Vesmírný teleskop Jamese Webba NASA/ESA/CSA je často označován jako nástupce Hubbleova vesmírného dalekohledu NASA/ESA. Ve skutečnosti je to nástupce mnohem více. Se zahrnutím Mid-Infrared Instrument (MIRI) Webb také nahradil infračervené vesmírné dalekohledy, jako je kosmická infračervená observatoř ESA (ISO) a Spitzerův vesmírný dalekohled NASA.
Ve středním infračerveném rozsahu je vesmír velmi odlišný od toho, co jsme zvyklí vidět očima. Střední infračervené záření s délkou od 3 do 30 mikrometrů detekuje nebeské objekty s teplotami mezi 30 a 700 °C. V tomto režimu objekty, které se na snímcích ve viditelném světle jeví jako tmavé, nyní jasně září.
"Toto je velmi zajímavý rozsah vlnových délek, pokud jde o chemii, kterou lze provést a jak můžete pochopit proces formování hvězd a to, co se děje v jádrech galaxií," říká Gillian Wright, hlavní výzkumník evropského konsorcia, které vyvinulo přístroj MIRI. - Naše první skutečné střední infračervené záblesky vesmíru byly získány pomocí ISO, která fungovala od listopadu 1995 do října 1998. Když Spitzer dorazil na oběžnou dráhu v roce 2003, udělal další pokrok na podobných vlnových délkách. Jak ISO, tak Spitzerovy objevy zdůraznily potřebu středních infračervených schopností s většími sběrnými plochami pro lepší citlivost a úhlové rozlišení, aby bylo možné řešit mnoho důležitých otázek v astronomii."
Jillian a další začali snít o nástroji, který dokáže vidět střední infračervené záření v živých detailech. Bohužel pro ně ESA a NASA viděly kratší vlnové délky blízkého infračerveného záření jako Webbův primární cíl. ESA vedla vývoj blízkého infračerveného spektrometru nazvaného NIRSpec, zatímco NASA se zaměřila na termokameru s názvem NIRCam.
Když ESA vyhlásila výzvu k podávání žádostí o studium svého blízkého infračerveného spektrometru, nenechala se odradit, Jillian a její kolegové viděli příležitost. „Vedl jsem tým, který poslal dost odvážnou odpověď. Říkalo se, že budeme studovat blízký infračervený spektrograf, ale budeme mít také další kanál, který by se zabýval všemi těmito vědeckými studiemi středního infračerveného záření. A představili jsme vědecký případ, proč by střední infračervená astronomie byla na Webbu fantastická,“ říká.
Ačkoli její tým nezískal tuto konkrétní zakázku, odvážný krok pomohl zvýšit profil střední infračervené astronomie v Evropě a ona sama byla pozvána, aby zastupovala tyto vědecké zájmy v další studii ESA zkoumající kapacitu evropského průmyslu stavět infračervené přístroje. . S podporou akademických institucí z celé Evropy byla část tohoto výzkumu věnována přístrojům ve středním infračerveném rozsahu.
Výsledky byly tak povzbudivé, stejně jako výsledky paralelních studií vedených USA, že zájem o takové zařízení ještě vzrostl. Poté, co Jillian a její kolegové shromáždili mezinárodní skupinu vědců a inženýrů v Evropě, kteří byli ochotni a schopni navrhnout a postavit přístroj – a co je nejdůležitější – získat na to peníze – povzbudili a postupně přesvědčili ESA a NASA, aby jej začlenily do program Webb.
Rozšíření evropského vedoucího postavení v tomto způsobu práce do oblasti mezinárodní spolupráce s USA, na vlajkovou loď NASA, kde je kultura výroby přístrojů tak odlišná, nebylo zaručeným receptem na úspěch. „Největší obava byla, že tato složitost bude pro přístroj největší hrozbou,“ říká José Lorenzo Alvarez, manažer přístroje MIRI v ESA. Risk se ale vyplatil.
Kromě přilákání vlastních prostředků dostalo konsorcium ještě jedno upozornění: přístroj by neměl ovlivnit provozní teploty a optiku Webba. Jinými slovy, dalekohled zůstane optimalizovaný pro blízké infračervené přístroje a MIRI si vezme vše, co dokáže. To by omezilo výkon přístroje nad deset mikrometrů, ale pro Jillian to byla malá cena.
Jednou z největších technologických překážek bylo, že MIRI muselo pracovat při nižší teplotě než přístroje blízké infračervené oblasti. Toho bylo dosaženo pomocí mechanismu kryochladiče poskytnutého NASA Jet Propulsion Laboratory. Aby byl MIRI citlivý na střední infračervené vlny, pracuje při teplotě asi -267 °C.
To je nižší než průměrná povrchová teplota Pluta asi 40 Kelvinů (-233 °C). Shodou okolností je to teplota, při které pracují ostatní přístroje a dalekohled. Obě teploty jsou extrémně nízké, ale kvůli tomuto rozdílu by teplo z dalekohledu stále pronikalo do MIRI, jakmile by byl připojen k dalekohledu, pokud by nebyly vzájemně tepelně izolovány.
Další výzvou byl omezený prostor dostupný pro přístroj na dalekohledu. To bylo ještě obtížnější, protože MIRI měl být v podstatě dva přístroje v jednom – zobrazovač a spektrometr. To vyžadovalo trochu chytré designérské práce.
Dokonce i poté, co byl přístroj dokončen a dodán NASA k integraci se zbytkem dalekohledu, tým čelil ještě větším výzvám.
Stavba extrémně složitého dalekohledu trvala déle, než si kdokoli dokázal představit, což znamená, že MIRI a další přístroje budou muset zůstat na Zemi mnohem déle, než se původně plánovalo.
Poté, na Štědrý den 2021, nosná raketa ESA Ariane 5 vynesla kosmickou loď na oběžnou dráhu při dokonalém startu. Během následujících týdnů a měsíců pozemní týmy připravovaly dalekohled a jeho přístroje a předaly je vědcům. Spolu s dalšími přístroji nyní MIRI posílá data, o kterých vědci jen snili.
Data MIRI se hojně objevovala na prvních Webbových snímcích, včetně „hor“ a „údolí“ mlhoviny Carina, interagující skupiny galaxií Stefan Quintet a mlhoviny Jižní prstenec. Následné snímky nadále zvyšovaly laťku z hlediska krásy i vědy. Protože je však MIRI tak velkým krokem kupředu od jakéhokoli předchozího nástroje pro střední infračervené záření, laťka se zvyšuje také z hlediska možností interpretace obrazu.
Ale to je podstata pokročilé vědy a astronomové již spěchají s vývojem podrobnějších počítačových modelů, které jim mohou říci více o různých fyzikálních procesech, které způsobují, že se data objevují ve středním infračerveném rozsahu.
MIRI, spolu s dalšími nástroji na webu, má potenciál posunout se v každé oblasti astronomie. Toto je druh transformativní vědy, který se stane možným pouze díky významnému rozšíření možností. A je to skvělý důkaz týmové práce a mezinárodní spolupráce, která šla do stavby dalekohledu obecně, a MIRI zvláště.
Můžete pomoci Ukrajině v boji proti ruským vetřelcům. Nejlepším způsobem, jak toho dosáhnout, je darovat finanční prostředky ozbrojeným silám Ukrajiny prostřednictvím Zachraňte život nebo přes oficiální stránku NBÚ.
Přečtěte si také:
- Hubble zahlédl dvojici objektů Gerbig-Aro v souhvězdí Orion
- Teleskop Jamese Webba bude studovat obyvatelné exoplanety