Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA/ESA/CSA αναφέρεται συχνά ως ο διάδοχος του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της NASA/ESA. Στην πραγματικότητα, είναι ο διάδοχος πολλών περισσότερων. Με τη συμπερίληψη του μέσου υπέρυθρου οργάνου (MIRI), ο Webb πέτυχε επίσης υπέρυθρα διαστημικά τηλεσκόπια όπως το Διαστημικό Υπέρυθρο Παρατηρητήριο της ESA (ISO) και το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Spitzer της NASA.
Στο εύρος του μεσαίου υπέρυθρου, το σύμπαν είναι πολύ διαφορετικό από αυτό που έχουμε συνηθίσει να βλέπουμε με τα μάτια μας. Εκτείνεται από 3 έως 30 μικρόμετρα, το μεσαίο υπέρυθρο ανιχνεύει ουράνια αντικείμενα με θερμοκρασίες μεταξύ 30 και 700º C. Σε αυτήν τη λειτουργία, τα αντικείμενα που φαίνονται σκοτεινά σε εικόνες ορατού φωτός τώρα λάμπουν έντονα.
«Αυτό είναι ένα πολύ ενδιαφέρον εύρος μήκους κύματος όσον αφορά τη χημεία που μπορεί να γίνει και πώς μπορείτε να κατανοήσετε τη διαδικασία σχηματισμού άστρων και τι συμβαίνει στους πυρήνες των γαλαξιών», λέει η Gillian Wright, κύρια ερευνήτρια της ευρωπαϊκής κοινοπραξίας που ανέπτυξε το Όργανο MIRI. - Οι πρώτες μας πραγματικές υπέρυθρες αναλαμπές του διαστήματος αποκτήθηκαν με ISO, το οποίο λειτούργησε από τον Νοέμβριο του 1995 έως τον Οκτώβριο του 1998. Φτάνοντας σε τροχιά το 2003, ο Spitzer έκανε περαιτέρω πρόοδο σε παρόμοια μήκη κύματος. Και οι ανακαλύψεις ISO και Spitzer έχουν τονίσει την ανάγκη για δυνατότητες μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας με μεγαλύτερες περιοχές συλλογής για καλύτερη ευαισθησία και γωνιακή ανάλυση για την αντιμετώπιση πολλών σημαντικών ερωτημάτων στην αστρονομία».
Η Τζίλιαν και άλλοι άρχισαν να ονειρεύονται ένα όργανο που μπορούσε να δει το μεσαίο υπέρυθρο με ζωηρές λεπτομέρειες. Δυστυχώς για αυτούς, η ESA και η NASA είδαν τα μικρότερα μήκη κύματος του κοντινού υπέρυθρου ως τον πρωταρχικό στόχο του Webb. Η ESA οδήγησε στην ανάπτυξη ενός φασματόμετρου κοντά στο υπέρυθρο που ονομάζεται NIRSpec, ενώ η NASA στόχευε σε ένα θερμικό σύστημα απεικόνισης που ονομάζεται NIRCam.
Απτόητος, όταν η ESA ανακοίνωσε μια πρόσκληση υποβολής αιτήσεων για τη μελέτη του φασματόμετρου κοντά στο υπέρυθρο, η Jillian και οι συνεργάτες της είδαν μια ευκαιρία. «Οδήγησα μια ομάδα που έστειλε μια μάλλον τολμηρή απάντηση. Είπε ότι θα μελετούσαμε τον φασματογράφο κοντά στο υπέρυθρο, αλλά θα είχαμε επίσης ένα πρόσθετο κανάλι που θα ασχολείται με όλες αυτές τις επιστημονικές μελέτες μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας. Και παρουσιάσαμε μια επιστημονική περίπτωση για το γιατί η αστρονομία μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας θα ήταν φανταστική στο Webb», λέει.
