Isinasagawa ng mga inhinyero ang "pagtanggap" sa mid-infrared na instrumento ng James Webb Space Telescope sa Goddard Space Flight Center ng NASA pagkatapos umalis sa UK.
Sinusuri ng mga technician ng JPL flight na si Johnny Melendez (kanan) at Joe Mora ang MIRI cryocooler bago ito ipadala sa Northrop Grumman sa Redondo Beach, California. Doon, nakakabit ang cooler sa katawan ng teleskopyo ng Webb.
Ang bahaging ito ng instrumentong MIRI, na makikita sa Appleton Laboratory sa Rutherford, UK, ay naglalaman ng mga infrared detector. Ang cryocooler ay matatagpuan malayo sa detector dahil gumagana ito sa mas mataas na temperatura. Isang tubo na may dalang malamig na helium ang nagdurugtong sa dalawang seksyon.
Ang MIRI (kaliwa) ay nakapatong sa isang balance beam sa Northrop Grumman sa Redondo Beach habang naghahanda ang mga inhinyero na gamitin ang isang overhead crane upang ikabit ito sa Integrated Scientific Instrument Module (ISIM). Ang ISIM ang core ng Webb, ang apat na instrumentong pang-agham na naglalaman ng teleskopyo.
Bago gumana ang instrumentong MIRI — isa sa apat na instrumentong pang-agham sa obserbatoryo — kailangan muna itong palamigin sa halos pinakamalamig na temperatura na kayang maabot ng materya.
Ang James Webb Space Telescope ng NASA, na nakatakdang ilunsad sa Disyembre 24, ang pinakamalaking obserbatoryo sa kalawakan sa kasaysayan, at mayroon itong pantay na nakakatakot na gawain: ang pagkolekta ng infrared na liwanag mula sa malalayong sulok ng uniberso, na nagpapahintulot sa mga siyentipiko na siyasatin ang istruktura at pinagmulan ng uniberso. Ang ating uniberso at ang ating lugar dito.
Maraming kosmikong bagay — kabilang ang mga bituin at planeta, at ang gas at alikabok kung saan sila nabubuo — ang naglalabas ng infrared na liwanag, na minsan ay tinatawag na thermal radiation. Ngunit gayundin ang karamihan sa iba pang mainit na bagay, tulad ng mga toaster, tao, at electronics. Nangangahulugan ito na ang apat na infrared na instrumento ni Webb ay maaaring makakita ng sarili nilang infrared na liwanag. Upang mabawasan ang mga emisyon na ito, ang instrumento ay dapat na napakalamig—mga 40 Kelvin, o minus 388 degrees Fahrenheit (minus 233 degrees Celsius). Ngunit upang gumana nang maayos, ang mga detector sa loob ng mid-infrared na instrumento, o MIRI, ay dapat na mas malamig: sa ibaba ng 7 Kelvin (minus 448 degrees Fahrenheit, o minus 266 degrees Celsius).
Iyan ay ilang digri lamang na mas mataas sa absolute zero (0 Kelvin) – ang pinakamalamig na temperatura na posible sa teorya, bagama't hindi ito kailanman pisikal na makakamit dahil kinakatawan nito ang ganap na kawalan ng anumang init. (Gayunpaman, ang MIRI ay hindi ang pinakamalamig na instrumento sa pag-imaging na gumagana sa kalawakan.)
Ang temperatura ay mahalagang sukatan kung gaano kabilis gumagalaw ang mga atomo, at bukod sa pag-detect ng sarili nilang infrared na liwanag, ang mga Webb detector ay maaaring ma-trigger ng sarili nilang thermal vibrations. Natutukoy ng MIRI ang liwanag sa mas mababang saklaw ng enerhiya kaysa sa iba pang tatlong instrumento. Bilang resulta, ang mga detector nito ay mas sensitibo sa mga thermal vibrations. Ang mga hindi gustong signal na ito ang tinatawag ng mga astronomo na "ingay," at maaari nilang malampasan ang mahinang signal na sinusubukang ma-detect ni Webb.
