युकेहून निघाल्यानंतर नासाच्या गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटरमध्ये अभियंते जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोपच्या मिड-इन्फ्रारेड उपकरणाचा "स्वीकृती" घेतात.
जेपीएल फ्लाइट टेक्निशियन जॉनी मेलेंडेझ (उजवीकडे) आणि जो मोरा कॅलिफोर्नियातील रेडोंडो बीच येथील नॉर्थ्रॉप ग्रुमन येथे पाठवण्यापूर्वी एमआयआरआय क्रायोकूलरची तपासणी करतात. तिथे, कूलर वेब टेलिस्कोपच्या मुख्य भागाशी जोडलेला आहे.
युकेमधील रदरफोर्ड येथील अ‍ॅपलटन प्रयोगशाळेत दिसणाऱ्या MIRI उपकरणाच्या या भागात इन्फ्रारेड डिटेक्टर आहेत. क्रायोकूलर डिटेक्टरपासून दूर स्थित आहे कारण ते जास्त तापमानावर काम करते. थंड हेलियम वाहून नेणारी एक नळी दोन्ही भागांना जोडते.
अभियंते एकात्मिक वैज्ञानिक उपकरण मॉड्यूल (ISIM) शी जोडण्यासाठी ओव्हरहेड क्रेन वापरण्याची तयारी करत असताना, MIRI (डावीकडे) रेडोंडो बीचवरील नॉर्थ्रॉप ग्रुमन येथे बॅलन्स बीमवर बसले आहे. ISIM हा वेबचा गाभा आहे, दुर्बिणीला ठेवणारी चार विज्ञान उपकरणे.
वेधशाळेतील चार विज्ञान उपकरणांपैकी एक - MIRI उपकरण कार्य करू शकण्यापूर्वी, ते पदार्थ पोहोचू शकणाऱ्या जवळजवळ सर्वात थंड तापमानापर्यंत थंड केले पाहिजे.
२४ डिसेंबर रोजी प्रक्षेपित होणारी नासाची जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप ही इतिहासातील सर्वात मोठी अवकाश वेधशाळा आहे आणि तिच्याकडे तितकेच कठीण काम आहे: विश्वाच्या दूरच्या कोपऱ्यांमधून इन्फ्रारेड प्रकाश गोळा करणे, ज्यामुळे शास्त्रज्ञांना विश्वाची रचना आणि उत्पत्ती तपासता येते. आपले विश्व आणि त्यात आपले स्थान.
अनेक वैश्विक वस्तू - तारे आणि ग्रहांसह, आणि ज्या वायू आणि धूळांपासून ते तयार होतात - इन्फ्रारेड प्रकाश उत्सर्जित करतात, ज्याला कधीकधी थर्मल रेडिएशन म्हणतात. पण बहुतेक इतर उबदार वस्तू, जसे की टोस्टर, मानव आणि इलेक्ट्रॉनिक्स देखील असेच आहेत. याचा अर्थ असा की वेबची चार इन्फ्रारेड उपकरणे त्यांचा स्वतःचा इन्फ्रारेड प्रकाश शोधू शकतात. हे उत्सर्जन कमी करण्यासाठी, उपकरण खूप थंड असले पाहिजे - सुमारे ४० केल्विन, किंवा उणे ३८८ अंश फॅरेनहाइट (उणे २३३ अंश सेल्सिअस). परंतु योग्यरित्या कार्य करण्यासाठी, मध्य-अवरक्त उपकरणातील डिटेक्टर, किंवा MIRI, थंड झाले पाहिजेत: ७ केल्विनपेक्षा कमी (उणे ४४८ अंश फॅरेनहाइट, किंवा उणे २६६ अंश सेल्सिअस).
ते निरपेक्ष शून्यापेक्षा (० केल्विन) काही अंशांनी जास्त आहे - सैद्धांतिकदृष्ट्या शक्य असलेले सर्वात थंड तापमान, जरी ते कधीही भौतिकदृष्ट्या पोहोचू शकत नाही कारण ते कोणत्याही उष्णतेची पूर्ण अनुपस्थिती दर्शवते. (तथापि, MIRI हे अवकाशात कार्यरत असलेले सर्वात थंड इमेजिंग उपकरण नाही.)