Παρόλο που η ομάδα της δεν κέρδισε το συγκεκριμένο συμβόλαιο, η τολμηρή κίνηση βοήθησε στην αύξηση του προφίλ της αστρονομίας μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας στην Ευρώπη και η ίδια προσκλήθηκε να εκπροσωπήσει αυτά τα επιστημονικά ενδιαφέροντα σε μια άλλη μελέτη της ESA που εξετάζει την ικανότητα της ευρωπαϊκής βιομηχανίας να κατασκευάζει όργανα υπέρυθρων . Με την υποστήριξη ακαδημαϊκών ιδρυμάτων από όλη την Ευρώπη, μέρος αυτής της έρευνας αφιερώθηκε σε όργανα στο εύρος της μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας.
Τα αποτελέσματα ήταν τόσο ενθαρρυντικά, όπως και τα αποτελέσματα παράλληλων μελετών με επικεφαλής τις ΗΠΑ, που το ενδιαφέρον για μια τέτοια συσκευή έγινε ακόμη μεγαλύτερο. Έχοντας συγκεντρώσει μια διεθνή ομάδα επιστημόνων και μηχανικών στην Ευρώπη, πρόθυμους και ικανούς να σχεδιάσουν και να κατασκευάσουν το όργανο – και, κυρίως, να συγκεντρώσουν τα χρήματα για να το κάνουν – η Τζίλιαν και οι συνεργάτες της ενθάρρυναν και σταδιακά έπεισαν την ESA και τη NASA να το συμπεριλάβουν στο Webb πρόγραμμα.
Η επέκταση της ευρωπαϊκής ηγεσίας με αυτόν τον τρόπο εργασίας στον τομέα της διεθνούς συνεργασίας με τις ΗΠΑ, στην εμβληματική αποστολή της NASA, όπου η κουλτούρα της κατασκευής οργάνων είναι τόσο διαφορετική, δεν ήταν εγγυημένη συνταγή επιτυχίας. «Ο μεγαλύτερος φόβος ήταν ότι αυτή η πολυπλοκότητα θα ήταν η μεγαλύτερη απειλή για το όργανο», λέει ο José Lorenzo Alvarez, διευθυντής του οργάνου MIRI στην ESA. Όμως ο κίνδυνος απέδωσε.
Εκτός από την προσέλκυση ιδίων κεφαλαίων, η κοινοπραξία έλαβε μια ακόμη προειδοποίηση: το όργανο δεν πρέπει να επηρεάζει τις θερμοκρασίες λειτουργίας και τα οπτικά στοιχεία της Webb. Με άλλα λόγια, το τηλεσκόπιο θα παραμείνει βελτιστοποιημένο για όργανα κοντά στο υπέρυθρο και το MIRI θα πάρει ό,τι μπορεί να πάρει. Αυτό θα περιόριζε την απόδοση του οργάνου πέρα από δέκα μικρόμετρα, αλλά για την Jillian ήταν ένα μικρό τίμημα.
Ένα από τα μεγαλύτερα τεχνολογικά εμπόδια ήταν ότι το MIRI έπρεπε να λειτουργεί σε χαμηλότερη θερμοκρασία από τα όργανα κοντά στο υπέρυθρο. Αυτό επιτεύχθηκε χρησιμοποιώντας έναν μηχανισμό κρυοψύκτη που παρέχεται από το Εργαστήριο Αεριωθούμενης Προώθησης της NASA. Για να είναι ευαίσθητο στα μεσαία υπέρυθρα κύματα, το MIRI λειτουργεί σε θερμοκρασία περίπου -267°C.
Αυτό είναι χαμηλότερο από τη μέση θερμοκρασία επιφάνειας του Πλούτωνα, περίπου 40 Kelvin (-233°C). Συμπτωματικά, αυτή είναι η θερμοκρασία στην οποία λειτουργούν άλλα όργανα και το τηλεσκόπιο. Και οι δύο θερμοκρασίες είναι εξαιρετικά χαμηλές, αλλά λόγω αυτής της διαφοράς, η θερμότητα από το τηλεσκόπιο θα εξακολουθούσε να εισχωρεί στο MIRI μόλις συνδεόταν στο τηλεσκόπιο εάν δεν ήταν θερμικά απομονωμένα μεταξύ τους.
