युनायटेड किंगडममधून निघाल्यानंतर, नासाच्या गॉडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटरमध्ये अभियंत्यांनी जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोपच्या मिड-इन्फ्रारेड उपकरणाचा 'स्वीकृती' सोहळा पार पाडला.
जेपीएलचे उड्डाण तंत्रज्ञ जॉनी मेलेंडेझ (उजवीकडे) आणि जो मोरा हे कॅलिफोर्नियातील रेडोंडो बीच येथील नॉर्थरोप ग्रुमनला पाठवण्यापूर्वी मिरी क्रायोकूलरची तपासणी करत आहेत. तिथे, हा कूलर वेब दुर्बिणीच्या मुख्य भागाला जोडला जातो.
युकेमधील रदरफोर्ड येथील ॲपलटन प्रयोगशाळेत दिसणाऱ्या MIRI उपकरणाच्या या भागात इन्फ्रारेड डिटेक्टर आहेत. क्रायोकूलर डिटेक्टरपासून दूर ठेवलेला आहे, कारण तो जास्त तापमानावर चालतो. थंड हेलियम वाहून नेणारी एक नळी या दोन भागांना जोडते.
रेडोंडो बीच येथील नॉर्थ्रॉप ग्रुमनमध्ये मिरी (डावीकडे) एका बॅलन्स बीमवर ठेवलेले आहे, तर अभियंते त्याला इंटिग्रेटेड सायंटिफिक इन्स्ट्रुमेंट मॉड्यूल (ISIM) ला जोडण्यासाठी ओव्हरहेड क्रेन वापरण्याची तयारी करत आहेत. ISIM हा वेबचा गाभा आहे, ज्यात दुर्बिणीला सामावणारी चार वैज्ञानिक उपकरणे आहेत.
वेधशाळेवरील चार वैज्ञानिक उपकरणांपैकी एक असलेल्या मिरी (MIRI) उपकरणाला कार्यान्वित होण्यापूर्वी, पदार्थाला गाठता येणाऱ्या जवळपासच्या सर्वात कमी तापमानापर्यंत थंड करणे आवश्यक असते.
२४ डिसेंबर रोजी प्रक्षेपित होणारी नासाची जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप ही इतिहासातील सर्वात मोठी अवकाश वेधशाळा आहे, आणि तिच्यावर तितकेच मोठे आव्हानात्मक कार्य आहे: विश्वाच्या दूरवरच्या कोपऱ्यांतून इन्फ्रारेड प्रकाश गोळा करणे, ज्यामुळे शास्त्रज्ञांना विश्वाची रचना आणि उत्पत्ती, आपले विश्व आणि त्यातील आपले स्थान यांचा अभ्यास करता येईल.
अनेक खगोलीय वस्तू — ज्यात तारे आणि ग्रह, तसेच ज्या वायू आणि धुळीपासून ते बनतात — इन्फ्रारेड प्रकाश उत्सर्जित करतात, ज्याला कधीकधी औष्णिक विकिरण म्हटले जाते. पण टोस्टर, माणसे आणि इलेक्ट्रॉनिक्ससारख्या इतर बहुतेक उष्ण वस्तूदेखील असेच करतात. याचा अर्थ असा की वेबची चार इन्फ्रारेड उपकरणे स्वतःचा इन्फ्रारेड प्रकाश शोधू शकतात. हे उत्सर्जन कमी करण्यासाठी, उपकरण खूप थंड असणे आवश्यक आहे — सुमारे ४० केल्विन, किंवा उणे ३८८ अंश फॅरेनहाइट (उणे २३३ अंश सेल्सिअस). पण योग्यरित्या कार्य करण्यासाठी, मिड-इन्फ्रारेड इन्स्ट्रुमेंट किंवा MIRI च्या आतील डिटेक्टर आणखी थंड होणे आवश्यक आहे: ७ केल्विनच्या खाली (उणे ४४८ अंश फॅरेनहाइट, किंवा उणे २६६ अंश सेल्सिअस).
