Dodano: 15 kwiecień 2022r.

Kluczowy instrument Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba osiągnął temperaturę roboczą

Mid-Infrared Instrument (MIRI) zamontowany na Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba – jedno z ważniejszych narzędzi teleskopu opracowane wspólne przez inżynierów z NASA i ESA – osiągnął temperaturę roboczą poniżej 7 kelwinów (minus 267 stopni Celsjusza). Pomyślnie osiągnięcie wymaganej temperatury pozwoli obserwatorium zobaczyć odległy Wszechświat z niespotykaną dotąd szczegółowością.

Kluczowy instrument Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba osiągnął temperaturę roboczą

 

Od czasu wyniesienia w przestrzeń kosmiczną Teleskop Webba ochładza się do bardzo niskich temperatur niezbędnych do optymalnej pracy obserwatorium. MIRI – jeden z najważniejszych instrumentów naukowych zamontowany na teleskopie musiał zostać schłodzony do nieco poniżej 7 stopni Kelvina, co odpowiada minus 267 stopniom Celsjusza. Tak niska temperatura jest niezbędna do dokładnego wykrycia przez MIRI światła podczerwonego, które objawia się jako ciepło.

Proces schładzania

MIRI oraz inne kluczowe instrumenty naukowe wartego ponad 10 miliardów dolarów obserwatorium początkowo schładzały się pasywnie w cieniu osłony przeciwsłonecznej wielkości kortu tenisowego. To pozwoliło uzyskać temperaturę około 90 kelwinów, czyli minus 183 st. C., ale osiągnięcie mniej niż 7 kelwinów wymagało specjalnej chłodziarki zasilanej elektrycznie. W zeszłym tygodniu badaczom udało się obniżyć temperaturę obserwatorium do 6,4 kelwina, czyli minus 267 st. C.

Niska temperatura jest konieczna, ponieważ wszystkie kluczowe instrumenty Webba są przystosowane do wykrywania światła podczerwonego. Takie światło emitują odległe galaktyki, gwiazdy ukryte w kokonach pyłu i planety poza naszym Układem Słonecznym, ale też wszystkie inne ciepłe obiekty, w tym sprzęt elektroniczny i optyczny teleskopu Webba. Schładzanie detektorów instrumentów naukowych i otaczającego sprzętu tłumi te emisje w podczerwieni, co pozwoli uniknąć zakłóceń podczas obserwacji. MIRI wykrywa fale o większych długościach niż pozostałe instrumenty teleskopu, co oznacza, że ​​musi być najzimniejszy.

Ale jest jeszcze jeden powód, dla którego detektory Webba muszą być bardzo zimne. Chodzi o zjawisko ciemnego prądu, czyli prądu w rejestrujących światło urządzeniach, który jest obecny nawet w przypadku braku rejestrowania przez nie fotonów. Ciemny prąd jest wytwarzany przez wibracje atomów w samych detektorach. Naśladuje prawdziwy sygnał w detektorach, dając wrażenie, że zarejestrowały światło z zewnętrznego źródła. Takie fałszywe sygnały mogą zakłócić obserwacje. Ponieważ temperatura jest miarą tego, jak szybko drgają atomy w detektorze, jej obniżenie oznacza mniej wibracji, co z kolei oznacza mniej prądu ciemnego i mniej zakłóceń.

Inżynierowie z NASA przyznali, że schłodzenie do odpowiedniej temperatury było kluczowym momentem w sześciomiesięcznym okresie rozruchu obserwatorium Webba. 

Uzyskanie temperatury roboczej

Gdy MIRI osiągnął temperaturę 6,4 kelwina, naukowcy rozpoczęli serię testów, aby upewnić się, że detektory działają zgodnie z oczekiwaniami. Testy przebiegły pomyślnie. - Spędziliśmy lata przygotowując się do tego momentu. To było trochę jak scenariusz filmowy: wszystko, co mieliśmy zrobić, zostało spisane i przećwiczone. Kiedy pojawiły się dane testowe, byłem zachwycony, widząc, że wszystko wygląda dokładnie tak, jak oczekiwaliśmy i że mamy dobrze działający instrument – powiedział Mike Ressler zajmujący się projektem MIRI w Jet Propulsion Laboratory.

Przed inżynierami uruchamiającymi teleskop jeszcze sporo wyzwań, z którymi zespół będzie musiał się zmierzyć, zanim MIRI będzie mógł rozpocząć swoją misję naukową. Teraz, gdy instrument osiągnął temperaturę roboczą, członkowie zespołu wykonają zdjęcia testowe gwiazd i innych znanych obiektów, które można wykorzystać do kalibracji oraz sprawdzenia działania i funkcjonalności instrumentu. Na pierwsze naukowe obserwacje trzeba będzie poczekać do lata.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest najnowszym obserwatorium kosmicznym. Będzie badał kosmos w zakresie fal od bliskiej do średniej podczerwieni. Ma potencjał, by zmienić oblicze astronomii. Będzie przyglądał się różnym zjawiskom kosmicznym, da naukowcom wgląd w najodleglejsze galaktyki, jakie kiedykolwiek widziano, zbada atmosfery odległych planet i otulone pyłem serca regionów gwiazdotwórczych. Teleskop Jamesa Webba ma być nawet 100 razy potężniejszy od swojego poprzednika, Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, który zmienił nasze rozumienie kosmosu w ciągu ostatnich 31 lat pracy.


Źródło: NASA's Goddard Space Flight Center, fot. NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez