас потоа се враќа во компресорот, каде што ја исфрла вишокот топлина, а циклусот започнува одново. Во основа, системот е сличен на оној што се користи во домашните фрижидери и клима уреди.
Цевките што го носат хелиумот се направени од позлатен не'рѓосувачки челик и се со дијаметар помал од една десетина од инч (2,5 mm). Се протега околу 10 метри од компресорот што се наоѓа во областа на вселенскиот автобус до детекторот MIRI во елементот на оптичкиот телескоп што се наоѓа зад примарното огледало во форма на саќе на опсерваторијата. Хардвер наречен склоп на расклоплива кула, или DTA, ги поврзува двете области. Кога е спакуван за лансирање, DTA е компресиран, малку како клип, за да помогне во инсталирањето на складираната опсерваторија во заштитата на врвот на ракетата. Откако ќе се најде во вселената, кулата ќе се протега за да ја одвои автобуската на вселенското летало на собна температура од поладните оптички телескопски инструменти и да им овозможи на заштитниот чамец и телескопот целосно да се расклопат.
Оваа анимација го прикажува идеалното извршување на распоредувањето на вселенскиот телескоп Џејмс Веб неколку часа и денови по лансирањето. Проширувањето на централниот склоп на расклопливата кула ќе го зголеми растојанието помеѓу двата дела на MIRI. Тие се поврзани со спирални цевки со ладен хелиум.
Но, процесот на издолжување бара хелиумската цевка да се продолжи со склопот на растегливата кула. ​​Значи, цевката се намотува како пружина, поради што инженерите на MIRI го нарекоа овој дел од цевката „Слинки“.
„Постојат некои предизвици во работењето на систем што опфаќа повеќе региони на опсерваторијата“, рече Аналин Шнајдер, раководител на програмата на JPL MIRI. „Овие различни региони се водени од различни организации или центри, вклучувајќи ги Нортроп Груман и Центарот за вселенски летови Годард на американската НАСА, мора да разговараме со сите. Нема друг хардвер на телескопот што треба да го направи тоа, па затоа е предизвик уникатен за MIRI. Дефинитивно беше долга линија за патот на криоладителите MIRI, и ние сме подготвени да го видиме тоа во вселената.“
Вселенскиот телескоп „Џејмс Веб“ ќе биде лансиран во 2021 година како водечка светска опсерваторија за вселенски науки. Веб ќе ги разоткрие мистериите на нашиот Сончев систем, ќе погледне во далечни светови околу други ѕвезди и ќе ги истражи мистериозните структури и потеклото на нашиот универзум и нашето место. Веб е меѓународна иницијатива предводена од НАСА и нејзините партнери ЕСА (Европска вселенска агенција) и Канадската вселенска агенција.
MIRI беше развиен преку партнерство 50-50 помеѓу НАСА и ESA (Европска вселенска агенција). JPL ги предводи напорите на САД за MIRI, а мултинационален конзорциум од европски астрономски институти придонесува за ESA. Џорџ Рике од Универзитетот во Аризона е лидер на американскиот научен тим на MIRI. Џилијан Рајт е раководител на европскиот научен тим на MIRI.
Алистер Глас од ATC, Велика Британија е научник за инструменти на MIRI, а Мајкл Реслер е американски проект научник во JPL. Ласло Тамас од ATC на Велика Британија ја води Европската Унија. Развојот на криоладилникот MIRI беше воден и управуван од JPL во соработка со Центарот за вселенски летови Годард на НАСА во Гринбелт, Мериленд, и Нортроп Груман во Редондо Бич, Калифорнија.