Bu çizimde, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu üzerindeki çok katmanlı güneş siperi, gözlemevinin petek aynasının altında uzanıyor. Güneşlik, Webb’in kızılötesi cihazlarını soğutmanın ilk adımıdır, ancak Orta Kızılötesi Enstrüman (MIRI), çalışma sıcaklığına ulaşmak için ek yardıma ihtiyaç duyar. Kredi: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez
NASA‘s James Webb Uzay Teleskobu büyük patlamadan sonra oluşan ilk galaksileri görecek, ancak bunu yapmak için aletlerinin önce soğuması gerekiyor – gerçekten soğuk. 7 Nisan’da Webb’in Orta Kızılötesi Enstrümanı (MIRI) – NASA ve ESA (Avrupa Uzay Ajansı) tarafından ortaklaşa geliştirildi – son çalışma sıcaklığına 7 kelvin’in (eksi 447 derece) altına ulaştı. Fahrenhaytveya eksi 266 derece santigrat).
Webb’in diğer üç enstrümanı ile birlikte, MIRI başlangıçta Webb’in tenis kortu büyüklüğündeki güneş kalkanının gölgesinde soğudu ve yaklaşık 90 kelvin’e (eksi 298 F veya eksi 183 C) düştü. Ancak 7 kelvin’in altına düşmek için bir elektrikle çalışan kriyo soğutucu. Geçen hafta, alet 15 kelvin’den (eksi 433 F veya eksi 258 C) 6.4 kelvin’e (eksi 448 F veya eksi 267 C) ulaştığında, ekip “sıkıştırma noktası” olarak adlandırılan özellikle zorlu bir dönüm noktasını geçti.
NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’nda MIRI proje yöneticisi Analyn Schneider, “MIRI soğutucu ekibi, sıkışma noktası prosedürünü geliştirmek için çok çalıştı” dedi. “Ekip kritik aktiviteye girerken hem heyecanlı hem de gergindi. Sonunda, prosedürün bir ders kitabı uygulamasıydı ve daha soğuk performans beklenenden daha iyi.”
Teleskoptan gelen ışık demeti, cihazın üst kısmında bulunan ve bir periskop gibi davranan toplama aynası aracılığıyla MIRI’ye girer. Ardından, bir dizi ayna, ışığı, bir dizi 4 spektroskopik modülün bulunduğu cihazların altına yönlendirir. Bir kez orada, ışık demeti, orta kızılötesi bölgenin farklı bölümlerine karşılık gelen 4 ışında dikroik adı verilen optik elemanlarla bölünür. Her ışın kendi entegre alan birimine girer; bu bileşenler ışığı tüm görüş alanından böler ve yeniden biçimlendirir, spektrumlara dağılmaya hazırdır. Bu, ışığın birçok kez katlanmasını, sektirilmesini ve bölünmesini gerektirir, bu da muhtemelen bunu Webb’in en karmaşık ışık yollarından biri haline getirir. Bu muhteşem yolculuğu bitirmek için, her bir ışının ışığı ızgaralar tarafından dağıtılır ve ardından 2 MIRI dedektörüne (dedektör başına 2 ışın) yansıyan spektrumlar oluşturulur. Müthiş bir mühendislik başarısı! Kredi: ESA/ATG medialab
Düşük sıcaklık gereklidir çünkü Webb’in enstrümanlarının dördü tespit etmek kızılötesi ışık – insan gözünün görebileceğinden biraz daha uzun dalga boyları. Uzak galaksiler, toz kozalarında gizlenmiş yıldızlar ve güneş sistemimizin dışındaki gezegenlerin tümü kızılötesi ışık yayar. Ancak Webb’in kendi elektronik ve optik donanımı da dahil olmak üzere diğer sıcak nesneler de öyle. Dört cihazın dedektörlerini ve çevreleyen donanımı soğutmak, bu kızılötesi emisyonları bastırır. MIRI, diğer üç cihazdan daha uzun kızılötesi dalga boylarını algılar, bu da daha soğuk olması gerektiği anlamına gelir.
Webb’in dedektörlerinin soğuk olmasının bir başka nedeni de, karanlık akım veya dedektörlerdeki atomların titreşimi tarafından oluşturulan elektrik akımı denen bir şeyi bastırmaktır. Karanlık akım, dedektörlerde gerçek bir sinyali taklit ederek, harici bir kaynaktan gelen ışık tarafından vurulduklarına dair yanlış bir izlenim verir. Bu yanlış sinyaller, astronomların bulmak istediği gerçek sinyalleri bastırabilir. Sıcaklık, dedektördeki atomların ne kadar hızlı titrediğinin bir ölçüsü olduğundan, sıcaklığın düşürülmesi daha az titreşim anlamına gelir ve bu da daha az karanlık akım anlamına gelir.
