Vesoljski teleskop NASA/ESA/CSA James Webb se pogosto imenuje naslednik vesoljskega teleskopa NASA/ESA Hubble. Pravzaprav je naslednik veliko več. Z vključitvijo srednjega infrardečega instrumenta (MIRI) je Webb nasledil tudi infrardeče vesoljske teleskope, kot sta ESA-in vesoljski infrardeči observatorij (ISO) in Nasin vesoljski teleskop Spitzer.
V srednjem infrardečem območju je vesolje zelo drugačno od tega, kar smo vajeni videti z našimi očmi. Srednji infrardeči signal, ki se razteza od 3 do 30 mikrometrov, zaznava nebesna telesa s temperaturo med 30 in 700 °C. V tem načinu predmeti, ki so na slikah v vidni svetlobi videti temni, zdaj močno svetijo.
"To je zelo zanimivo območje valovnih dolžin v smislu kemije, ki jo je mogoče narediti, in kako lahko razumete proces nastajanja zvezd in kaj se dogaja v jedrih galaksij," pravi Gillian Wright, glavna raziskovalka evropskega konzorcija, ki je razvil Instrument MIRI. - Naši prvi resnični srednji infrardeči utrinki vesolja so bili pridobljeni z ISO, ki je deloval od novembra 1995 do oktobra 1998. S prihodom v orbito leta 2003 je Spitzer še napredoval pri podobnih valovnih dolžinah. Odkritja ISO in Spitzer sta poudarila potrebo po zmogljivostih srednjega infrardečega spektra z večjimi zbiralnimi območji za boljšo občutljivost in kotno ločljivost za obravnavo številnih pomembnih vprašanj v astronomiji."
Jillian in drugi so začeli sanjati o instrumentu, ki bi lahko videl srednje infrardeče sevanje v živih podrobnostih. Na njuno žalost sta ESA in NASA kot Webbov primarni cilj videle krajše valovne dolžine bližnjega infrardečega sevanja. ESA je vodila razvoj spektrometra bližnjega infrardečega spektra, imenovanega NIRSpec, medtem ko je NASA ciljala na toplotno sliko, imenovano NIRCam.
Ko je ESA objavila razpis za zbiranje prijav za preučevanje njenega spektrometra bližnjega infrardečega spektra, so Jillian in njeni sodelavci brez skrbi videli priložnost. "Vodil sem ekipo, ki je poslala precej drzen odgovor. Pisalo je, da bomo preučevali spektrograf bližnjega infrardečega spektra, vendar bi imeli tudi dodaten kanal, ki bi obravnaval vse te znanstvene študije srednjega infrardečega spektra. In predstavili smo znanstveni primer, zakaj bi bila srednje infrardeča astronomija na Webbu fantastična,« pravi.
Čeprav njena ekipa ni dobila te pogodbe, je drzna poteza pripomogla k povečanju prepoznavnosti astronomije srednjega infrardečega spektra v Evropi, sama pa je bila povabljena, da zastopa te znanstvene interese v drugi študiji ESA, ki preučuje zmogljivost evropske industrije za izdelavo infrardečih instrumentov. . S podporo akademskih ustanov iz vse Evrope je bil del te raziskave posvečen instrumentom v srednjem infrardečem območju.
Rezultati so bili tako spodbudni, prav tako rezultati vzporednih raziskav pod vodstvom ZDA, da je zanimanje za takšno napravo postalo še večje. Ko so zbrali mednarodno skupino znanstvenikov in inženirjev v Evropi, ki so bili pripravljeni in sposobni oblikovati in izdelati instrument – in, kar je bistveno, zbrati denar za to – so Jillian in njeni kolegi spodbudili in postopoma prepričali ESA in NASA, da sta ga vključila v Webb program.
Razširitev evropskega vodstva v tem načinu dela na področje mednarodnega sodelovanja z ZDA, na Nasino paradno misijo, kjer je kultura izdelovanja instrumentov tako drugačna, ni bil zagotovljen recept za uspeh. "Največji strah je bil, da bo ta kompleksnost največja grožnja instrumentu," pravi José Lorenzo Alvarez, vodja instrumenta MIRI pri ESA. Toda tveganje se je izplačalo.
