Šalčiausias James Webb teleskopo instrumentas pasiekia darbinę temperatūrą

NASA James Webb kosminis teleskopas matys pirmąsias galaktikas, kurios susiformuos po Didžiojo sprogimo, tačiau norint tai padaryti, jo instrumentai pirmiausia turi atšalti – tikrai atšalti. Balandžio 7 d. Webb’s Mid-Infrared Instrument (MIRI) – bendras NASA ir ESA (Europos kosmoso agentūra) sukurtas prietaisas – pasiekė galutinę darbinę temperatūrą žemiau 7 kelvinų (minus 447 laipsniai pagal Farenheitą arba minus 266 laipsniai Celsijaus).

Kartu su trimis kitais Webbo instrumentais, MIRI iš pradžių atvėso Webb teniso aikštės dydžio saulės skydo šešėlyje ir nukrito iki maždaug 90 kelvinų (minus 298 F arba minus 183 C). Tačiau norint nukristi iki mažiau nei 7 kelvinų, reikėjo elektra varomo krio aušintuvo. Praėjusią savaitę komanda įveikė ypač sudėtingą etapą, vadinamą „suspaudimo tašku“, kai instrumentas pakyla nuo 15 kelvinų (minus 433 F arba minus 258 C) iki 6,4 kelvino (minus 448 F arba minus 267 C).

„MIRI aušintuvo komanda įdėjo daug sunkaus darbo kurdama suspaudimo taško procedūrą“, – sakė Analyn Schneider, MIRI projekto vadovė NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorijoje Pietų Kalifornijoje. “Komanda buvo ir susijaudinusi, ir nervinga, eidama į kritinę veiklą. Galų gale tai buvo vadovėlinis procedūros atlikimas, o vėsesnis pasirodymas yra net geresnis nei tikėtasi.”

The žema temperatūra yra būtinas, nes visi keturi Webb instrumentai aptinka infraraudonąją šviesą – bangos ilgius, kurie yra šiek tiek ilgesni už tuos, kuriuos mato žmogaus akis. Tolimos galaktikos, žvaigždės, paslėptos dulkių kokonuose, ir planetos, esančios už mūsų saulės sistemos ribų, spinduliuoja infraraudonųjų spindulių šviesa. Tačiau taip pat ir kiti šilti objektai, įskaitant paties Webb elektroniką ir optikos įrangą. Keturių prietaisų detektorių ir juos supančios aparatinės įrangos aušinimas slopina infraraudonųjų spindulių spinduliuotę. MIRI aptinka ilgesnius infraraudonųjų spindulių bangos ilgius nei kiti trys instrumentai, o tai reiškia, kad jis turi būti dar šaltesnis.

Kita priežastis, kodėl Webb detektoriai turi būti šalti, yra slopinti vadinamąją tamsiąją srovę arba elektros srovę, kurią sukuria pačiuose detektoriuose esančių atomų vibracija. Tamsi srovė imituoja tikrą signalą detektoriuose, todėl susidaro klaidingas įspūdis, kad juos pataikė šviesa iš išorinio šaltinio. Tie klaidingi signalai gali užgožti tikrus signalus, kuriuos nori rasti astronomai. Kadangi temperatūra matuoja, kaip greitai vibruoja detektoriuje esantys atomai, sumažinus temperatūrą, sumažėja vibracija, o tai savo ruožtu reiškia mažesnę tamsiąją srovę.

MIRI gebėjimas aptikti ilgesnius infraraudonųjų spindulių bangos ilgius taip pat daro jį jautresnį tamsiai srovei, todėl jis turi būti šaltesnis nei kiti instrumentai, kad šis efektas visiškai pašalintas. Kiekvienam laipsniui prietaiso temperatūra pakyla, tamsioji srovė padidėja maždaug 10 kartų.

Kai MIRI pasiekė šaltą 6,4 kelvino, mokslininkai pradėjo daugybę patikrinimų, siekdami įsitikinti, kad detektoriai veikia taip, kaip tikėtasi. Kaip ir gydytojas, ieškantis bet kokių ligos požymių, MIRI komanda žiūri į prietaiso būklę apibūdinančius duomenis, tada duoda instrumentui keletą komandų, kad pamatytų, ar jis gali tinkamai atlikti užduotis. Šis etapas yra mokslininkų ir inžinierių darbo kulminacija keliose institucijose, be JPL, įskaitant Northrop Grumman, kuris pastatė kriokaušintuvą, ir NASA Goddard kosminių skrydžių centrą, kuris prižiūrėjo MIRI ir aušintuvo integravimą į likusią observatorijos dalį. .

„Tą akimirką praleidome praktikuodami, vykdydami komandas ir patikrinimus, kuriuos atlikome MIRI“, – sakė JPL projekto MIRI mokslininkas Mike’as Ressleris. “Tai buvo tarsi filmo scenarijus: viskas, ką turėjome padaryti, buvo užrašyta ir repetuojama. Kai pasirodė bandymo duomenys, buvau sužavėta, kai pamačiau, kad viskas atrodo taip, kaip tikėtasi, ir kad turime sveiką instrumentą.”

Vis dar yra daugiau iššūkių, su kuriais komanda turės susidurti, kol MIRI pradės savo mokslinę misiją. Dabar, kai prietaisas yra darbinėje temperatūroje, komandos nariai darys bandomuosius žvaigždžių ir kitų žinomų objektų vaizdus, ​​​​kurie gali būti naudojami kalibravimui ir instrumento veikimui bei funkcionalumui patikrinti. Komanda atliks šiuos parengiamuosius darbus kartu su kitų trijų instrumentų kalibravimu, šią vasarą pateikdama pirmuosius Webb mokslinius vaizdus.

„Nepaprastai didžiuojuosi, kad priklausau šiai labai motyvuotų, entuziastingų mokslininkų ir inžinierių grupei iš visos Europos ir JAV“, – sakė JK Astronomijos technologijų centro (ATC) Edinburge, Škotijoje, MIRI instrumentų mokslininkas Alistairas Glasse’as. „Šis laikotarpis yra mūsų „išbandymas ugnimi“, bet man jau aišku, kad asmeniniai ryšiai ir abipusė pagarba, kuriuos užmezgėme per pastaruosius metus, padės mums per ateinančius kelis mėnesius pristatyti fantastišką instrumentą. pasaulinė astronomijos bendruomenė“.