Космическият телескоп на НАСА/ЕСА/CSA Джеймс Уеб често се нарича наследник на космическия телескоп Хъбъл на НАСА/ЕСА. Всъщност той е наследник на много повече. С включването на Mid-Infrared Instrument (MIRI) Уеб успя и инфрачервените космически телескопи като космическата инфрачервена обсерватория на ESA (ISO) и космическия телескоп Spitzer на НАСА.
В средния инфрачервен диапазон Вселената е много различна от това, което сме свикнали да виждаме с очите си. Разширявайки се от 3 до 30 микрометра, средната инфрачервена светлина открива небесни обекти с температури между 30 и 700º C. В този режим обектите, които изглеждат тъмни на изображения във видима светлина, сега светят ярко.
„Това е много интересен диапазон на дължината на вълната по отношение на химията, която може да се направи и как можете да разберете процеса на формиране на звезди и какво се случва в ядрата на галактиките“, казва Джилиан Райт, главен изследовател на европейския консорциум, разработил MIRI инструмент. - Първите ни реални средни инфрачервени проблясъци на космоса бяха получени с ISO, който работи от ноември 1995 г. до октомври 1998 г. Пристигайки в орбита през 2003 г., Spitzer постигна допълнителен напредък при подобни дължини на вълните. Както откритията на ISO, така и Spitzer подчертаха необходимостта от средни инфрачервени възможности с по-големи събирателни зони за по-добра чувствителност и ъглова разделителна способност за справяне с много важни въпроси в астрономията.
Джилиан и други започнаха да мечтаят за инструмент, който можеше да вижда средните инфрачервени лъчи с ярки детайли. За тяхно нещастие ESA и NASA видяха по-късите дължини на вълната на близката инфрачервена светлина като основна цел на Webb. ESA ръководи разработването на близък инфрачервен спектрометър, наречен NIRSpec, докато NASA се насочи към термовизионна камера, наречена NIRCam.
Необезпокоени, когато ESA обяви покана за кандидатстване за изследване на своя близък инфрачервен спектрометър, Джилиан и нейните колеги видяха възможност. „Ръководих екип, който изпрати доста смел отговор. Каза, че ще изследваме спектрографа в близката инфрачервена област, но също така ще имаме допълнителен канал, който ще се занимава с всички тези научни изследвания в средната инфрачервена област. И ние представихме научен случай защо астрономията със средна инфрачервена светлина би била фантастична за Webb“, казва тя.
Въпреки че нейният екип не спечели този конкретен договор, смелият ход помогна за повишаване на профила на астрономията със средни инфрачервени лъчи в Европа и тя самата беше поканена да представлява тези научни интереси в друго проучване на ESA, изследващо капацитета на европейската индустрия да създава инфрачервени инструменти . С подкрепата на академични институции от цяла Европа част от това изследване беше посветено на инструменти в средния инфрачервен диапазон.
Резултатите бяха толкова обнадеждаващи, както и резултатите от паралелни проучвания, водени от САЩ, че интересът към подобно устройство стана още по-голям. След като събраха международна група от учени и инженери в Европа, желаещи и способни да проектират и изградят инструмента – и, което е изключително важно, да съберат парите за това – Джилиан и нейните колеги насърчиха и постепенно убедиха ESA и NASA да го включат в Програма Webb.
Разширяването на европейското лидерство по този начин на работа в областта на международното сътрудничество със САЩ, към водещата мисия на НАСА, където културата на създаване на инструменти е толкова различна, не беше гарантирана рецепта за успех. „Най-големият страх беше, че тази сложност ще бъде най-голямата заплаха за инструмента“, казва Хосе Лоренцо Алварес, мениджър на инструмента MIRI в ESA. Но рискът се изплати.
В допълнение към привличането на собствени средства, консорциумът получи още едно предупреждение: инструментът не трябва да влияе върху работните температури и оптиката на Webb. С други думи, телескопът ще остане оптимизиран за инструменти в близката инфрачервена област, а MIRI ще вземе всичко, което може да получи. Това би ограничило работата на инструмента над десет микрометра, но за Джилиан това беше малка цена.
Едно от най-големите технологични препятствия беше, че MIRI трябваше да работи при по-ниска температура от инструментите в близката инфрачервена светлина. Това беше постигнато с помощта на криоохладителен механизъм, предоставен от лабораторията за реактивни двигатели на НАСА. За да бъде чувствителен към средните инфрачервени вълни, MIRI работи при температура от около -267°C.
Това е по-ниско от средната повърхностна температура на Плутон от около 40 Келвина (-233°C). По случайност това е температурата, при която работят другите инструменти и телескопът. И двете температури са изключително ниски, но поради тази разлика топлината от телескопа все пак ще проникне в MIRI, след като бъде прикрепен към телескопа, ако не са термично изолирани един от друг.
Друго предизвикателство беше ограниченото налично пространство за инструмента на телескопа. Това беше още по-трудно, защото MIRI трябваше да бъде ефективно два инструмента в едно - устройство за изображения и спектрометър. Това изискваше умна дизайнерска работа.
Дори след като инструментът беше завършен и доставен на НАСА за интегриране с останалата част от телескопа, екипът беше изправен пред още повече предизвикателства.
Изграждането на изключително сложния телескоп отне повече време, отколкото някой можеше да си представи, което означава, че MIRI и други инструменти ще трябва да останат на Земята много по-дълго от първоначално планираното.
След това, на Коледа 2021 г., ракетата-носител Ariane 5 на ESA достави космическия кораб в орбита при перфектно изстрелване. През следващите седмици и месеци наземните екипи подготвиха телескопа и неговите инструменти и ги предадоха на учените. Заедно с други инструменти MIRI сега изпраща данни, за които учените само са мечтали.
Данните от MIRI бяха широко представени в най-ранните изображения на Уеб, включително „планините“ и „долините“ на мъглявината Карина, взаимодействащата галактична група Стефан Квинтет и мъглявината Южен пръстен. Последвалите изображения продължиха да вдигат летвата както по отношение на красотата, така и на науката. Въпреки това, тъй като MIRI е толкова голяма крачка напред от всеки предишен инструмент със среден инфрачервен диапазон, летвата също се вдига по отношение на възможностите за интерпретация на изображения.
Но това е същността на напредналата наука и астрономите вече бързат да разработят по-подробни компютърни модели, които могат да им разкажат повече за различните физически процеси, които карат данните да се появяват в средния инфрачервен диапазон.
MIRI, заедно с други инструменти в мрежата, има потенциала да напредне във всяка област на астрономията. Това е вид трансформираща наука, която става възможна само чрез значително разширяване на възможностите. И това е страхотно доказателство за работата в екип и международното сътрудничество, което влезе в изграждането на телескопа като цяло и в частност на MIRI.
Можете да помогнете на Украйна да се бори срещу руските нашественици. Най-добрият начин да направите това е да дарите средства на въоръжените сили на Украйна чрез Savelife или през официалната страница НБУ.
Прочетете също:
- Хъбъл забеляза два обекта Gerbig-Aro в съзвездието Орион
- Телескопът James Webb ще изследва обитаеми екзопланети