Poleg privabljanja lastnih sredstev je konzorcij prejel še eno opozorilo: instrument ne sme vplivati na Webbove delovne temperature in optiko. Z drugimi besedami, teleskop bo ostal optimiziran za skoraj infrardeče instrumente, MIRI pa bo sprejel vse, kar lahko dobi. To bi delovanje instrumenta omejilo na več kot deset mikrometrov, vendar je bila za Jillian to majhna cena.
Ena največjih tehnoloških ovir je bila, da je moral MIRI delovati pri nižji temperaturi kot instrumenti blizu infrardečega sevanja. To je bilo doseženo z uporabo mehanizma kriohladilnika, ki ga je zagotovil NASA-jev Laboratorij za reaktivni pogon. Da bi bil občutljiv na srednje infrardeče valove, MIRI deluje pri temperaturi približno -267 °C.
To je nižje od Plutonove povprečne površinske temperature okoli 40 Kelvinov (-233 °C). Po naključju je to temperatura, pri kateri delujejo drugi instrumenti in teleskop. Obe temperaturi sta izjemno nizki, vendar bi zaradi te razlike toplota iz teleskopa še vedno pronicala v MIRI, ko bi bil pritrjen na teleskop, če ne bi bila toplotno izolirana drug od drugega.
Drug izziv je bil omejen prostor za instrument na teleskopu. To je bilo še toliko težje, ker naj bi bil MIRI dejansko dva instrumenta v enem – slikalnik in spektrometer. To je zahtevalo nekaj pametnega oblikovalskega dela.
Tudi potem, ko je bil instrument dokončan in dostavljen Nasi za integracijo s preostalim teleskopom, se je ekipa soočila s še več izzivi.
Izjemno zapleten teleskop so gradili dlje, kot bi si lahko kdo predstavljal, kar pomeni, da bodo morali MIRI in drugi instrumenti ostati na Zemlji veliko dlje, kot je bilo prvotno načrtovano.
Nato je na božični dan 2021 ESA-ina nosilna raketa Ariane 5 poslala vesoljsko plovilo v orbito s popolnim izstrelitvijo. V naslednjih tednih in mesecih so zemeljske ekipe pripravile teleskop in njegove instrumente ter jih predale znanstvenikom. Skupaj z drugimi instrumenti zdaj MIRI pošilja podatke, o katerih so znanstveniki samo sanjali.
Podatki MIRI so bili veliko predstavljeni na najzgodnejših Webbovih slikah, vključno z "gorami" in "dolinami" meglice Carina, skupine galaksij v interakciji Stefan Quintet in meglice Južni obroč. Naslednje slike so še naprej dvigovale lestvico lepote in znanosti. Ker pa je MIRI tako velik korak naprej od katerega koli prejšnjega srednjeinfrardečega instrumenta, se letvica dviguje tudi v smislu zmogljivosti interpretacije slike.
Toda to je bistvo napredne znanosti in astronomi že hitijo z razvojem podrobnejših računalniških modelov, ki jim lahko povedo več o različnih fizikalnih procesih, ki povzročajo prikaz podatkov v srednjem infrardečem območju.
MIRI ima skupaj z drugimi orodji na spletu potencial za napredek na vseh področjih astronomije. To je vrsta transformativne znanosti, ki postane mogoča le z občutno razširitvijo možnosti. In to je odličen dokaz skupinskega dela in mednarodnega sodelovanja, ki je šlo v gradnjo teleskopa na splošno in še posebej MIRI.
Lahko pomagate Ukrajini v boju proti ruskim okupatorjem. Najboljši način za to je donacija sredstev oboroženim silam Ukrajine prek Savelife ali preko uradne strani NBU.
Preberite tudi:
- Hubble je opazil par predmetov Gerbig-Aro v ozvezdju Orion
- Teleskop James Webb bo preučeval naseljive eksoplanete