तापमान हे मूलतः अणू किती वेगाने हालचाल करत आहेत याचे मोजमाप आहे आणि त्यांच्या स्वतःच्या इन्फ्रारेड प्रकाशाचा शोध घेण्याव्यतिरिक्त, वेब डिटेक्टर त्यांच्या स्वतःच्या थर्मल कंपनांमुळे ट्रिगर होऊ शकतात. MIRI इतर तीन उपकरणांपेक्षा कमी ऊर्जा श्रेणीत प्रकाश शोधते. परिणामी, त्याचे डिटेक्टर थर्मल कंपनांना अधिक संवेदनशील असतात. या अवांछित सिग्नलना खगोलशास्त्रज्ञ "आवाज" म्हणतात आणि ते वेब शोधण्याचा प्रयत्न करत असलेल्या कमकुवत सिग्नलवर मात करू शकतात.
प्रक्षेपणानंतर, वेब टेनिस-कोर्ट आकाराचा व्हिझर तैनात करेल जो MIRI आणि इतर उपकरणांना सूर्याच्या उष्णतेपासून संरक्षण देईल, ज्यामुळे ते निष्क्रियपणे थंड होऊ शकतील. प्रक्षेपणानंतर सुमारे ७७ दिवसांनी, MIRI च्या क्रायोकूलरला उपकरणाच्या डिटेक्टरचे तापमान ७ केल्विनपेक्षा कमी करण्यासाठी १९ दिवस लागतील.
"पृथ्वीवर त्या तापमानापर्यंत गोष्टी थंड करणे तुलनेने सोपे आहे, बहुतेकदा वैज्ञानिक किंवा औद्योगिक अनुप्रयोगांसाठी," दक्षिण कॅलिफोर्नियातील नासाच्या जेट प्रोपल्शन लॅबोरेटरीमधील क्रायोकूलर तज्ञ कॉन्स्टँटिन पेनानेन म्हणाले. , जे नासासाठी MIRI उपकरण व्यवस्थापित करते. "पण त्या पृथ्वी-आधारित प्रणाली खूप अवजड आणि ऊर्जा-अक्षम आहेत. अंतराळ वेधशाळेसाठी, आपल्याला अशा कूलरची आवश्यकता आहे जो भौतिकदृष्ट्या कॉम्पॅक्ट, ऊर्जा कार्यक्षम असेल आणि तो अत्यंत विश्वासार्ह असावा कारण आपण बाहेर जाऊन तो दुरुस्त करू शकत नाही. म्हणून ही आव्हाने आपल्यासमोर आहेत. , त्या संदर्भात, मी म्हणेन की MIRI क्रायोकूलर निश्चितच आघाडीवर आहेत."
वेबच्या वैज्ञानिक उद्दिष्टांपैकी एक म्हणजे विश्वात निर्माण झालेल्या पहिल्या ताऱ्यांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करणे. वेबचा जवळचा-अवरक्त कॅमेरा किंवा NIRCam उपकरण या अत्यंत दूरच्या वस्तू शोधण्यास सक्षम असेल आणि MIRI शास्त्रज्ञांना हे पुष्टी करण्यास मदत करेल की प्रकाशाचे हे कमकुवत स्रोत पहिल्या पिढीतील ताऱ्यांचे समूह आहेत, दुसऱ्या पिढीतील तारे नाहीत जे नंतर आकाशगंगेच्या उत्क्रांतीत तयार झाले.
