NASA/ESA/CSA James Webb -avaruusteleskooppia kutsutaan usein NASA/ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin seuraajaksi. Itse asiassa se on monien muiden seuraaja. Mid-Infrared Instrumentin (MIRI) mukaan Webb onnistui myös infrapuna-avaruusteleskoopit, kuten ESAn Space Infrared Observatory (ISO) ja NASAn Spitzer Space Telescope.
Keski-infrapuna-alueella universumi on hyvin erilainen kuin se, mitä olemme tottuneet näkemään silmillämme. Keski-infrapuna, joka ulottuu 3–30 mikrometriin, havaitsee taivaankohteet, joiden lämpötila on 30–700 ºC. Tässä tilassa kohteet, jotka näyttävät tummilta näkyvän valon kuvissa, hehkuvat nyt kirkkaasti.
"Tämä on erittäin mielenkiintoinen aallonpituusalue sen kemian suhteen, joka voidaan tehdä ja miten voit ymmärtää tähtien muodostumisprosessia ja mitä tapahtuu galaksien ytimissä", sanoo Gillian Wright, päätutkija eurooppalaisesta konsortiosta, joka on kehittänyt galaksien. MIRI instrumentti. - Ensimmäiset todelliset keski-infrapuna välähdyksemme avaruudesta saatiin ISO:lla, joka toimi marraskuusta 1995 lokakuuhun 1998. Saapuessaan kiertoradalle vuonna 2003, Spitzer edistyi edelleen samanlaisilla aallonpituuksilla. Sekä ISO- että Spitzer-löydöt ovat korostaneet tarvetta keskitason infrapunavalmiuksille, joilla on suurempi keräysalue paremman herkkyyden ja kulmaresoluution saavuttamiseksi, jotta voidaan käsitellä monia tärkeitä tähtitieteen kysymyksiä."
Jillian ja muut alkoivat haaveilla instrumentista, joka näkisi keski-infrapunan eloisasti. Valitettavasti ESA ja NASA näkivät lähi-infrapunasäteilyn lyhyemmät aallonpituudet Webbin ensisijaisena kohteena. ESA johti NIRSpec-nimisen lähi-infrapunaspektrometrin kehittämistä, kun taas NASA tähtäsi lämpökameraan nimeltä NIRCam.
Jillian ja hänen kollegansa näkivät mahdollisuuden, kun ESA julkaisi hakupyynnön lähi-infrapunaspektrometrin tutkimiseen. – Johdin ryhmää, joka lähetti melko rohkean vastauksen. Siinä sanottiin, että tutkisimme lähi-infrapunaspektrografia, mutta meillä olisi myös lisäkanava, joka käsittelee kaikkia näitä keski-infrapunatieteellisiä tutkimuksia. Ja esitimme tieteellisen perustelun sille, miksi keski-infrapunatähtitiede olisi mahtavaa Webbissä", hän sanoo.
Vaikka hänen tiiminsä ei voittanut kyseistä sopimusta, rohkea askel auttoi nostamaan keski-infrapunatähtitieteen profiilia Euroopassa, ja hänet kutsuttiin edustamaan näitä tieteellisiä etuja toisessa ESAn tutkimuksessa, jossa tutkitaan eurooppalaisen teollisuuden kykyä rakentaa infrapunainstrumentteja. . Osa tästä tutkimuksesta omistettiin keskipitkän infrapuna-alueen instrumenteille akateemisten laitosten tuella kaikkialta Euroopasta.
Tulokset olivat niin rohkaisevia, kuten myös Yhdysvaltojen johtamien rinnakkaisten tutkimusten tulokset, että kiinnostus tällaista laitetta kohtaan kasvoi entisestään. Jillian ja hänen kollegansa rohkaisivat ja asteittain vakuuttivat ESAn ja NASA:n ottamaan sen mukaan välineen suunnitteluun ja rakentamiseen – ja ennen kaikkea keräämään rahaa Euroopassa – kansainvälisen ryhmän tutkijoista ja insinööreistä Euroopassa. Webb ohjelma.
Euroopan johtajuuden laajentaminen tällä työtavalla kansainväliseen yhteistyöhön Yhdysvaltojen kanssa, NASAn lippulaivatehtävään, jossa instrumenttien valmistuskulttuuri on niin erilainen, ei ollut varma menestyksen resepti. "Suurin pelko oli, että tämä monimutkaisuus olisi suurin uhka instrumentille", sanoo ESAn MIRI-instrumentin johtaja José Lorenzo Alvarez. Mutta riski kannatti.
