سردترین ابزار تلسکوپ وب به دمای عملیاتی می رسد

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا اولین کهکشان هایی را خواهد دید که پس از انفجار بزرگ شکل می گیرند، اما برای انجام این کار ابتدا ابزارهای آن باید سرد شوند – واقعاً سرد. در 7 آوریل، ابزار مادون قرمز میانی وب (MIRI) – توسعه مشترک ناسا و ESA (آژانس فضایی اروپا) – به دمای عملیاتی نهایی خود به زیر 7 کلوین (منفی 447 درجه فارنهایت یا منفی 266 درجه سانتیگراد) رسید.

همراه با سه ساز دیگر وب، MIRI در ابتدا در سایه آفتاب به اندازه زمین تنیس وب خنک شد و به حدود 90 کلوین (منهای 298 فارنهایت یا منهای 183 درجه سانتیگراد) رسید. اما کاهش به کمتر از 7 کلوین نیاز به یک خنک کننده با انرژی الکتریکی داشت. هفته گذشته، تیم یک نقطه عطف چالش برانگیز به نام “نقطه پینچ” را پشت سر گذاشت، زمانی که این ابزار از 15 کلوین (منهای 433 فارنهایت یا منهای 258 درجه سانتیگراد) به 6.4 کلوین (منهای 448 فارنهایت یا منفی 267 درجه سانتیگراد) رسید.

آنالین اشنایدر، مدیر پروژه MIRI در آزمایشگاه رانش جت ناسا در جنوب کالیفرنیا، گفت: «تیم خنک‌کننده MIRI کار سختی را برای توسعه روش برای نقطه انقباض انجام داده است. «تیم هیجان زده و عصبی بود که وارد فعالیت حیاتی شد. در نهایت این یک کتاب درسی اجرای این روش بود و عملکرد خنک‌تر حتی بهتر از حد انتظار است.

دمای پایین ضروری است زیرا هر چهار ابزار وب، نور مادون قرمز را تشخیص می دهند – طول موج هایی کمی بیشتر از آنهایی که چشم انسان می تواند ببیند. کهکشان های دوردست، ستارگان پنهان در پیله های غبار، و سیارات خارج از منظومه شمسی، همگی نور مادون قرمز ساطع می کنند. اما سایر اجسام گرم، از جمله سخت افزار الکترونیکی و اپتیکی خود وب نیز همینطور هستند. خنک کردن آشکارسازهای چهار ابزار و سخت افزار اطراف آن انتشارات مادون قرمز را سرکوب می کند. MIRI طول موج های مادون قرمز طولانی تر از سه ابزار دیگر را تشخیص می دهد، به این معنی که حتی باید سردتر باشد.

یکی دیگر از دلایلی که آشکارسازهای وب باید سرد باشند، سرکوب چیزی به نام جریان تاریک یا جریان الکتریکی است که توسط ارتعاش اتم ها در خود آشکارسازها ایجاد می شود. جریان تاریک یک سیگنال واقعی را در آشکارسازها تقلید می کند و این تصور نادرست را ایجاد می کند که نور منبع خارجی به آنها اصابت کرده است. این سیگنال‌های نادرست می‌توانند سیگنال‌های واقعی را که اخترشناسان می‌خواهند پیدا کنند، از بین ببرند. از آنجایی که دما اندازه گیری سرعت ارتعاش اتم های آشکارساز است، کاهش دما به معنای ارتعاش کمتر است که به نوبه خود به معنای جریان تاریک کمتر است.

توانایی MIRI در تشخیص طول موج‌های مادون قرمز طولانی‌تر نیز آن را نسبت به جریان تاریک حساس‌تر می‌کند، بنابراین برای حذف کامل این اثر باید سردتر از سایر ابزارها باشد. به ازای هر درجه که دمای ابزار بالا می رود، جریان تاریک حدود 10 برابر می شود.

هنگامی که MIRI به دمای 6.4 کلوین منجمد رسید، دانشمندان یک سری بررسی‌ها را آغاز کردند تا مطمئن شوند آشکارسازها مطابق انتظار عمل می‌کنند. تیم MIRI مانند دکتری که در جستجوی نشانه‌های بیماری است، داده‌هایی را که سلامت دستگاه را توصیف می‌کند، بررسی می‌کند، سپس مجموعه‌ای از دستورات را به دستگاه می‌دهد تا ببیند آیا می‌تواند وظایف را به درستی انجام دهد یا خیر. این نقطه عطف نقطه اوج کار دانشمندان و مهندسان در چندین مؤسسه علاوه بر JPL است، از جمله نورثروپ گرومن، که خنک کننده سرمایشی را ساخت، و مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، که بر ادغام MIRI و خنک کننده با بقیه رصدخانه نظارت داشت. .

مایک رسلر، دانشمند پروژه MIRI در JPL، گفت: «ما سال‌ها را صرف تمرین برای آن لحظه کردیم، دستورات و بررسی‌هایی را که روی MIRI انجام دادیم انجام دادیم. این یک جورهایی شبیه یک فیلمنامه بود: هر کاری که قرار بود انجام دهیم، نوشته و تمرین شده بود. وقتی داده‌های آزمایش به دست آمد، از اینکه دیدم دقیقاً همان طور که انتظار می‌رود به نظر می‌رسد و ما ابزار سالمی داریم به وجد آمدم.»

هنوز چالش‌های بیشتری وجود دارد که این تیم قبل از اینکه MIRI بتواند مأموریت علمی خود را آغاز کند، باید با آنها روبرو شود. اکنون که دستگاه در دمای عملیاتی قرار دارد، اعضای تیم تصاویر آزمایشی از ستارگان و سایر اجرام شناخته شده که می‌توانند برای کالیبراسیون و بررسی عملکرد و عملکرد دستگاه استفاده شوند، می‌گیرند. این تیم این آمادگی ها را در کنار کالیبراسیون سه ابزار دیگر انجام خواهد داد و اولین تصاویر علمی وب را در تابستان امسال ارائه خواهد کرد.

آلیستر گلس، دانشمند ابزار MIRI در مرکز فناوری نجوم بریتانیا (ATC) در ادینبورگ، اسکاتلند، گفت: “من بسیار مفتخرم که بخشی از این گروه از دانشمندان و مهندسان با انگیزه و مشتاق از سراسر اروپا و ایالات متحده هستم.” “این دوره “محاکمه با آتش” ما است، اما از قبل برای من روشن است که پیوندهای شخصی و احترام متقابلی که در سال‌های گذشته ایجاد کرده‌ایم، چیزی است که ما را در چند ماه آینده برای ارائه ابزاری خارق‌العاده به جامعه سوق می‌دهد. جامعه جهانی نجوم.”

– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا منتشر شد