NASA/ESA/CSA James Webb kosminis teleskopas dažnai vadinamas NASA/ESA Hablo kosminio teleskopo įpėdiniu. Tiesą sakant, tai yra daug kitų dalykų įpėdinis. Įtraukus Vidutinio infraraudonųjų spindulių instrumentą (MIRI), Webb taip pat sėkmingai sukūrė infraraudonųjų spindulių kosminius teleskopus, tokius kaip ESA kosminė infraraudonųjų spindulių observatorija (ISO) ir NASA Spitzerio kosminis teleskopas.
Vidutinio infraraudonųjų spindulių diapazone visata labai skiriasi nuo to, ką esame įpratę matyti savo akimis. Nuo 3 iki 30 mikrometrų besiplečiantis vidutinis infraraudonųjų spindulių spinduliavimas aptinka dangaus objektus, kurių temperatūra yra nuo 30 iki 700ºC. Šiuo režimu objektai, kurie matomos šviesos vaizduose atrodo tamsūs, dabar šviečia ryškiai.
„Tai labai įdomus bangos ilgių diapazonas, kalbant apie chemiją, kurią galima atlikti ir kaip suprasti žvaigždžių formavimosi procesą ir tai, kas vyksta galaktikų šerdyje“, – sako Gillian Wright, Europos konsorciumo, sukūrusio MIRI instrumentas. - Pirmieji tikri vidutinio infraraudonųjų spindulių erdvės žvilgsniai buvo gauti naudojant ISO, kuris veikė nuo 1995 m. lapkričio mėn. iki 1998 m. spalio mėn. Atvykęs į orbitą 2003 m., Spitzeris padarė tolesnę pažangą panašiais bangos ilgiais. Tiek ISO, tiek Spitzerio atradimai pabrėžė, kad norint išspręsti daugelį svarbių astronomijos klausimų, reikia vidutinio infraraudonųjų spindulių galimybių su didesnėmis surinkimo sritimis, kad būtų geresnis jautrumas ir kampinė skiriamoji geba.
Jillian ir kiti pradėjo svajoti apie instrumentą, kuris galėtų ryškiai matyti vidutinio infraraudonųjų spindulių spindulius. Deja, ESA ir NASA matė trumpesnius infraraudonųjų spindulių bangos ilgius kaip pagrindinį Webb taikinį. ESA vadovavo infraraudonųjų spindulių spektrometro, vadinamo NIRSpec, kūrimui, o NASA siekė termovizoriaus, vadinamo NIRCam.
Kai ESA paskelbė kvietimą teikti paraiškas tirti savo infraraudonųjų spindulių spektrometrą, Jillian ir jos kolegos pamatė galimybę. „Vadovavau komandai, kuri atsiuntė gana drąsų atsakymą. Jame buvo pasakyta, kad tirsime artimojo infraraudonųjų spindulių spektrografą, bet turėsime ir papildomą kanalą, kuris spręstų visus šiuos vidutinio infraraudonųjų spindulių mokslo tyrimus. Ir mes pateikėme mokslinį pavyzdį, kodėl vidutinio infraraudonųjų spindulių astronomija būtų fantastiška Webb“, - sako ji.
Nors jos komanda tos konkrečios sutarties nelaimėjo, drąsus žingsnis padėjo padidinti vidutinio infraraudonųjų spindulių astronomijos žinomumą Europoje, o ji pati buvo pakviesta atstovauti šiems moksliniams interesams kitame ESA tyrime, kuriame nagrinėjamas Europos pramonės pajėgumas kurti infraraudonųjų spindulių instrumentus. . Padedant akademinėms institucijoms iš visos Europos, dalis šio tyrimo buvo skirta vidutinio infraraudonųjų spindulių diapazono instrumentams.
Rezultatai buvo tokie džiuginantys, kaip ir lygiagrečių JAV vadovaujamų tyrimų rezultatai, kad susidomėjimas tokiu įrenginiu tapo dar didesnis. Subūrusi tarptautinę mokslininkų ir inžinierių grupę Europoje, norinčių ir galinčių suprojektuoti ir sukurti instrumentą – o svarbiausia – surinkti tam pinigų, Jillian ir jos kolegos paskatino ir palaipsniui įtikino ESA ir NASA įtraukti jį į Webb programa.
Europos lyderystės išplėtimas tokiu būdu tarptautinio bendradarbiavimo su JAV srityje, NASA pavyzdinėje misijoje, kur instrumentų kūrimo kultūra tokia skirtinga, nebuvo garantuotas sėkmės receptas. „Didžiausia baimė buvo ta, kad šis sudėtingumas kels didžiausią grėsmę instrumentui“, – sako José Lorenzo Alvarez, ESA MIRI instrumento vadovas. Tačiau rizika pasiteisino.
