Mühendisler, İngiltere'den ayrıldıktan sonra NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nde James Webb Uzay Teleskobu'nun orta kızılötesi cihazının "kabul" işlemini gerçekleştiriyor.
JPL uçuş teknisyenleri Johnny Melendez (sağda) ve Joe Mora, MIRI kriyosoğutucusunu Kaliforniya, Redondo Beach'teki Northrop Grumman'a göndermeden önce inceliyorlar. Soğutucu orada Webb teleskobunun gövdesine takılıyor.
İngiltere'nin Rutherford kentindeki Appleton Laboratuvarı'nda görülen MIRI cihazının bu bölümü kızılötesi dedektörleri içermektedir. Kriyosoğutucu, daha yüksek bir sıcaklıkta çalıştığı için dedektörden uzakta konumlandırılmıştır. İki bölümü birbirine bağlayan tüpte soğuk helyum bulunmaktadır.
MIRI (solda), mühendisler onu Entegre Bilimsel Enstrüman Modülü'ne (ISIM) takmak için bir vinç kullanmaya hazırlanırken, Redondo Beach'teki Northrop Grumman'da bir denge kirişi üzerinde duruyor. ISIM, Webb'in çekirdeğini oluşturan, teleskobu barındıran dört bilimsel enstrümandan oluşmaktadır.
Gözlemevindeki dört bilimsel cihazdan biri olan MIRI cihazının çalıştırılabilmesi için, maddenin ulaşabileceği en düşük sıcaklığa yakın bir sıcaklığa kadar soğutulması gerekir.
NASA'nın 24 Aralık'ta fırlatılması planlanan James Webb Uzay Teleskobu, tarihin en büyük uzay gözlemevi olup, aynı derecede zorlu bir göreve de sahip: Evrenin uzak köşelerinden kızılötesi ışık toplamak ve bilim insanlarının evrenin yapısını ve kökenlerini araştırmasına olanak sağlamak. Evrenimiz ve evrendeki yerimiz.
Yıldızlar ve gezegenler ile bunların oluştuğu gaz ve toz da dahil olmak üzere birçok kozmik cisim, bazen termal radyasyon olarak adlandırılan kızılötesi ışık yayar. Ancak tost makineleri, insanlar ve elektronik cihazlar gibi diğer birçok sıcak cisim de aynı şekilde kızılötesi ışık yayar. Bu, Webb'in dört kızılötesi cihazının kendi kızılötesi ışıklarını algılayabileceği anlamına gelir. Bu emisyonları azaltmak için cihazın çok soğuk olması gerekir; yaklaşık 40 Kelvin veya eksi 388 derece Fahrenheit (eksi 233 derece Celsius). Ancak düzgün çalışması için, orta kızılötesi cihazın (MIRI) içindeki dedektörlerin daha da soğuması gerekir: 7 Kelvin'in altına (eksi 448 derece Fahrenheit veya eksi 266 derece Celsius).
Bu, mutlak sıfırın (0 Kelvin) sadece birkaç derece üzerindedir; teorik olarak mümkün olan en soğuk sıcaklıktır, ancak fiziksel olarak asla ulaşılamaz çünkü her türlü ısının tamamen yokluğunu temsil eder. (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 algılamanın yanı sıra kendi termal titreşimleriyle de tetiklenebilir. MIRI, diğer üç cihazdan daha düşük bir enerji aralığında ışık algılar. Sonuç olarak, dedektörleri termal titreşimlere karşı daha hassastır. Bu istenmeyen sinyallere gökbilimciler "gürültü" der ve bunlar Webb'in algılamaya çalıştığı zayıf sinyalleri bastırabilir.
Fırlatmanın ardından Webb, MIRI ve diğer cihazları güneşin ısısından koruyacak ve pasif olarak soğumalarını sağlayacak, tenis kortu büyüklüğünde bir siperlik açacak. Fırlatmadan yaklaşık 77 gün sonra başlayacak olan MIRI'nin kriyojenik soğutucusu, cihazın dedektörlerinin sıcaklığını 7 Kelvin'in altına düşürmek için 19 gün sürecek.
NASA'nın Güney Kaliforniya'daki Jet İtki Laboratuvarı'nda (JEL) kriyosoğutucu uzmanı olan ve NASA için MIRI cihazını yöneten Konstantin Penanen, "Dünyada, özellikle bilimsel veya endüstriyel uygulamalar için, şeyleri o sıcaklığa kadar soğutmak nispeten kolaydır," dedi. "Ancak bu Dünya tabanlı sistemler çok hantal ve enerji verimsizdir. Bir uzay gözlemevi için, fiziksel olarak kompakt, enerji verimli ve son derece güvenilir bir soğutucuya ihtiyacımız var çünkü gidip tamir edemeyiz. Bu nedenle karşılaştığımız zorluklar bunlar. Bu açıdan bakıldığında, MIRI kriyosoğutucularının kesinlikle ön saflarda 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 sönük ışık kaynaklarının, galaksi evriminde daha sonra oluşan ikinci nesil yıldızlar yerine, birinci nesil yıldız kümeleri olduğunu doğrulamalarına yardımcı olacaktır.