जवळच्या-अवरक्त उपकरणांपेक्षा जाड असलेल्या धुळीच्या ढगांना पाहून, MIRI ताऱ्यांचे जन्मस्थान उघड करेल. ते जवळच्या ताऱ्यांभोवती थंड वातावरणात, जिथे ग्रह तयार होऊ शकतात, पृथ्वीवर सामान्यतः आढळणारे रेणू - जसे की पाणी, कार्बन डायऑक्साइड आणि मिथेन, तसेच सिलिकेट्ससारख्या खडकाळ खनिजांचे रेणू - देखील शोधेल. जवळच्या-अवरक्त उपकरणे उष्ण वातावरणात बाष्प म्हणून हे रेणू शोधण्यात अधिक चांगली असतात, तर MIRI त्यांना बर्फ म्हणून पाहू शकते.
"अमेरिका आणि युरोपियन कौशल्य एकत्र करून, आम्ही MIRI ला वेबची शक्ती म्हणून विकसित केले आहे, जे जगभरातील खगोलशास्त्रज्ञांना तारे, ग्रह आणि आकाशगंगा कशा तयार होतात आणि उत्क्रांत होतात याबद्दलच्या मोठ्या प्रश्नांची उत्तरे देण्यास सक्षम करेल," असे MIRI विज्ञान पथकाचे सह-प्रमुख आणि यूके खगोल तंत्रज्ञान केंद्र (यूके एटीसी) येथील उपकरणाचे युरोपियन प्रमुख अन्वेषक गिलियन राईट म्हणाले.
MIRI क्रायोकूलर हेलियम वायू वापरतो - जो सुमारे नऊ पार्टी फुगे भरू शकतो - ज्यामुळे उपकरणाच्या डिटेक्टरमधून उष्णता वाहून नेली जाते. दोन इलेक्ट्रिक कॉम्प्रेसर हेलियम एका ट्यूबमधून पंप करतात जी डिटेक्टर असलेल्या जागेपर्यंत पसरते. ही ट्यूब डिटेक्टरला जोडलेल्या धातूच्या ब्लॉकमधून जाते; थंड केलेले हेलियम ब्लॉकमधून अतिरिक्त उष्णता शोषून घेते, ज्यामुळे डिटेक्टरचे ऑपरेटिंग तापमान 7 केल्विनपेक्षा कमी राहते. नंतर गरम केलेला (पण तरीही थंड) वायू कंप्रेसरमध्ये परत येतो, जिथे तो अतिरिक्त उष्णता बाहेर काढतो आणि चक्र पुन्हा सुरू होते. मूलभूतपणे, ही प्रणाली घरगुती रेफ्रिजरेटर आणि एअर कंडिशनरमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या प्रणालीसारखीच आहे.
हेलियम वाहून नेणारे पाईप्स सोन्याचा मुलामा असलेल्या स्टेनलेस स्टीलचे बनलेले असतात आणि त्यांचा व्यास एक इंच (२.५ मिमी) च्या दहाव्या भागापेक्षा कमी असतो. ते अंतराळयान बस क्षेत्रात असलेल्या कंप्रेसरपासून वेधशाळेच्या हनीकॉम्ब प्राथमिक आरशाच्या मागे असलेल्या ऑप्टिकल टेलिस्कोप घटकातील MIRI डिटेक्टरपर्यंत सुमारे ३० फूट (१० मीटर) पसरते. डिप्लोएबल टॉवर असेंब्ली किंवा DTA नावाचे हार्डवेअर दोन्ही क्षेत्रांना जोडते. प्रक्षेपणासाठी पॅक केल्यावर, रॉकेटच्या वरच्या संरक्षणात साठवलेल्या वेधशाळेला स्थापित करण्यास मदत करण्यासाठी DTA पिस्टनसारखे थोडेसे संकुचित केले जाते. एकदा अंतराळात गेल्यावर, टॉवर खोली-तापमानाच्या अंतराळयान बसला थंड ऑप्टिकल टेलिस्कोप उपकरणांपासून वेगळे करण्यासाठी आणि सनशेड आणि टेलिस्कोपला पूर्णपणे तैनात करण्यास अनुमती देण्यासाठी वाढवेल.