Μια άλλη πρόκληση ήταν ο περιορισμένος διαθέσιμος χώρος για το όργανο στο τηλεσκόπιο. Αυτό ήταν ακόμη πιο δύσκολο γιατί το MIRI υποτίθεται ότι ήταν ουσιαστικά δύο όργανα σε ένα – ένας απεικονιστής και ένα φασματόμετρο. Αυτό απαιτούσε έξυπνη σχεδιαστική δουλειά.
Ακόμη και αφού το όργανο ολοκληρώθηκε και παραδόθηκε στη NASA για ενσωμάτωση με το υπόλοιπο τηλεσκόπιο, η ομάδα αντιμετώπισε ακόμη περισσότερες προκλήσεις.
Το εξαιρετικά περίπλοκο τηλεσκόπιο χρειάστηκε περισσότερο χρόνο για να κατασκευαστεί από όσο θα μπορούσε να φανταστεί κανείς, πράγμα που σημαίνει ότι το MIRI και άλλα όργανα θα πρέπει να παραμείνουν στη Γη για πολύ περισσότερο από ό,τι είχε αρχικά προγραμματιστεί.
Στη συνέχεια, την ημέρα των Χριστουγέννων του 2021, το όχημα εκτόξευσης Ariane 5 της ESA παρέδωσε το διαστημόπλοιο σε τροχιά σε μια τέλεια εκτόξευση. Τις επόμενες εβδομάδες και μήνες, ομάδες εδάφους προετοίμασαν το τηλεσκόπιο και τα όργανά του και τα παρέδωσαν στους επιστήμονες. Μαζί με άλλα όργανα, το MIRI στέλνει τώρα δεδομένα που οι επιστήμονες μόνο ονειρευόντουσαν.
Τα δεδομένα MIRI εμφανίστηκαν ευρέως στις πρώτες εικόνες του Webb, συμπεριλαμβανομένων των «βουνά» και «κοιλάδων» του νεφελώματος Carina, της αλληλεπιδρούσας ομάδας γαλαξιών Stefan Quintet και του Νεφελώματος Southern Ring. Οι εικόνες που ακολούθησαν συνέχισαν να ανεβάζουν τον πήχη τόσο από την άποψη της ομορφιάς όσο και της επιστήμης. Ωστόσο, επειδή το MIRI είναι ένα τόσο μεγάλο βήμα προς τα εμπρός από οποιοδήποτε προηγούμενο όργανο μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας, ο πήχης αυξάνεται επίσης όσον αφορά τις δυνατότητες ερμηνείας εικόνας.
Αλλά αυτή είναι η ουσία της προηγμένης επιστήμης και οι αστρονόμοι ήδη βιάζονται να αναπτύξουν πιο λεπτομερή μοντέλα υπολογιστών που μπορούν να τους πουν περισσότερα για τις διάφορες φυσικές διεργασίες που προκαλούν την εμφάνιση δεδομένων στο εύρος του μεσαίου υπέρυθρου.
Το MIRI, μαζί με άλλα εργαλεία στον Ιστό, έχει τη δυνατότητα να προωθήσει κάθε τομέα της αστρονομίας. Αυτό είναι το είδος της μετασχηματιστικής επιστήμης που γίνεται εφικτό μόνο μέσω μιας σημαντικής επέκτασης των δυνατοτήτων. Και είναι μια εξαιρετική απόδειξη της ομαδικής εργασίας και της διεθνούς συνεργασίας που οδήγησε στην κατασκευή του τηλεσκοπίου γενικά, και του MIRI ειδικότερα.
Μπορείτε να βοηθήσετε την Ουκρανία να πολεμήσει ενάντια στους Ρώσους εισβολείς. Ο καλύτερος τρόπος για να γίνει αυτό είναι να δωρίσετε χρήματα στις Ένοπλες Δυνάμεις της Ουκρανίας μέσω Savelife ή μέσω της επίσημης σελίδας NBU.
Διαβάστε επίσης:
- Το Hubble εντόπισε ένα ζευγάρι αντικειμένων Gerbig-Aro στον αστερισμό του Ωρίωνα
- Το τηλεσκόπιο James Webb θα μελετήσει κατοικήσιμους εξωπλανήτες