Mühendisler, İngiltere'den ayrıldıktan sonra NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nde James Webb Uzay Teleskobu'nun orta kızılötesi cihazının "kabulünü" gerçekleştiriyor.
JPL uçuş teknisyenleri Johnny Melendez (sağda) ve Joe Mora, MIRI kriyo soğutucusunu Kaliforniya, Redondo Beach'teki Northrop Grumman'a göndermeden önce inceliyorlar. Soğutucu orada Webb teleskopunun gövdesine bağlanıyor.
İngiltere'nin Rutherford kentindeki Appleton Laboratuvarı'nda görülen MIRI cihazının bu kısmı kızılötesi dedektörler içeriyor. Kriyo soğutucu, daha yüksek bir sıcaklıkta çalıştığı için dedektörden uzakta yer alıyor. Soğuk helyum taşıyan bir tüp iki bölümü birbirine bağlıyor.
MIRI (solda), mühendislerin bir köprü vinci kullanarak onu Entegre Bilimsel Enstrüman Modülü'ne (ISIM) bağlamaya hazırlandığı Redondo Beach'teki Northrop Grumman'da bir denge kirişinin üzerinde oturuyor. ISIM, Webb'in teleskobu barındıran dört bilimsel enstrümandan oluşan çekirdeğidir.
Gözlemevindeki dört bilimsel cihazdan biri olan MIRI cihazının çalıştırılabilmesi için, maddenin ulaşabileceği en düşük sıcaklığa yakın bir sıcaklığa kadar soğutulması gerekiyor.
24 Aralık'ta fırlatılması planlanan NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu, tarihin en büyük uzay gözlemevidir ve aynı derecede zorlu bir görevi vardır: Evrenin en ücra köşelerinden kızılötesi ışık toplamak ve bilim insanlarının evrenin yapısını ve kökenlerini araştırmasına olanak tanımak. Evrenimiz ve içindeki yerimiz.
Yıldızlar ve gezegenler ile bunların oluştuğu gaz ve toz da dahil olmak üzere birçok kozmik nesne, bazen termal radyasyon olarak adlandırılan kızılötesi ışık yayar. Ancak tost makineleri, insanlar ve elektronik cihazlar gibi diğer sıcak nesnelerin çoğu da öyle. Bu, Webb'in dört kızılötesi aletinin kendi kızılötesi ışıklarını algılayabileceği anlamına gelir. Bu emisyonları azaltmak için, aletin çok soğuk olması gerekir; yaklaşık 40 Kelvin veya eksi 388 derece Fahrenheit (eksi 233 derece Santigrat). Ancak düzgün çalışabilmesi için, orta kızılötesi aletin veya MIRI'nin içindeki dedektörlerin daha da soğuması gerekir: 7 Kelvin'in (eksi 448 derece Fahrenheit veya eksi 266 derece Santigrat) altına.
Bu, mutlak sıfırın (0 Kelvin) sadece birkaç derece üzerindedir; teorik olarak mümkün olan en düşük sıcaklıktır, ancak hiçbir ısının tamamen yokluğunu temsil ettiği için fiziksel olarak asla ulaşılamaz. (Ancak MIRI uzayda çalışan en soğuk görüntüleme cihazı değildir.)
Sıcaklık esasen atomların ne kadar hızlı hareket ettiğinin bir ölçüsüdür ve Webb dedektörleri kendi kızılötesi ışıklarını tespit etmelerine ek olarak kendi termal titreşimleri tarafından tetiklenebilir. MIRI diğer üç cihazdan daha düşük bir enerji aralığındaki ışığı tespit eder. Sonuç olarak, dedektörleri termal titreşimlere karşı daha hassastır. Bu istenmeyen sinyaller, gökbilimcilerin "gürültü" adını verdiği şeydir ve Webb'in tespit etmeye çalıştığı zayıf sinyalleri bastırabilirler.
Fırlatmanın ardından Webb, MIRI ve diğer cihazları güneşin ısısından koruyacak ve pasif bir şekilde soğumalarını sağlayacak tenis kortu büyüklüğünde bir vizör yerleştirecek. MIRI'nin kriyo-soğutucusunun fırlatmadan yaklaşık 77 gün sonra, cihazın dedektörlerinin sıcaklığını 7 Kelvin'in altına düşürmesi 19 gün sürecek.
“Dünya'da şeyleri o sıcaklığa kadar soğutmak nispeten kolaydır, genellikle bilimsel veya endüstriyel uygulamalar için,” diyor NASA'nın Güney Kaliforniya'daki Jet Propulsion Laboratuvarı'nda kriyo soğutucu uzmanı olan Konstantin Penanen. NASA için MIRI cihazını yöneten şirket. “Ancak Dünya tabanlı bu sistemler çok hantal ve enerji açısından verimsiz. Bir uzay gözlemevi için fiziksel olarak kompakt, enerji açısından verimli ve son derece güvenilir bir soğutucuya ihtiyacımız var çünkü dışarı çıkıp tamir edemeyiz. İşte karşılaştığımız zorluklar bunlar. Bu bağlamda, MIRI kriyo soğutucularının kesinlikle ön planda olduğunu söyleyebilirim.”
Webb'in bilimsel hedeflerinden biri, evrende oluşan ilk yıldızların özelliklerini incelemektir. Webb'in yakın kızılötesi kamerası veya NIRCam cihazı bu son derece uzak nesneleri tespit edebilecek ve MIRI, bilim insanlarının bu zayıf ışık kaynaklarının, bir galaksi evriminde daha sonra oluşan ikinci nesil yıldızlar yerine, birinci nesil yıldız kümeleri olduğunu doğrulamalarına yardımcı olacak.
