Inxhinierët kryejnë një “pranim” të instrumentit të infra të kuqes së mesme të Teleskopit Hapësinor James Webb në Qendrën e Fluturimeve Hapësinore Goddard të NASA-s, pas nisjes nga Mbretëria e Bashkuar.
Teknikët e fluturimit të JPL-së, Johnny Melendez (djathtas) dhe Joe Mora, inspektojnë krioftohësin MIRI përpara se ta dërgojnë atë në Northrop Grumman në Redondo Beach, Kaliforni. Atje, ftohësi është i bashkangjitur në trupin e teleskopit Webb.
Kjo pjesë e instrumentit MIRI, e parë në Laboratorin Appleton në Rutherford, Britani e Madhe, përmban detektorë infra të kuq. Krioftohësi ndodhet larg detektorit sepse funksionon në një temperaturë më të lartë. Një tub që mban helium të ftohtë lidh dy seksionet.
MIRI (majtas) qëndron mbi një tra ekuilibri në Northrop Grumman në Redondo Beach, ndërsa inxhinierët përgatiten të përdorin një vinç sipër kokës për ta lidhur atë me Modulin e Instrumenteve të Integruara Shkencore (ISIM). ISIM është thelbi i Webb, katër instrumentet shkencore që strehojnë teleskopin.
Përpara se instrumenti MIRI - një nga katër instrumentet shkencore në observator - të mund të funksionojë, ai duhet të ftohet pothuajse në temperaturën më të ftohtë që mund të arrijë materia.
Teleskopi Hapësinor James Webb i NASA-s, i planifikuar të lançohet më 24 dhjetor, është observatori hapësinor më i madh në histori dhe ka një detyrë po aq të vështirë: mbledhjen e dritës infra të kuqe nga cepat më të largët të universit, duke u lejuar shkencëtarëve të hetojnë strukturën dhe origjinën e universit. Universi ynë dhe vendi ynë në të.
Shumë objekte kozmike - duke përfshirë yjet dhe planetët, si dhe gazin dhe pluhurin nga të cilët formohen - lëshojnë dritë infra të kuqe, e cila ndonjëherë quhet rrezatim termik. Por kështu bëjnë edhe shumica e objekteve të tjera të ngrohta, si tosterët, njerëzit dhe elektronika. Kjo do të thotë që katër instrumentet infra të kuqe të Webb mund të zbulojnë dritën e tyre infra të kuqe. Për të zvogëluar këto emetime, instrumenti duhet të jetë shumë i ftohtë - rreth 40 Kelvin, ose minus 388 gradë Fahrenheit (minus 233 gradë Celsius). Por për të funksionuar siç duhet, detektorët brenda instrumentit të mesëm infra të kuqe, ose MIRI, duhet të ftohen: nën 7 Kelvin (minus 448 gradë Fahrenheit, ose minus 266 gradë Celsius).
Kjo është vetëm disa gradë mbi zeron absolute (0 Kelvin) – temperatura më e ftohtë teorikisht e mundshme, megjithëse nuk është kurrë e arritshme fizikisht sepse përfaqëson mungesën e plotë të çdo nxehtësie. (Megjithatë, MIRI nuk është instrumenti më i ftohtë i imazhit që vepron në hapësirë.)
Temperatura është në thelb një masë se sa shpejt lëvizin atomet, dhe përveç zbulimit të dritës së tyre infra të kuqe, detektorët Webb mund të aktivizohen nga dridhjet e tyre termike. MIRI zbulon dritën në një gamë më të ulët energjie sesa tre instrumentet e tjera. Si rezultat, detektorët e tij janë më të ndjeshëm ndaj dridhjeve termike. Këto sinjale të padëshiruara janë ato që astronomët i quajnë "zhurmë" dhe ato mund të mbingarkojnë sinjalet e zbehta që Webb po përpiqet të zbulojë.
