NASA/ESA/CSA James Webb svemirski teleskop često se naziva nasljednikom NASA/ESA Hubble svemirskog teleskopa. Zapravo, nasljednik je puno više. S uključivanjem srednjeg infracrvenog instrumenta (MIRI), Webb je također uspio infracrvene svemirske teleskope kao što su ESA-in svemirski infracrveni opservatorij (ISO) i NASA-in svemirski teleskop Spitzer.
U srednjem infracrvenom rasponu, svemir je vrlo različit od onoga što smo navikli vidjeti svojim očima. Proširujući se od 3 do 30 mikrometara, srednje infracrveno detektira nebeske objekte s temperaturama između 30 i 700º C. U ovom načinu rada, objekti koji izgledaju tamni na slikama vidljivog svjetla sada svijetle jako.
"Ovo je vrlo zanimljiv raspon valnih duljina u smislu kemije koja se može izvesti i kako možete razumjeti proces formiranja zvijezda i što se događa u jezgrama galaksija", kaže Gillian Wright, glavna istraživačica europskog konzorcija koji je razvio instrument MIRI. - Naši prvi pravi srednji infracrveni pogledi svemira dobiveni su s ISO-om, koji je radio od studenog 1995. do listopada 1998. Stigavši u orbitu 2003., Spitzer je dodatno napredovao na sličnim valnim duljinama. I ISO i Spitzerova otkrića istaknula su potrebu za srednjim infracrvenim mogućnostima s većim sabirnim područjima za bolju osjetljivost i kutnu rezoluciju za rješavanje mnogih važnih pitanja u astronomiji."
Jillian i drugi počeli su sanjati o instrumentu koji bi mogao vidjeti srednje infracrveno svjetlo u živopisnim detaljima. Na njihovu nesreću, ESA i NASA vidjele su kraće valne duljine bliskog infracrvenog zračenja kao Webbov primarni cilj. ESA je vodila razvoj spektrometra bliskog infracrvenog zračenja nazvanog NIRSpec, dok je NASA ciljala na termalnu kameru nazvanu NIRCam.
Ne pokolebani, kada je ESA objavila poziv za prijavu za proučavanje svog spektrometra bliskog infracrvenog zračenja, Jillian i njezini kolege vidjeli su priliku. “Vodio sam tim koji je poslao prilično hrabar odgovor. Rečeno je da ćemo proučavati bliski infracrveni spektrograf, ali ćemo također imati dodatni kanal koji će se baviti svim tim srednjim infracrvenim znanstvenim studijama. I predstavili smo znanstveni slučaj zašto bi srednjoinfracrvena astronomija bila fantastična na Webbu,” kaže ona.
Iako njezin tim nije dobio taj određeni ugovor, hrabri potez pomogao je podići profil astronomije srednjeg infracrvenog zračenja u Europi, a ona je sama pozvana da zastupa te znanstvene interese u drugoj studiji ESA-e koja ispituje kapacitet europske industrije za izradu infracrvenih instrumenata . Uz potporu akademskih institucija iz cijele Europe, dio ovog istraživanja bio je posvećen instrumentima u srednjem infracrvenom području.
Rezultati su bili toliko ohrabrujući, kao i rezultati paralelnih istraživanja koje je vodio SAD, da je interes za takav uređaj postao još veći. Okupivši međunarodnu skupinu znanstvenika i inženjera u Europi voljnih i sposobnih dizajnirati i izgraditi instrument – i, što je najvažnije, prikupiti novac za to – Jillian i njezini kolege potaknuli su i postupno uvjerili ESA-u i NASA-u da ga uključe u Webb program.
Proširenje europskog vodstva na ovaj način rada na područje međunarodne suradnje sa SAD-om, na NASA-inu glavnu misiju, gdje je kultura izrade instrumenata toliko drugačija, nije bio zajamčeni recept za uspjeh. "Najveći strah bio je da će ova složenost biti najveća prijetnja instrumentu", kaže José Lorenzo Alvarez, upravitelj instrumenta MIRI u ESA-i. Ali rizik se isplatio.