MIRI, yakın kızılötesi cihazlardan daha kalın olan toz bulutlarına bakarak yıldızların doğum yerlerini ortaya çıkaracak. Ayrıca, gezegenlerin oluşabileceği yakındaki yıldızların etrafındaki soğuk ortamlarda, Dünya'da yaygın olarak bulunan su, karbondioksit ve metan gibi moleküllerin yanı sıra silikatlar gibi kayalık minerallerin moleküllerini de tespit edecek. Yakın kızılötesi cihazlar bu molekülleri daha sıcak ortamlarda buhar halinde tespit etmede daha iyidir, oysa MIRI bunları buz halinde görebilir.
Birleşik Krallık Astronomi Teknoloji Merkezi'nde (UK ATC) MIRI bilim ekibinin eş lideri ve cihazın Avrupa Baş Araştırmacısı Gillian Wright, "ABD ve Avrupa uzmanlığını birleştirerek, Webb'in gücü olan MIRI'yi geliştirdik. Bu sayede dünyanın dört bir yanındaki gökbilimciler, yıldızların, gezegenlerin ve galaksilerin nasıl oluştuğu ve evrimleştiği hakkındaki büyük soruları yanıtlayabilecekler" dedi.
MIRI kriyosoğutucu, cihazın dedektörlerinden ısıyı uzaklaştırmak için yaklaşık dokuz parti balonunu doldurmaya yetecek 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 fazla ısıyı emer ve dedektörün çalışma sıcaklığını 7 Kelvin'in altında tutar. Isıtılmış (ama hala soğuk) gaz daha sonra kompresöre geri döner, burada fazla ısıyı dışarı atar ve döngü yeniden başlar. Temelde, sistem ev tipi buzdolaplarında ve klimalarda kullanılan sisteme benzer.
Helyum taşıyan borular altın kaplama paslanmaz çelikten yapılmıştır ve çapları bir inçin onda birinden (2,5 mm) daha küçüktür. Uzay aracı gövdesinde bulunan kompresörden, gözlemevinin petek şeklindeki ana aynasının arkasında bulunan optik teleskop elemanındaki MIRI dedektörüne kadar yaklaşık 10 metre uzanır. Açılabilir kule düzeneği veya DTA adı verilen bir donanım, iki alanı birbirine bağlar. Fırlatma için paketlendiğinde, DTA, depolanmış gözlemevinin roketin üstündeki korumaya yerleştirilmesine yardımcı olmak için bir piston gibi sıkıştırılır. Uzaya çıktıktan sonra, kule uzayarak oda sıcaklığındaki uzay aracı gövdesini daha soğuk optik teleskop aletlerinden ayırır ve güneşlik ile teleskobun tamamen açılmasına olanak tanır.
Bu animasyon, James Webb Uzay Teleskobu'nun fırlatıldıktan saatler ve günler sonraki ideal açılma sürecini göstermektedir. Merkezi açılabilir kule düzeneğinin genişlemesi, MIRI'nin iki parçası arasındaki mesafeyi artıracaktır. Bu iki parça, soğutulmuş helyum içeren sarmal tüplerle birbirine bağlanmıştır.
Ancak uzatma işlemi, helyum tüpünün genişletilebilir kule düzeneğiyle birlikte uzatılmasını gerektirir. Bu nedenle tüp bir yay gibi kıvrılır; bu yüzden MIRI mühendisleri tüpün bu kısmına "Slinky" adını vermişlerdir.
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 de dahil olmak üzere farklı kuruluşlar veya merkezler tarafından yönetiliyor, bu yüzden herkesle görüşmemiz gerekiyor. Teleskopta bunu yapması gereken başka bir donanım yok, bu nedenle MIRI'ye özgü bir zorluk. MIRI kriyojenik soğutucuları için uzun bir süreç oldu ve onu uzayda görmeye hazırız.”
James Webb Uzay Teleskobu, dünyanın önde gelen uzay bilim gözlemevi olarak 2021 yılında fırlatılacak. Webb, güneş sistemimizin gizemlerini çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakacak ve evrenimizin ve yerimizin 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) arasında %50-%50 ortaklık yoluyla geliştirilmiştir. JPL, MIRI için ABD'deki çalışmaları yönetirken, Avrupa astronomi enstitülerinden oluşan çok uluslu bir konsorsiyum da ESA'ya katkıda bulunmaktadır. Arizona Üniversitesi'nden George Rieke, MIRI'nin ABD bilim ekibinin lideridir. Gillian Wright ise MIRI'nin Avrupa bilim ekibinin başkanıdır.
Birleşik Krallık ATC'den Alistair Glasse, MIRI Enstrüman Bilimcisi ve Michael Ressler ise JPL'de ABD Proje Bilimcisi olarak görev yapmaktadır. Birleşik Krallık ATC'den Laszlo Tamas, Avrupa Birliği'nden sorumludur. MIRI kriyosoğutucusunun geliştirilmesi, JPL tarafından NASA'nın Greenbelt, Maryland'deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi ve Redondo Beach, California'daki Northrop Grumman ile işbirliği içinde yürütülmüştür.