Pas lançimit, Webb do të vendosë një vizor me madhësinë e një fushe tenisi që mbron MIRI-n dhe instrumentet e tjera nga nxehtësia e diellit, duke i lejuar ato të ftohen në mënyrë pasive. Duke filluar rreth 77 ditë pas lançimit, krioftohësi i MIRI-t do të marrë 19 ditë për të ulur temperaturën e detektorëve të instrumentit nën 7 Kelvin.
“Është relativisht e lehtë të ftohësh gjërat në atë temperaturë në Tokë, shpesh për aplikime shkencore ose industriale”, tha Konstantin Penanen, një ekspert i krioftohësve në Laboratorin e Propulsionit me Avion të NASA-s në Kalifornian Jugore, i cili menaxhon instrumentin MIRI për NASA-n. “Por këto sisteme me bazë në Tokë janë shumë të mëdha dhe joefikase nga ana e energjisë. Për një observator hapësinor, na duhet një ftohës që është fizikisht kompakt, efikas nga ana e energjisë dhe duhet të jetë shumë i besueshëm sepse nuk mund të dalim dhe ta rregullojmë. Pra, këto janë sfidat me të cilat përballemi. Në këtë drejtim, do të thoja se krioftohësit MIRI janë padyshim në ballë.”
Një nga qëllimet shkencore të Webb është të studiojë vetitë e yjeve të parë që u formuan në univers. Kamera e afërt infra të kuqe e Webb ose instrumenti NIRCam do të jetë në gjendje të zbulojë këto objekte jashtëzakonisht të largëta, dhe MIRI do t'i ndihmojë shkencëtarët të konfirmojnë se këto burime të zbehta drite janë grumbuj yjesh të gjeneratës së parë, në vend të yjeve të gjeneratës së dytë që u formuan më vonë në një evolucion galaktik.
Duke parë retë e pluhurit që janë më të trasha se instrumentet e infra të kuqes së afërt, MIRI do të zbulojë vendet e lindjes së yjeve. Ai gjithashtu do të zbulojë molekula që gjenden zakonisht në Tokë - të tilla si uji, dioksidi i karbonit dhe metani, si dhe molekulat e mineraleve shkëmbore si silikatet - në mjediset e ftohta rreth yjeve të afërt, ku mund të formohen planetë. Instrumentet e infra të kuqes së afërt janë më të mira në zbulimin e këtyre molekulave si avuj në mjedise më të nxehta, ndërsa MIRI mund t'i shohë ato si akull.
“Duke kombinuar ekspertizën amerikane dhe evropiane, ne kemi zhvilluar MIRI-n si fuqinë e Webb-it, e cila do t'u mundësojë astronomëve nga e gjithë bota t'u përgjigjen pyetjeve të mëdha rreth mënyrës se si formohen dhe evoluojnë yjet, planetët dhe galaktikat”, tha Gillian Wright, bashkëdrejtuese e ekipit shkencor MIRI dhe hetuese kryesore evropiane për instrumentin në Qendrën e Teknologjisë Astronomike të Mbretërisë së Bashkuar (UK ATC).
Krioftohësi MIRI përdor gaz heliumi - të mjaftueshëm për të mbushur rreth nëntë tullumbace për festa - për të larguar nxehtësinë nga detektorët e instrumentit. Dy kompresorë elektrikë pompojnë helium përmes një tubi që shtrihet deri aty ku ndodhet detektori. Tubi kalon përmes një blloku metalik që është gjithashtu i bashkangjitur në detektor; heliumi i ftohur thith nxehtësinë e tepërt nga blloku, duke e mbajtur temperaturën e funksionimit të detektorit nën 7 Kelvin. Gazi i ngrohur (por ende i ftohtë) kthehet më pas në kompresor, ku nxjerr nxehtësinë e tepërt dhe cikli fillon përsëri. Në thelb, sistemi është i ngjashëm me atë të përdorur në frigoriferët dhe kondicionerët shtëpiakë.