MIRI, yakın kızılötesi cihazlardan daha kalın olan toz bulutlarına bakarak yıldızların doğum yerlerini ortaya çıkaracak. Ayrıca, gezegenlerin oluşabileceği yakın yıldızların etrafındaki soğuk ortamlarda, su, karbondioksit ve metan gibi Dünya'da yaygın olarak bulunan molekülleri ve silikatlar gibi kayalık minerallerin moleküllerini tespit edecek. Yakın kızılötesi cihazlar, bu molekülleri daha sıcak ortamlarda buhar olarak tespit etmede daha iyiyken, MIRI bunları buz olarak görebilir.
MIRI bilim ekibinin eş lideri ve Birleşik Krallık Astronomi Teknolojisi Merkezi'ndeki (UK ATC) enstrümanın Avrupa Baş Araştırmacısı Gillian Wright, "ABD ve Avrupa uzmanlığını bir araya getirerek, MIRI'yi Webb'in gücü olarak geliştirdik. Bu, dünyanın dört bir yanındaki gökbilimcilerin yıldızların, gezegenlerin ve galaksilerin nasıl oluştuğu ve evrimleştiğiyle ilgili büyük soruları yanıtlamasını sağlayacak" dedi.
MIRI kriyo soğutucu, ısıyı cihazın dedektörlerinden uzaklaştırmak için yaklaşık dokuz parti balonunu dolduracak kadar helyum gazı kullanır. İki elektrikli kompresör, dedektörün bulunduğu yere kadar uzanan bir tüpten helyum pompalar. Tüp, dedektöre bağlı bir metal bloğun içinden geçer; soğutulmuş helyum, bloktan gelen aşırı ısıyı emer ve dedektörün çalışma sıcaklığını 7 Kelvin'in altında tutar. Isıtılmış (ancak hala soğuk) gaz daha sonra kompresöre geri döner, burada aşırı ısıyı dışarı atar ve döngü tekrar başlar. Temelde, sistem ev tipi buzdolaplarında ve klimalarda kullanılan sisteme benzer.
Helyum taşıyan borular altın kaplamalı paslanmaz çelikten yapılmıştır ve çapı 2,5 mm'den (bir inçin onda biri) daha azdır. Uzay aracının otobüs alanında bulunan kompresörden gözlemevinin petek şeklindeki birincil aynasının arkasında bulunan optik teleskop elemanındaki MIRI dedektörüne kadar yaklaşık 10 metre (30 fit) uzanır. Açılabilir kule tertibatı veya DTA adı verilen donanım, iki alanı birbirine bağlar. Fırlatma için paketlendiğinde, DTA bir piston gibi sıkıştırılır ve böylece istiflenmiş gözlemevinin roketin üstündeki korumaya yerleştirilmesine yardımcı olur. Uzaya ulaştığında, kule oda sıcaklığındaki uzay aracı otobüsünü daha soğuk optik teleskop aletlerinden ayırmak için uzayacak ve güneşlik ile teleskobun tamamen açılmasına izin verecektir.
Bu animasyon, James Webb Uzay Teleskobu'nun fırlatılışından saatler ve günler sonra ideal bir şekilde konuşlandırılmasını göstermektedir. Merkezi konuşlandırılabilir kule tertibatının genişletilmesi, MIRI'nin iki parçası arasındaki mesafeyi artıracaktır. Bu parçalar, soğutulmuş helyum içeren sarmal tüplerle birbirine bağlanmıştır.
Ancak uzatma işlemi, helyum tüpünün genişletilebilir kule tertibatıyla uzatılmasını gerektirir. Bu nedenle tüp bir yay gibi kıvrılır, bu nedenle MIRI mühendisleri tüpün bu kısmına "Slinky" adını verdiler.
JPL MIRI program yöneticisi Analyn Schneider, "Gözlemevinin birden fazla bölgesini kapsayan bir sistem üzerinde çalışmanın bazı zorlukları var," dedi. "Bu farklı bölgeler, Northrop Grumman ve ABD NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi dahil olmak üzere farklı kuruluşlar veya merkezler tarafından yönetiliyor, herkesle konuşmamız gerekiyor. Teleskopta bunu yapması gereken başka bir donanım yok, bu yüzden bu MIRI'ye özgü bir zorluk. MIRI kriyo soğutucuları yolu için kesinlikle uzun bir sıra oldu ve bunu uzayda görmeye hazırız."
James Webb Uzay Teleskobu, 2021 yılında dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevi olarak fırlatılacak. Webb, güneş sistemimizin gizemlerini çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakacak ve evrenimizin ve içinde bulunduğumuz yerin gizemli yapılarını ve kökenlerini araştıracak. Webb, NASA ve ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı tarafından yönetilen uluslararası bir girişimdir.
MIRI, NASA ve ESA (Avrupa Uzay Ajansı) arasındaki %50-%50 ortaklıkla geliştirildi. ABD'deki MIRI çalışmalarına JPL liderlik ediyor ve Avrupa astronomi enstitülerinden oluşan çok uluslu bir konsorsiyum ESA'ya katkıda bulunuyor. Arizona Üniversitesi'nden George Rieke, MIRI'nin ABD bilim ekibinin lideri. Gillian Wright ise MIRI'nin Avrupa bilim ekibinin başında yer alıyor.
Birleşik Krallık ATC'den Alistair Glasse, JPL'de MIRI Enstrüman Bilim İnsanı ve Michael Ressler ise ABD Proje Bilim İnsanıdır. Birleşik Krallık ATC'den Laszlo Tamas, Avrupa Birliği'ni yönetmektedir. MIRI kriyo-soğutucunun geliştirilmesi, JPL tarafından, Maryland, Greenbelt'teki NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi ve Kaliforniya, Redondo Beach'teki Northrop Grumman işbirliğiyle yönetildi ve yönetildi.