NASA/ESA/CSA James Webb-rumteleskopet omtales ofte som efterfølgeren til NASA/ESA Hubble-rumteleskopet. Faktisk er det efterfølgeren til meget mere. Med inddragelsen af det midt-infrarøde instrument (MIRI) blev Webb også efterfulgt af infrarøde rumteleskoper såsom ESA's Space Infrared Observatory (ISO) og NASA's Spitzer Space Telescope.
I det mellem-infrarøde område er universet meget anderledes end det, vi er vant til at se med vores øjne. Mellem-infrarød, der strækker sig fra 3 til 30 mikrometer, registrerer himmellegemer med temperaturer mellem 30 og 700º C. I denne tilstand gløder objekter, der ser mørke ud i synligt lys, nu stærkt op.
"Dette er et meget interessant bølgelængdeområde i forhold til den kemi, der kan udføres, og hvordan du kan forstå processen med stjernedannelse, og hvad der sker i galaksernes kerner," siger Gillian Wright, hovedforsker i det europæiske konsortium, der udviklede MIRI instrument. - Vores første rigtige melleminfrarøde glimt af rummet blev opnået med ISO, som fungerede fra november 1995 til oktober 1998. Da Spitzer ankom i kredsløb i 2003, gjorde han yderligere fremskridt ved lignende bølgelængder. Både ISO- og Spitzer-opdagelserne har fremhævet behovet for mid-infrarøde muligheder med større opsamlingsområder for bedre følsomhed og vinkelopløsning for at løse mange vigtige spørgsmål inden for astronomi."
Jillian og andre begyndte at drømme om et instrument, der kunne se det mellem-infrarøde i levende detaljer. Desværre for dem så ESA og NASA de kortere bølgelængder af det nær-infrarøde som Webbs primære mål. ESA ledede udviklingen af et nær-infrarødt spektrometer kaldet NIRSpec, mens NASA sigtede efter et termisk billedapparat kaldet NIRCam.
Uafskrækket, da ESA annoncerede en opfordring til ansøgninger om at studere sit nær-infrarøde spektrometer, så Jillian og hendes kolleger en mulighed. "Jeg ledede et hold, der sendte et ret modigt svar. Den sagde, at vi ville studere den nær-infrarøde spektrograf, men vi ville også have en ekstra kanal, der ville håndtere alle disse mid-infrarøde videnskabelige undersøgelser. Og vi præsenterede en videnskabelig case for, hvorfor mid-infrarød astronomi ville være fantastisk på Webb,” siger hun.
Selvom hendes team ikke vandt den særlige kontrakt, hjalp det dristige træk med at øge profilen af melleminfrarød astronomi i Europa, og hun blev selv inviteret til at repræsentere disse videnskabelige interesser i en anden ESA-undersøgelse, der undersøgte den europæiske industris kapacitet til at bygge infrarøde instrumenter . Med støtte fra akademiske institutioner fra hele Europa blev en del af denne forskning afsat til instrumenter i det mellem-infrarøde område.
Resultaterne var så opmuntrende, ligesom resultaterne af parallelle undersøgelser ledet af USA, at interessen for en sådan enhed blev endnu større. Efter at have samlet en international gruppe af videnskabsmænd og ingeniører i Europa, der er villige og i stand til at designe og bygge instrumentet – og, altafgørende, skaffe pengene til at gøre det – opmuntrede og overbeviste Jillian og hendes kolleger gradvist ESA og NASA om at inkludere det i Webb program.
At udvide europæisk lederskab på denne måde at arbejde på til området for internationalt samarbejde med USA, til NASAs flagskibsmission, hvor instrumentfremstillingskulturen er så anderledes, var ikke en garanteret opskrift på succes. "Den største frygt var, at denne kompleksitet ville være den største trussel mod instrumentet," siger José Lorenzo Alvarez, leder af MIRI-instrumentet hos ESA. Men risikoen betalte sig.
Ud over at tiltrække deres egne midler modtog konsortiet endnu en advarsel: Instrumentet skulle ikke påvirke Webbs driftstemperaturer og optik. Med andre ord vil teleskopet forblive optimeret til nær-infrarøde instrumenter, og MIRI vil tage, hvad det kan få. Dette ville begrænse instrumentets ydeevne ud over ti mikrometer, men for Jillian var det en lille pris at betale.
En af de største teknologiske forhindringer var, at MIRI skulle operere ved en lavere temperatur end nær-infrarøde instrumenter. Dette blev opnået ved hjælp af en kryokølermekanisme leveret af NASAs Jet Propulsion Laboratory. For at være følsom over for melleminfrarøde bølger opererer MIRI ved en temperatur på omkring -267°C.
Dette er lavere end Plutos gennemsnitlige overfladetemperatur på omkring 40 Kelvin (-233°C). Det er tilfældigvis den temperatur, som andre instrumenter og teleskopet arbejder ved. Begge temperaturer er ekstremt lave, men på grund af denne forskel ville varme fra teleskopet stadig sive ind i MIRI, når det først blev fastgjort til teleskopet, hvis de ikke var termisk isoleret fra hinanden.
En anden udfordring var den begrænsede plads, der var til rådighed for instrumentet på teleskopet. Dette var endnu sværere, fordi MIRI skulle være effektivt to instrumenter i ét – et billedapparat og et spektrometer. Dette krævede noget smart designarbejde.
Selv efter at instrumentet var færdiggjort og leveret til NASA til integration med resten af teleskopet, stod holdet over for endnu flere udfordringer.
Det ekstremt komplekse teleskop tog længere tid at bygge, end nogen kunne have forestillet sig, hvilket betyder, at MIRI og andre instrumenter bliver nødt til at blive på Jorden i meget længere tid end oprindeligt planlagt.
Derefter, juledag 2021, leverede ESA's Ariane 5 løfteraket rumfartøjet i kredsløb i en perfekt opsendelse. I løbet af de følgende uger og måneder forberedte jordhold teleskopet og dets instrumenter og overrakte dem til forskerne. Sammen med andre instrumenter sender MIRI nu data, som forskerne kun har drømt om.
MIRI-data var meget omtalt i de tidligste Webb-billeder, inklusive "bjergene" og "dalene" i Carina-tågen, den interagerende galaksegruppe Stefan Quintet og den sydlige ringtåge. Efterfølgende billeder fortsatte med at hæve barren med hensyn til både skønhed og videnskab. Men fordi MIRI er et så stort skridt fremad i forhold til et hvilket som helst tidligere mid-infrarødt instrument, hæves barren også med hensyn til billedfortolkningsmuligheder.
Men dette er essensen af avanceret videnskab, og astronomer skynder sig allerede med at udvikle mere detaljerede computermodeller, der kan fortælle dem mere om de forskellige fysiske processer, der får data til at dukke op i det mellem-infrarøde område.
MIRI har sammen med andre værktøjer på nettet potentialet til at fremme alle områder inden for astronomi. Dette er den form for transformativ videnskab, der kun bliver mulig gennem en betydelig udvidelse af muligheder. Og det er et godt vidnesbyrd om det teamwork og det internationale samarbejde, der gik med at bygge teleskopet i almindelighed og MIRI i særdeleshed.
Du kan hjælpe Ukraine med at kæmpe mod de russiske angribere. Den bedste måde at gøre dette på er at donere midler til Ukraines væbnede styrker gennem Red livet eller via den officielle side NBU.
Læs også:
- Hubble opdagede et par Gerbig-Aro-objekter i Orion-stjernebilledet
- James Webb-teleskopet vil studere beboelige exoplaneter