MIRI’nin daha uzun kızılötesi dalga boylarını algılama yeteneği, onu karanlık akıma karşı daha duyarlı hale getirir, bu nedenle bu etkiyi tamamen ortadan kaldırmak için diğer cihazlardan daha soğuk olması gerekir. Cihaz sıcaklığının arttığı her derece için karanlık akım yaklaşık 10 kat artar.
NASA, NASA’nın Greenbelt, MD’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezindeki bir termal vakum odasında Webb teleskopunun MIRI termal kalkanını test ediyor. Kredi bilgileri: NASA
MIRI soğuk bir 6.4 kelvin’e ulaştığında, bilim adamları dedektörlerin beklendiği gibi çalıştığından emin olmak için bir dizi kontrol başlattı. Herhangi bir hastalık belirtisi arayan bir doktor gibi, MIRI ekibi cihazın sağlığını tanımlayan verilere bakar ve ardından cihaza görevleri doğru bir şekilde yerine getirip getiremeyeceğini görmek için bir dizi komut verir. Bu dönüm noktası, bilim adamlarının ve mühendislerin birden fazla kurumdaki çalışmalarının doruk noktasıdır. JPLkriyo soğutucuyu yapan Northrop Grumman ve MIRI ile soğutucunun gözlemevinin geri kalanına entegrasyonunu denetleyen NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi dahil.
JPL’de MIRI proje bilimcisi Mike Ressler, “Yıllarca MIRI üzerinde yaptığımız komutları ve kontrolleri gözden geçirerek o an için pratik yaptık” dedi. “Bir tür film senaryosu gibiydi: Yapmamız gereken her şey yazılıp prova edildi. Test verileri geldiğinde, tam olarak beklendiği gibi göründüğünü ve sağlıklı bir enstrümanımız olduğunu görmek beni çok mutlu etti.”
MIRI bilimsel görevine başlamadan önce ekibin yüzleşmesi gereken daha fazla zorluk var. Cihaz çalışma sıcaklığında olduğuna göre, ekip üyeleri kalibrasyon için kullanılabilecek yıldızların ve diğer bilinen nesnelerin test görüntülerini alacak ve cihazın işlemlerini ve işlevselliğini kontrol edecek. Ekip, bu hazırlıkları diğer üç cihazın kalibrasyonuyla birlikte yürütecek ve bu yaz Webb’in ilk bilim görüntülerini sunacak.
İskoçya’nın Edinburgh kentindeki Birleşik Krallık Astronomi Teknoloji Merkezi’nde (ATC) MIRI enstrüman bilimcisi olan Alistair Glasse, “Avrupa ve ABD’nin dört bir yanından gelen yüksek motivasyonlu, hevesli bilim adamları ve mühendislerden oluşan bu grubun bir parçası olmaktan son derece gurur duyuyorum” dedi. “Bu dönem bizim ‘ateşle imtihanımız’ ama benim için şimdiden çok açık ki, geçtiğimiz yıllarda inşa ettiğimiz kişisel bağlar ve karşılıklı saygı, önümüzdeki birkaç ay boyunca bize fantastik bir enstrümanı teslim etmemizi sağlayacak. dünya çapında astronomi topluluğu.”
Misyon Hakkında Daha Fazla Bilgi
James Webb Uzay Teleskobu, ortakları ESA ve Kanada Uzay Ajansı ile birlikte NASA tarafından yönetilen uluslararası bir programdır.
MIRI, NASA ve ESA arasındaki %50-50 ortaklıkla geliştirildi. JPL, ABD’nin MIRI çabalarına öncülük ediyor ve Avrupa astronomi enstitülerinden oluşan çok uluslu bir konsorsiyum ESA’ya katkıda bulunuyor. Arizona Üniversitesi’nden George Rieke, MIRI bilim ekibi lideridir. Gillian Wright, MIRI Avrupa baş araştırmacısıdır.
İngiltere ATC ile Laszlo Tamas, Avrupa Konsorsiyumunu yönetmektedir. MIRI kriyocooler geliştirmesi, Redondo Beach, California’daki Northrop Grumman ve Greenbelt, Maryland’deki NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi ile işbirliği içinde JPL tarafından yönetildi ve yönetildi.