Uz privlačenje vlastitih sredstava, konzorcij je dobio još jedno upozorenje: instrument ne bi trebao utjecati na Webbove radne temperature i optiku. Drugim riječima, teleskop će ostati optimiziran za infracrvene instrumente, a MIRI će uzeti sve što može dobiti. To bi ograničilo performanse instrumenta na više od deset mikrometara, ali za Jillian je to bila mala cijena.
Jedna od najvećih tehnoloških prepreka bila je ta što je MIRI morao raditi na nižoj temperaturi od infracrvenih instrumenata. To je postignuto pomoću mehanizma za kriohlađenje koji je osigurao NASA-in Laboratorij za mlazni pogon. Kako bi bio osjetljiv na srednje infracrvene valove, MIRI radi na temperaturi od oko -267°C.
To je niže od Plutonove prosječne površinske temperature od oko 40 Kelvina (-233°C). Slučajno, ovo je temperatura na kojoj rade drugi instrumenti i teleskop. Obje su temperature ekstremno niske, ali zbog te razlike, toplina iz teleskopa bi i dalje ulazila u MIRI nakon što bi bio pričvršćen na teleskop da nisu bili toplinski izolirani jedan od drugog.
Još jedan izazov bio je ograničen prostor dostupan za instrument na teleskopu. To je bilo još teže jer je MIRI zapravo trebao biti dva instrumenta u jednom - imager i spektrometar. To je zahtijevalo malo mudrog dizajnerskog rada.
Čak i nakon što je instrument dovršen i isporučen NASA-i za integraciju s ostatkom teleskopa, tim se suočio s još većim izazovima.
Izrada izuzetno složenog teleskopa trajala je dulje nego što je itko mogao zamisliti, što znači da će MIRI i drugi instrumenti morati ostati na Zemlji mnogo dulje nego što je prvotno planirano.
Zatim, na Božić 2021., ESA-ina raketa-nosač Ariane 5 isporučila je letjelicu u orbitu u savršenom lansiranju. Tijekom sljedećih tjedana i mjeseci zemaljski timovi pripremili su teleskop i njegove instrumente i predali ih znanstvenicima. Zajedno s drugim instrumentima, MIRI sada šalje podatke o kojima su znanstvenici samo sanjali.
MIRI podaci naširoko su prikazani na najranijim Webb slikama, uključujući "planine" i "doline" maglice Carina, grupe galaksija u interakciji Stefan Quintet i maglice Južnog prstena. Slike koje su uslijedile nastavile su podizati ljestvicu u smislu ljepote i znanosti. Međutim, budući da je MIRI veliki korak naprijed u odnosu na bilo koji prijašnji instrument srednjeg infracrvenog zračenja, ljestvica se također podiže u smislu mogućnosti tumačenja slike.
Ali to je bit napredne znanosti, a astronomi već žure razviti detaljnije računalne modele koji im mogu reći više o različitim fizičkim procesima koji uzrokuju pojavu podataka u srednjem infracrvenom rasponu.
MIRI, zajedno s drugim alatima na webu, ima potencijal unaprijediti svako polje astronomije. Ovo je vrsta transformativne znanosti koja postaje moguća samo kroz značajno proširenje mogućnosti. I to je izvrsna potvrda timskog rada i međunarodne suradnje koja je ušla u izgradnju teleskopa općenito, a posebno MIRI-ja.
Možete pomoći Ukrajini u borbi protiv ruskih osvajača. Najbolji način da to učinite je donirati sredstva Oružanim snagama Ukrajine putem Savelife ili putem službene stranice NBU.
Pročitajte također:
- Hubble je uočio par Gerbig-Aro objekata u zviježđu Orion
- Teleskop James Webb proučavat će nastanjive egzoplanete