Pagkatapos ng paglulunsad, maglalagay ang Webb ng visor na kasinglaki ng tennis court na poprotekta sa MIRI at iba pang mga instrumento mula sa init ng araw, na magbibigay-daan sa mga ito na lumamig nang pasibo. Simula mga 77 araw pagkatapos ng paglulunsad, ang cryocooler ng MIRI ay aabutin ng 19 na araw upang mabawasan ang temperatura ng mga detector ng instrumento sa ibaba 7 Kelvin.
“Medyo madaling palamigin ang mga bagay sa temperaturang iyon sa Earth, kadalasan para sa mga siyentipiko o pang-industriya na aplikasyon,” sabi ni Konstantin Penanen, isang eksperto sa cryocooler sa Jet Propulsion Laboratory ng NASA sa Southern California, na namamahala sa instrumentong MIRI para sa NASA. “Ngunit ang mga sistemang iyon na nakabase sa Earth ay napakalaki at hindi matipid sa enerhiya. Para sa isang obserbatoryo sa kalawakan, kailangan natin ng isang cooler na pisikal na siksik, matipid sa enerhiya, at kailangan itong maging lubos na maaasahan dahil hindi natin ito kayang ayusin. Kaya ito ang mga hamong kinakaharap natin, sa bagay na iyon, masasabi kong ang mga MIRI cryocooler ay tiyak na nangunguna.”
Isa sa mga layuning siyentipiko ni Webb ay ang pag-aralan ang mga katangian ng mga unang bituin na nabuo sa sansinukob. Matutuklasan ng near-infrared camera o instrumentong NIRCam ng Webb ang mga napakalayong bagay na ito, at tutulungan ng MIRI ang mga siyentipiko na kumpirmahin na ang mga mahinang pinagmumulan ng liwanag na ito ay mga kumpol ng mga bituin sa unang henerasyon, sa halip na mga bituin sa ikalawang henerasyon na nabuo kalaunan sa ebolusyon ng kalawakan.
Sa pamamagitan ng pagtingin sa mga ulap ng alikabok na mas makapal kaysa sa mga instrumentong malapit sa infrared, ipapakita ng MIRI ang mga lugar ng kapanganakan ng mga bituin. Matutukoy din nito ang mga molekula na karaniwang matatagpuan sa Daigdig — tulad ng tubig, carbon dioxide at methane, pati na rin ang mga molekula ng mabatong mineral tulad ng silicates — sa malamig na kapaligiran sa paligid ng kalapit na mga bituin, kung saan maaaring mabuo ang mga planeta. Mas mahusay ang mga instrumentong malapit sa infrared sa pagtuklas ng mga molekulang ito bilang mga singaw sa mas mainit na kapaligiran, habang nakikita naman ito ng MIRI bilang yelo.
"Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng kadalubhasaan ng US at Europeo, nabuo namin ang MIRI bilang ang kapangyarihan ng Webb, na magbibigay-daan sa mga astronomo mula sa buong mundo na sagutin ang malalaking tanong tungkol sa kung paano nabubuo at umuunlad ang mga bituin, planeta, at galaksiya," sabi ni Gillian Wright, Co-lead ng pangkat ng agham ng MIRI at European Principal Investigator para sa instrumento sa UK Astronomical Technology Centre (UK ATC).
Ang MIRI cryocooler ay gumagamit ng helium gas—sapat upang mapuno ang halos siyam na party balloon—upang dalhin ang init palayo sa mga detector ng instrumento. Dalawang electric compressor ang nagbobomba ng helium sa pamamagitan ng isang tubo na umaabot hanggang sa kung saan matatagpuan ang detector. Ang tubo ay dumadaan sa isang bloke ng metal na nakakabit din sa detector; ang pinalamig na helium ay sumisipsip ng labis na init mula sa bloke, na pinapanatili ang temperatura ng pagpapatakbo ng detector sa ibaba ng 7 Kelvin. Ang pinainit (ngunit malamig pa rin) na gas ay babalik sa compressor, kung saan itinatapon nito ang labis na init, at ang siklo ay nagsisimula muli. Sa panimula, ang sistema ay katulad ng ginagamit sa mga refrigerator at air conditioner sa bahay.