Tubat që transportojnë helium janë bërë prej çeliku inox të veshur me ar dhe kanë diametër më pak se një e dhjeta e një inçi (2.5 mm). Ai shtrihet rreth 10 metra nga kompresori i vendosur në zonën e autobusit të anijes kozmike deri te detektori MIRI në elementin e teleskopit optik të vendosur pas pasqyrës primare në formë hualli bletësh të observatorit. Pajisjet e quajtura kullë e zhvendosshme, ose DTA, lidhin dy zonat. Kur paketohen për lëshim, DTA kompresohet, pak si një piston, për të ndihmuar në instalimin e observatorit të vendosur në mbrojtjen në majë të raketës. Pasi të jetë në hapësirë, kulla do të shtrihet për të ndarë autobusin e anijes kozmike në temperaturë ambienti nga instrumentet më të ftohta të teleskopit optik dhe për të lejuar që tendë dielli dhe teleskopi të zhvendosen plotësisht.
Ky animacion tregon ekzekutimin ideal të vendosjes së Teleskopit Hapësinor James Webb orë dhe ditë pas lëshimit. Zgjerimi i kullës qendrore të vendosshme do të rrisë distancën midis dy pjesëve të MIRI-t. Ato janë të lidhura me tuba helikoidale me helium të ftohur.
Por procesi i zgjatjes kërkon që tubi i heliumit të zgjatet me montimin e kullës së zgjerueshme. Pra, tubi mbështillet si një sustë, prandaj inxhinierët e MIRI-t e quajtën këtë pjesë të tubit "Slinky".
“Ka disa sfida në punën me një sistem që përfshin rajone të shumëfishta të observatorit”, tha Analyn Schneider, menaxhere e programit JPL MIRI. “Këto rajone të ndryshme drejtohen nga organizata ose qendra të ndryshme, duke përfshirë Northrop Grumman dhe Qendrën e Fluturimeve Hapësinore Goddard të NASA-s amerikane, ne duhet të flasim me të gjithë. Nuk ka pajisje të tjera në teleskop që duhet ta bëjnë këtë, kështu që është një sfidë unike për MIRI-n. Ka qenë padyshim një radhë e gjatë për rrugën e kriokoolerëve MIRI, dhe ne jemi gati ta shohim atë në hapësirë.”
Teleskopi Hapësinor James Webb do të lançohet në vitin 2021 si observatori kryesor i shkencës hapësinore në botë. Webb do të zbulojë misteret e sistemit tonë diellor, do të shikojë botë të largëta rreth yjeve të tjerë dhe do të eksplorojë strukturat dhe origjinën misterioze të universit tonë dhe vendit tonë. Webb është një iniciativë ndërkombëtare e udhëhequr nga NASA dhe partnerët e saj ESA (Agjencia Evropiane e Hapësirës) dhe Agjencia Kanadeze e Hapësirës.
MIRI u zhvillua nëpërmjet një partneriteti 50-50 midis NASA-s dhe ESA-s (Agjencia Hapësinore Evropiane). JPL udhëheq përpjekjet e SHBA-së për MIRI-n, dhe një konsorcium shumëkombësh i instituteve astronomike evropiane kontribuon në ESA. George Rieke i Universitetit të Arizonës është udhëheqësi i ekipit shkencor të MIRI-t në SHBA. Gillian Wright është kreu i ekipit shkencor evropian të MIRI-t.
Alistair Glasse i ATC, Mbretëria e Bashkuar është Shkencëtar i Instrumenteve MIRI dhe Michael Ressler është Shkencëtar i Projektit Amerikan në JPL. Laszlo Tamas i ATC-së së Mbretërisë së Bashkuar është përgjegjës për Bashkimin Evropian. Zhvillimi i kriokoolerit MIRI u drejtua dhe u menaxhua nga JPL në bashkëpunim me Qendrën e Fluturimeve Hapësinore Goddard të NASA-s në Greenbelt, Maryland, dhe Northrop Grumman në Redondo Beach, Kaliforni.