Космічний телескоп NASA/ESA/CSA імені Джеймса Вебба часто називають наступником космічного телескопа NASA/ESA імені Габбла. Насправді він є наступником набагато більшого. З включенням інструменту середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) Вебб також став наступником таких інфрачервоних космічних телескопів, як Інфрачервона космічна обсерваторія ESA (ISO) і космічний телескоп NASA Спітцер.
У середньому інфрачервоному діапазоні Всесвіт дуже відрізняється від того, який ми звикли бачити нашими очима. Простягаючись від 3 до 30 мікрометрів, середній інфрачервоний діапазон виявляє небесні об’єкти з температурою від 30 до 700º C. У цьому режимі об’єкти, які на знімках у видимому світлі здаються темними, тепер яскраво світяться.
«Це дуже цікавий діапазон довжин хвиль з точки зору хімії, яку можна проводити, і того, як можна зрозуміти процес формування зірок і те, що відбувається в ядрах галактик, – говорить Джилліан Райт, головний дослідник Європейського консорціуму, який розробив інструмент MIRI. – Наші перші реальні проблиски космосу в середньому інфрачервоному діапазоні були отримані за допомогою ISO, який працював з листопада 1995 року по жовтень 1998 року. Прибувши на орбіту в 2003 році, Спітцер досягнув подальшого прогресу на аналогічних довжинах хвиль. Відкриття як ISO, так і Спітцера підкреслили потребу в середньоінфрачервоних можливостях з більшою площею збору для кращої чутливості і кутової роздільної здатності для вирішення багатьох важливих питань в астрономії».
Джилліан та інші почали мріяти про інструмент, який міг би бачити середній інфрачервоний діапазон в яскравих деталях. На жаль для них, ESA і NASA бачили головною метою Вебба коротші довжини хвиль ближнього інфрачервоного діапазону. ESA очолило розробку спектрометра ближнього інфрачервоного діапазону, який отримав назву NIRSpec, а NASA націлилося на тепловізор, який отримав назву NIRCam.
Не розгубившись, коли ESA оголосило конкурс заявок на дослідження свого спектрометра ближнього інфрачервоного діапазону, Джилліан і її колеги побачили в цьому шанс. «Я очолила команду, яка надіслала досить зухвалу відповідь. У ній йшлося про те, що ми вивчатимемо спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону, але ми також матимемо додатковий канал, який займатиметься всіма цими науковими дослідженнями в середньому інфрачервоному діапазоні. І ми представили наукове обґрунтування того, чому астрономія середнього інфрачервоного діапазону була б фантастичною на Веббі», – каже вона.
Хоча її команда не виграла цей конкретний контракт, цей сміливий крок допоміг підняти престиж астрономії середнього інфрачервоного діапазону в Європі, а її саму запросили представляти ці наукові інтереси в іншому дослідженні ESA, яке вивчало спроможність європейської промисловості створювати інфрачервоні прилади. За сприяння академічних установ з усієї Європи частина цього дослідження була присвячена приладам середнього інфрачервоного діапазону.
Результати були настільки обнадійливими, як і результати паралельних досліджень під керівництвом США, що інтерес до такого приладу став ще більшим. Зібравши в Європі міжнародну групу вчених і інженерів, які бажають і можуть спроєктувати і побудувати прилад – і, що дуже важливо, зібрати для цього гроші – Джилліан і її колеги заохочували і поступово переконали ESA і NASA включити його в програму Вебб.
Поширення європейського лідерства в цьому методі роботи на сферу міжнародного співробітництва зі США, на флагманську місію NASA, де культура приладобудування настільки відрізняється, не було гарантованим рецептом успіху. «Найбільшим страхом було те, що ця складність стане найбільшою загрозою для приладу», – говорить Хосе Лоренцо Альварес, менеджер приладу MIRI в ESA. Але ризик виправдав себе.
Окрім залучення власних коштів, консорціум отримав ще одне застереження: інструмент не повинен впливати на робочі температури і оптику Вебба. Іншими словами, телескоп залишатиметься оптимізованим для інструментів ближнього інфрачервоного діапазону, і MIRI прийматиме все, що зможе отримати. Це обмежило б продуктивність інструменту за межами десяти мікрометрів, але для Джилліан це була невелика ціна, яку потрібно було заплатити.
Однією з найбільших технологічних перешкод було те, що MIRI мав працювати при нижчій температурі, ніж прилади ближнього інфрачервоного діапазону. Це було досягнуто за допомогою механізму кріокулера, наданого Лабораторією реактивного руху NASA. Щоб бути чутливим до середніх інфрачервоних хвиль, MIRI працює при температурі близько -267°C.
Це нижче, ніж середня температура поверхні Плутона, яка становить близько 40 Кельвінів (-233°C). За збігом обставин, саме при такій температурі працюють інші інструменти і телескоп. Обидві температури надзвичайно низькі, але через цю різницю тепло від телескопа все одно просочувалося б в MIRI, як тільки він був приєднаний до телескопа, якби вони не були термічно ізольовані один від одного.
Ще одним викликом був обмежений простір, доступний для інструменту на телескопі. Це було ще складніше, оскільки MIRI мав бути фактично двома інструментами в одному – візуалізатором і спектрометром. Це вимагало певної розумної конструкторської роботи.
Навіть після того, як інструмент був завершений і доставлений в NASA для інтеграції з рештою телескопа, перед командою стояло ще більше викликів.
Створення надзвичайно складного телескопа зайняло більше часу, ніж будь-хто міг собі уявити, а це означає, що MIRI та іншим інструментам доведеться працювати на Землі набагато довше, ніж планувалося спочатку.
Потім на Різдво 2021 року ракета-носій Ariane 5 ESA доставила космічний апарат на орбіту в результаті ідеального запуску. Протягом наступних тижнів і місяців наземні команди підготували телескоп та його інструменти і передали вченим. Разом з іншими інструментами, MIRI зараз надсилає дані, про які вчені мріяли.
Дані MIRI були широко представлені на найперших зображеннях, отриманих з Вебба, включаючи «гори» і «долини» Туманності Каріна, групу взаємодіючих галактик Квінтет Стефана і Туманність Південного Кільця. Наступні зображення продовжували піднімати планку як з точки зору краси, так і з точки зору науки. Однак, оскільки MIRI є таким великим кроком вперед у порівнянні з будь-яким попереднім інструментом середнього інфрачервоного діапазону, планка також піднімається з точки зору можливості інтерпретації зображень.
Але в цьому і полягає суть передової науки, і астрономи вже поспішають розробити детальніші комп’ютерні моделі, які можуть розповісти їм більше про різні фізичні процеси, що спричиняють появу даних в середньому інфрачервоному діапазоні.
MIRI, разом з іншими інструментами на Веббі, має потенціал для розвитку кожної галузі астрономії. Це така трансформаційна наука, яка стає можливою лише завдяки значному розширенню можливостей. І це чудове свідчення командної роботи та міжнародної співпраці, які були використані при створенні телескопа в цілому, і MIRI зокрема.
Ви можете допомогти Україні боротися з російськими окупантами. Найкращий спосіб зробити це – пожертвувати кошти Збройним Силам України через Savelife або через офіційну сторінку НБУ.
Читайте також:
Leave a Reply