ते निरपेक्ष शून्यापेक्षा (० केल्विन) फक्त काही अंशांनी जास्त आहे – जे सैद्धांतिकदृष्ट्या शक्य असलेले सर्वात कमी तापमान आहे, जरी ते भौतिकदृष्ट्या कधीही गाठता येत नाही कारण ते उष्णतेचा संपूर्ण अभाव दर्शवते. (तथापि, MIRI हे अवकाशात कार्यरत असलेले सर्वात थंड इमेजिंग उपकरण नाही.)
तापमान हे मूलतः अणूंच्या हालचालीचा वेग मोजण्याचे एक साधन आहे, आणि वेब डिटेक्टर स्वतःच्या इन्फ्रारेड प्रकाशाचा शोध घेण्याव्यतिरिक्त, स्वतःच्या औष्णिक कंपनांमुळे देखील कार्यान्वित होऊ शकतात. MIRI इतर तीन उपकरणांपेक्षा कमी ऊर्जा श्रेणीतील प्रकाशाचा शोध घेते. परिणामी, त्याचे डिटेक्टर औष्णिक कंपनांप्रति अधिक संवेदनशील असतात. या अनिष्ट संकेतांना खगोलशास्त्रज्ञ 'नॉइज' (noise) म्हणतात, आणि ते वेब ज्या क्षीण संकेतांचा शोध घेण्याचा प्रयत्न करत आहे, त्यांच्यावर मात करू शकतात.
प्रक्षेपणानंतर, वेब एक टेनिस कोर्टच्या आकाराचे व्हिझर तैनात करेल, जे मिरी आणि इतर उपकरणांना सूर्याच्या उष्णतेपासून वाचवेल, ज्यामुळे ती नैसर्गिकरित्या थंड होऊ शकतील. प्रक्षेपणाच्या सुमारे ७७ दिवसांनंतर, मिरीच्या क्रायोकूलरला उपकरणाच्या डिटेक्टरचे तापमान ७ केल्विनपेक्षा कमी करण्यासाठी १९ दिवस लागतील.
"पृथ्वीवर, अनेकदा वैज्ञानिक किंवा औद्योगिक उपयोगांसाठी वस्तूंना त्या तापमानापर्यंत थंड करणे तुलनेने सोपे आहे," असे दक्षिण कॅलिफोर्नियातील नासाच्या जेट प्रोपल्शन लॅबोरेटरीमधील क्रायोकूलर तज्ञ कॉन्स्टँटिन पेनानेन म्हणाले. ही संस्था नासासाठी MIRI उपकरणाचे व्यवस्थापन करते. "परंतु त्या पृथ्वी-आधारित प्रणाली खूप अवजड आणि ऊर्जा-अक्षम आहेत. अवकाश वेधशाळेसाठी, आम्हाला अशा कूलरची आवश्यकता आहे जो आकाराने लहान, ऊर्जा-कार्यक्षम असेल आणि तो अत्यंत विश्वसनीय असणे आवश्यक आहे, कारण आम्ही बाहेर जाऊन त्याची दुरुस्ती करू शकत नाही. त्यामुळे ही आव्हाने आमच्यासमोर आहेत. त्या संदर्भात, मी म्हणेन की MIRI क्रायोकूलर्स निश्चितपणे आघाडीवर आहेत."
विश्वात निर्माण झालेल्या पहिल्या ताऱ्यांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करणे हे वेबच्या वैज्ञानिक उद्दिष्टांपैकी एक आहे. वेबचा नियर-इन्फ्रारेड कॅमेरा किंवा NIRCam हे उपकरण या अत्यंत दूरच्या वस्तू शोधण्यास सक्षम असेल, आणि MIRI शास्त्रज्ञांना हे निश्चित करण्यास मदत करेल की प्रकाशाचे हे अंधुक स्रोत, आकाशगंगेच्या उत्क्रांतीमध्ये नंतर तयार झालेले दुसऱ्या पिढीचे तारे नसून, पहिल्या पिढीच्या ताऱ्यांचे समूह आहेत.