Omien varojensa lisäksi konsortio sai vielä yhden varoituksen: instrumentin ei pitäisi vaikuttaa Webbin käyttölämpötiloihin ja optiikkaan. Toisin sanoen teleskooppi pysyy optimoituna lähi-infrapuna-instrumenteille, ja MIRI kestää mitä vain saa. Tämä rajoittaisi instrumentin suorituskykyä yli kymmenen mikrometrin, mutta Jillianille se oli pieni hinta maksettavaksi.
Yksi suurimmista teknologisista esteistä oli, että MIRI:n täytyi toimia alhaisemmassa lämpötilassa kuin lähi-infrapunainstrumenttien. Tämä saavutettiin käyttämällä NASAn Jet Propulsion Laboratoryn tarjoamaa kryojäähdytinmekanismia. MIRI toimii noin -267 °C:n lämpötilassa, jotta se olisi herkkä keski-infrapuna-aaltoille.
Tämä on alhaisempi kuin Pluton keskimääräinen pintalämpötila, noin 40 Kelviniä (-233 °C). Sattumalta tämä on lämpötila, jossa muut instrumentit ja teleskooppi toimivat. Molemmat lämpötilat ovat äärimmäisen alhaisia, mutta tämän eron vuoksi kaukoputken lämpö tunkeutuisi edelleen MIRI:hen, kun se on kiinnitetty kaukoputkeen, ellei niitä olisi lämpöeristetty toisistaan.
Toinen haaste oli instrumentille käytettävissä oleva rajallinen tila kaukoputkessa. Tämä oli vielä vaikeampaa, koska MIRI:n piti olla tehokkaasti kaksi instrumenttia yhdessä – kuvanturi ja spektrometri. Tämä vaati näppärää suunnittelutyötä.
Jopa sen jälkeen, kun instrumentti oli valmis ja toimitettu NASA:lle integroitavaksi muuhun kaukoputkeen, tiimi kohtasi entistä enemmän haasteita.
Äärimmäisen monimutkaisen kaukoputken rakentaminen kesti kauemmin kuin kukaan olisi voinut kuvitella, mikä tarkoittaa, että MIRI:n ja muiden instrumenttien on pysyttävä maan päällä paljon pidempään kuin alun perin oli suunniteltu.
Sitten joulupäivänä 2021 ESAn Ariane 5 -kantoraketti toimitti avaruusaluksen kiertoradalle täydellisessä laukaisussa. Seuraavien viikkojen ja kuukausien aikana maaryhmät valmistivat kaukoputken ja sen instrumentit ja luovuttivat ne tutkijoille. Muiden instrumenttien ohella MIRI lähettää nyt tietoja, joista tiedemiehet ovat vain haaveilleet.
MIRI-tiedot esiintyivät laajalti aikaisemmissa Webb-kuvissa, mukaan lukien Carina-sumun "vuoret" ja "laaksot", vuorovaikutuksessa oleva galaksiryhmä Stefan Quintet ja eteläinen rengassumu. Myöhemmät kuvat nostivat rimaa edelleen sekä kauneuden että tieteen suhteen. Koska MIRI on kuitenkin niin iso askel eteenpäin kaikista aiemmista keski-infrapunainstrumenteista, rimaa on nostettu myös kuvan tulkintaominaisuuksien suhteen.
Mutta tämä on edistyneen tieteen ydin, ja tähtitieteilijät ryntäävät jo kehittämään yksityiskohtaisempia tietokonemalleja, jotka voivat kertoa heille enemmän erilaisista fysikaalisista prosesseista, jotka aiheuttavat datan ilmestymisen keski-infrapuna-alueella.
MIRI, yhdessä muiden Web-työkalujen kanssa, voi edistää kaikkia tähtitieteen aloja. Tämä on sellaista transformatiivista tiedettä, joka tulee mahdolliseksi vasta mahdollisuuksien merkittävän laajentumisen myötä. Ja se on loistava osoitus ryhmätyöstä ja kansainvälisestä yhteistyöstä, joka käytettiin teleskoopin rakentamiseen yleensä ja MIRI:n rakentamiseen erityisesti.
Voit auttaa Ukrainaa taistelemaan venäläisiä hyökkääjiä vastaan. Paras tapa tehdä tämä on lahjoittaa varoja Ukrainan asevoimille Pelasta elämä tai virallisen sivun kautta NBU.
Lue myös:
- Hubble havaitsi parin Gerbig-Aron esineitä Orionin tähdistössä
- James Webb -teleskooppi tutkii asumiskelpoisia eksoplaneettoja