Ang mga tubo na nagdadala ng helium ay gawa sa gintong hindi kinakalawang na asero at wala pang ikasampung bahagi ng isang pulgada (2.5 mm) ang diyametro. Ito ay umaabot ng humigit-kumulang 30 talampakan (10 metro) mula sa compressor na matatagpuan sa lugar ng spacecraft bus patungo sa MIRI detector sa optical telescope element na matatagpuan sa likod ng honeycomb primary mirror ng observatory. Ang hardware na tinatawag na deployable tower assembly, o DTA, ay nag-uugnay sa dalawang lugar. Kapag naka-pack na para sa paglulunsad, ang DTA ay kino-compress, medyo parang piston, upang makatulong sa pag-install ng nakaimbak na observatory sa proteksyon sa ibabaw ng rocket. Kapag nasa kalawakan na, ang tore ay lalawak upang ihiwalay ang room-temperature spacecraft bus mula sa mas malamig na optical telescope instruments at pahintulutan ang sunshade at teleskopyo na ganap na ma-deploy.
Ipinapakita ng animation na ito ang mainam na pagpapatupad ng pag-deploy ng James Webb Space Telescope ilang oras at araw pagkatapos ng paglulunsad. Ang paglawak ng central deployable tower assembly ay magpapataas ng distansya sa pagitan ng dalawang bahagi ng MIRI. Ang mga ito ay konektado sa pamamagitan ng mga helical tube na may pinalamig na helium.
Ngunit ang proseso ng pagpahaba ay nangangailangan ng pagpapahaba ng helium tube gamit ang expandable tower assembly. Kaya ang tube ay umiikot na parang spring, kaya naman binansagan ng mga inhinyero ng MIRI ang bahaging ito ng tube na "Slinky".
“May ilang mga hamon sa pagtatrabaho sa isang sistema na sumasaklaw sa maraming rehiyon ng obserbatoryo,” sabi ni Analyn Schneider, program manager ng JPL MIRI. “Ang iba't ibang rehiyong ito ay pinamumunuan ng iba't ibang organisasyon o sentro, kabilang ang Northrop Grumman at ang Goddard Space Flight Center ng NASA sa US, kailangan naming makipag-usap sa lahat. Walang ibang hardware sa teleskopyo na kailangang gawin iyon, kaya isa itong hamon na natatangi sa MIRI. Tiyak na mahaba ang pila para sa kalsada ng MIRI cryocoolers, at handa na kaming makita ito sa kalawakan.”
Ilulunsad ang James Webb Space Telescope sa 2021 bilang nangungunang obserbatoryo sa agham pangkalawakan sa mundo. Susuriin ng Webb ang mga misteryo ng ating solar system, titingnan ang malalayong mundo sa paligid ng ibang mga bituin, at susuriin ang mahiwagang istruktura at pinagmulan ng ating uniberso at ng ating lugar. Ang Webb ay isang internasyonal na inisyatibo na pinamumunuan ng NASA at ng mga kasosyo nito na ESA (European Space Agency) at ng Canadian Space Agency.
Ang MIRI ay binuo sa pamamagitan ng isang 50-50 na pakikipagtulungan sa pagitan ng NASA at ESA (European Space Agency). Pinangungunahan ng JPL ang pagsisikap ng US para sa MIRI, at isang multinasyonal na konsorsyum ng mga institusyong astronomikal sa Europa ang nag-aambag sa ESA. Si George Rieke ng University of Arizona ang pinuno ng pangkat ng agham ng MIRI sa US. Si Gillian Wright ang pinuno ng pangkat siyentipiko sa Europa ng MIRI.
Si Alistair Glasse ng ATC, UK ay isang MIRI Instrument Scientist at si Michael Ressler ay isang US Project Scientist sa JPL. Si Laszlo Tamas ng UK ATC ang namamahala sa European Union. Ang pagbuo ng MIRI cryocooler ay pinangunahan at pinamamahalaan ng JPL sa pakikipagtulungan ng Goddard Space Flight Center ng NASA sa Greenbelt, Maryland, at Northrop Grumman sa Redondo Beach, California.