जवळच्या-अवरक्त उपकरणांपेक्षा अधिक दाट असलेल्या धुळीच्या ढगांचे निरीक्षण करून, मिरी ताऱ्यांची जन्मस्थाने उघड करेल. तसेच, ते जवळच्या ताऱ्यांभोवतीच्या थंड वातावरणात, जिथे ग्रह तयार होऊ शकतात, तिथे पृथ्वीवर सामान्यपणे आढळणारे रेणू - जसे की पाणी, कार्बन डायऑक्साइड आणि मिथेन, तसेच सिलिकेट्ससारख्या खडकाळ खनिजांचे रेणू - शोधून काढेल. जवळची-अवरक्त उपकरणे उष्ण वातावरणात या रेणूंना बाष्पाच्या स्वरूपात शोधण्यात अधिक चांगली आहेत, तर मिरी त्यांना बर्फाच्या रूपात पाहू शकते.
"अमेरिका आणि युरोपमधील तज्ञता एकत्र करून, आम्ही वेबची शक्ती म्हणून मिरी (MIRI) विकसित केले आहे, जे जगभरातील खगोलशास्त्रज्ञांना तारे, ग्रह आणि आकाशगंगा कशा तयार होतात आणि विकसित होतात याबद्दलच्या मोठ्या प्रश्नांची उत्तरे देण्यास सक्षम करेल," असे मिरी विज्ञान संघाच्या सह-प्रमुख आणि यूके ॲस्ट्रॉनॉमिकल टेक्नॉलॉजी सेंटर (UK ATC) येथील या उपकरणाच्या युरोपियन मुख्य अन्वेषक गिलियन राइट यांनी सांगितले.
MIRI क्रायोकूलर उपकरणाच्या डिटेक्टरमधून उष्णता दूर करण्यासाठी हेलियम वायूचा वापर करतो—जो सुमारे नऊ पार्टी फुगे भरण्याइतका असतो. दोन इलेक्ट्रिक कंप्रेसर एका नळीमधून हेलियम पंप करतात, जी नळी डिटेक्टर असलेल्या जागेपर्यंत जाते. ही नळी डिटेक्टरला जोडलेल्या धातूच्या एका ठोकळ्यामधून जाते; थंड झालेला हेलियम त्या ठोकळ्यामधील अतिरिक्त उष्णता शोषून घेतो, ज्यामुळे डिटेक्टरचे कार्यकारी तापमान ७ केल्विनच्या खाली राहते. त्यानंतर गरम झालेला (पण तरीही थंड) वायू कंप्रेसरकडे परत येतो, जिथे तो अतिरिक्त उष्णता बाहेर टाकतो आणि हे चक्र पुन्हा सुरू होते. मुळात, ही प्रणाली घरातील रेफ्रिजरेटर आणि एअर कंडिशनरमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या प्रणालीसारखीच आहे.
हेलियम वाहून नेणारे पाईप सोन्याचा मुलामा दिलेल्या स्टेनलेस स्टीलचे बनलेले असून त्यांचा व्यास एक दशांश इंचापेक्षा (२.५ मिमी) कमी असतो. हे यान बस भागातील कंप्रेसरपासून वेधशाळेच्या हनीकॉम्ब प्राथमिक आरशामागे असलेल्या ऑप्टिकल टेलिस्कोप घटकातील MIRI डिटेक्टरपर्यंत सुमारे ३० फूट (१० मीटर) पसरलेले असते. डिप्लॉयएबल टॉवर असेंब्ली किंवा डीटीए नावाचे हार्डवेअर या दोन भागांना जोडते. प्रक्षेपणासाठी पॅक करताना, रॉकेटच्या वरच्या संरक्षणात साठवलेली वेधशाळा बसवण्यास मदत करण्यासाठी, डीटीएला पिस्टनप्रमाणे दाबले जाते. अवकाशात पोहोचल्यावर, सामान्य तापमानातील यान बसला थंड ऑप्टिकल टेलिस्कोप उपकरणांपासून वेगळे करण्यासाठी टॉवर विस्तारतो आणि सनशेड व टेलिस्कोपला पूर्णपणे उघडण्याची परवानगी देतो.