Be nuosavų lėšų pritraukimo, konsorciumas gavo dar vieną įspėjimą: prietaisas neturėtų turėti įtakos Webb darbo temperatūrai ir optikai. Kitaip tariant, teleskopas išliks optimizuotas infraraudonųjų spindulių prietaisams, o MIRI imsis visko, ką gali gauti. Tai apribotų instrumento veikimą daugiau nei dešimt mikrometrų, tačiau Jillian tai buvo nedidelė kaina.
Viena didžiausių technologinių kliūčių buvo ta, kad MIRI turėjo veikti žemesnėje temperatūroje nei infraraudonųjų spindulių prietaisai. Tai buvo atlikta naudojant krio šaldymo mechanizmą, kurį pateikė NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorija. Kad būtų jautrus vidutinėms infraraudonųjų spindulių bangoms, MIRI veikia maždaug -267°C temperatūroje.
Tai yra žemesnė nei vidutinė Plutono paviršiaus temperatūra – maždaug 40 Kelvinų (-233°C). Atsitiktinai tokia temperatūra veikia kiti instrumentai ir teleskopas. Abi temperatūros yra labai žemos, tačiau dėl šio skirtumo šiluma iš teleskopo vis tiek prasiskverbtų į MIRI, kai jis buvo pritvirtintas prie teleskopo, jei jie nebūtų termiškai izoliuoti vienas nuo kito.
Kitas iššūkis buvo ribota vieta teleskopui. Tai buvo dar sunkiau, nes MIRI turėjo būti veiksmingai du instrumentai viename - vaizdo grotuvas ir spektrometras. Tam reikėjo gudraus projektavimo darbo.
Net po to, kai instrumentas buvo baigtas ir pristatytas NASA integruoti su likusia teleskopo dalimi, komanda susidūrė su dar daugiau iššūkių.
Itin sudėtingas teleskopas buvo pastatytas ilgiau, nei kas nors galėjo įsivaizduoti, o tai reiškia, kad MIRI ir kiti instrumentai turės likti Žemėje daug ilgiau, nei planuota iš pradžių.
Tada, 2021 m. Kalėdų dieną, ESA nešėja Ariane 5 iškėlė erdvėlaivį į orbitą tobulu paleidimu. Per kitas savaites ir mėnesius antžeminės komandos paruošė teleskopą bei jo instrumentus ir perdavė juos mokslininkams. Kartu su kitais instrumentais MIRI dabar siunčia duomenis, apie kuriuos mokslininkai tik svajojo.
MIRI duomenys buvo plačiai naudojami ankstyviausiuose Webb vaizduose, įskaitant Carina ūko „kalnus“ ir „slėnius“, sąveikaujančią galaktikų grupę Stefano kvintetą ir Pietų žiedo ūką. Vėlesni vaizdai ir toliau kėlė kartelę tiek grožio, tiek mokslo prasme. Tačiau kadangi MIRI yra toks didelis žingsnis į priekį, lyginant su bet kuriuo ankstesniu vidutinio infraraudonųjų spindulių prietaisu, kartelė taip pat kyla aukštyn kalbant apie vaizdo interpretavimo galimybes.
Tačiau tai yra pažangaus mokslo esmė, o astronomai jau skuba kurti detalesnius kompiuterinius modelius, galinčius jiems daugiau pasakyti apie įvairius fizinius procesus, dėl kurių duomenys atsiranda vidutinio infraraudonųjų spindulių diapazone.
MIRI kartu su kitais žiniatinklio įrankiais gali tobulinti visas astronomijos sritis. Tai toks transformacinis mokslas, kuris tampa įmanomas tik gerokai išplėtus galimybes. Ir tai yra puikus komandinio darbo ir tarptautinio bendradarbiavimo, kurio metu buvo sukurtas teleskopas apskritai, o ypač MIRI, įrodymas.
Jūs galite padėti Ukrainai kovoti su Rusijos įsibrovėliais. Geriausias būdas tai padaryti – aukoti lėšas Ukrainos ginkluotosioms pajėgoms per Išgelbėk gyvybę arba per oficialų puslapį NBU.
Taip pat skaitykite:
- Hablas pastebėjo porą Gerbig-Aro objektų Oriono žvaigždyne
- James Webb teleskopas tirs tinkamas gyventi egzoplanetas