हे अॅनिमेशन जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोपच्या प्रक्षेपणानंतर तास आणि दिवसांच्या वापराचे आदर्श अंमलबजावणी दर्शवते. सेंट्रल डिप्लॉयबल टॉवर असेंब्लीच्या विस्तारामुळे MIRI च्या दोन भागांमधील अंतर वाढेल. ते थंड केलेल्या हेलियमसह हेलिकल ट्यूबद्वारे जोडलेले आहेत.
परंतु वाढवण्याच्या प्रक्रियेसाठी हेलियम ट्यूबला विस्तारित टॉवर असेंब्लीसह वाढवावे लागते. त्यामुळे ट्यूब कॉइल्स स्प्रिंगसारखे असतात, म्हणूनच MIRI अभियंत्यांनी ट्यूबच्या या भागाला "स्लिंकी" असे टोपणनाव दिले.
"वेधशाळेच्या अनेक क्षेत्रांमध्ये पसरलेल्या प्रणालीवर काम करताना काही आव्हाने आहेत," असे जेपीएल एमआयआरआय प्रोग्राम मॅनेजर अॅनालिन श्नाइडर म्हणाल्या. "हे वेगवेगळे प्रदेश वेगवेगळ्या संस्था किंवा केंद्रांद्वारे चालवले जातात, ज्यात नॉर्थ्रोप ग्रुमन आणि यूएस नासाचे गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर यांचा समावेश आहे, आम्हाला सर्वांशी बोलायचे आहे. दुर्बिणीवर असे कोणतेही इतर हार्डवेअर नाही ज्याला ते करण्याची आवश्यकता आहे, म्हणून हे एमआयआरआयसाठी अद्वितीय आव्हान आहे. एमआयआरआय क्रायोकूलर रोडसाठी निश्चितच एक लांब रांग आहे आणि आम्ही ते अंतराळात पाहण्यास तयार आहोत."
जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप २०२१ मध्ये जगातील प्रमुख अंतराळ विज्ञान वेधशाळा म्हणून प्रक्षेपित होईल. वेब आपल्या सौर मंडळाचे रहस्य उलगडेल, इतर ताऱ्यांभोवती असलेल्या दूरच्या जगांकडे पाहेल आणि आपल्या विश्वाच्या आणि आपल्या स्थानाच्या रहस्यमय रचना आणि उत्पत्तीचा शोध घेईल. वेब हा नासा आणि त्याचे भागीदार ईएसए (युरोपियन स्पेस एजन्सी) आणि कॅनेडियन स्पेस एजन्सी यांच्या नेतृत्वाखालील एक आंतरराष्ट्रीय उपक्रम आहे.
MIRI हे NASA आणि ESA (युरोपियन स्पेस एजन्सी) यांच्यातील 50-50 भागीदारीतून विकसित केले गेले. JPL MIRI साठी अमेरिकेच्या प्रयत्नांचे नेतृत्व करते आणि युरोपियन खगोलशास्त्रीय संस्थांचे बहुराष्ट्रीय संघ ESA मध्ये योगदान देतात. अ‍ॅरिझोना विद्यापीठाचे जॉर्ज रीके हे MIRI चे यूएस सायन्स टीम लीडर आहेत. गिलियन राईट हे MIRI च्या युरोपियन वैज्ञानिक टीमचे प्रमुख आहेत.
एटीसी, यूकेचे अ‍ॅलिस्टर ग्लास हे एमआयआरआय इन्स्ट्रुमेंट सायंटिस्ट आहेत आणि मायकेल रेस्लर हे जेपीएलमध्ये यूएस प्रोजेक्ट सायंटिस्ट आहेत. यूकेचे लास्झलो तामास एटीसी युरोपियन युनियनचे प्रभारी आहेत. एमआयआरआय क्रायोकूलरचा विकास जेपीएलने मेरीलँडमधील ग्रीनबेल्ट येथील नासाच्या गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर आणि कॅलिफोर्नियातील रेडोंडो बीच येथील नॉर्थ्रॉप ग्रुमन यांच्या सहकार्याने केले.