हे ॲनिमेशन प्रक्षेपणानंतर काही तासांनी आणि दिवसांनी जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोपच्या तैनातीची आदर्श अंमलबजावणी दर्शवते. मध्यवर्ती तैनात करण्यायोग्य टॉवर असेंब्लीच्या विस्तारामुळे MIRI च्या दोन भागांमधील अंतर वाढेल. ते थंड केलेल्या हेलियमने भरलेल्या हेलिकल ट्यूबद्वारे जोडलेले आहेत.
परंतु लांबी वाढवण्याच्या प्रक्रियेसाठी, विस्तारणीय टॉवर असेंब्लीच्या साहाय्याने हेलियम ट्यूब लांबवावी लागते. त्यामुळे ट्यूब स्प्रिंगप्रमाणे गुंडाळली जाते, म्हणूनच मिरीच्या अभियंत्यांनी ट्यूबच्या या भागाला “स्लिंकी” असे टोपणनाव दिले आहे.
"वेधशाळेच्या अनेक विभागांमध्ये पसरलेल्या प्रणालीवर काम करण्यात काही आव्हाने आहेत," असे जेपीएल मिरी (MIRI) कार्यक्रम व्यवस्थापक ॲनालिन श्नाइडर म्हणाल्या. "या वेगवेगळ्या विभागांचे नेतृत्व नॉर्थरोप ग्रुमन आणि यूएस नासाचे गॉडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर यांसारख्या वेगवेगळ्या संस्था किंवा केंद्रांद्वारे केले जाते, आम्हाला प्रत्येकाशी संवाद साधावा लागतो. दुर्बिणीवर असे दुसरे कोणतेही हार्डवेअर नाही ज्याला हे करण्याची गरज आहे, त्यामुळे हे मिरीसाठी एक अद्वितीय आव्हान आहे. मिरी क्रायोकूलर्सचा प्रवास निश्चितच खूप मोठा राहिला आहे, आणि आम्ही ते अवकाशात पाहण्यासाठी सज्ज आहोत."
जेम्स वेब अवकाश दुर्बिण २०२१ मध्ये जगातील अग्रगण्य अवकाश विज्ञान वेधशाळा म्हणून प्रक्षेपित केली जाईल. वेब आपल्या सूर्यमालेतील रहस्ये उलगडेल, इतर ताऱ्यांभोवतीच्या दूरच्या ग्रहांकडे पाहील आणि आपल्या विश्वाच्या व आपल्या जागेच्या रहस्यमय रचना व उत्पत्तीचा शोध घेईल. वेब हा नासा आणि तिचे भागीदार ईएसए (युरोपियन स्पेस एजन्सी) व कॅनेडियन स्पेस एजन्सी यांच्या नेतृत्वाखालील एक आंतरराष्ट्रीय उपक्रम आहे.
MIRI चा विकास NASA आणि ESA (युरोपियन स्पेस एजन्सी) यांच्या ५०-५० भागीदारीतून झाला आहे. JPL MIRI साठी अमेरिकेच्या प्रयत्नांचे नेतृत्व करते, आणि युरोपियन खगोलशास्त्रीय संस्थांचा एक बहुराष्ट्रीय संघ ESA ला योगदान देतो. ॲरिझोना विद्यापीठाचे जॉर्ज रीके हे MIRI च्या अमेरिकन विज्ञान संघाचे प्रमुख आहेत. गिलियन राईट या MIRI च्या युरोपियन वैज्ञानिक संघाच्या प्रमुख आहेत.
युकेच्या एटीसीचे अलिस्टर ग्लासे हे मिरी इन्स्ट्रुमेंट सायंटिस्ट आहेत आणि मायकल रेसलर हे जेपीएलमध्ये यूएस प्रोजेक्ट सायंटिस्ट आहेत. युके एटीसीचे लास्लो तामास युरोपियन युनियन चालवतात. मिरी क्रायोकूलरचा विकास जेपीएलने, मेरीलँडमधील ग्रीनबेल्ट येथील नासाच्या गॉडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर आणि कॅलिफोर्नियामधील रेडोंडो बीच येथील नॉर्थरोप ग्रुमन यांच्या सहकार्याने, नेतृत्व आणि व्यवस्थापन केले.