James Webb geimsjónauki NASA/ESA/CSA er oft nefndur arftaki Hubble geimsjónauka NASA/ESA. Í raun er það arftaki miklu meira. Með því að nota Mid-Infrared Instrument (MIRI) tók Webb einnig við af innrauðum geimsjónaukum eins og Space Infrared Observatory (ISO) og Spitzer geimsjónauka NASA.
Á miðju innrauða sviðinu er alheimurinn allt öðruvísi en við erum vön að sjá með augunum. Mið-innrauður, sem nær frá 3 til 30 míkrómetra, greinir himintungla með hitastig á milli 30 og 700º C. Í þessari stillingu glóa hlutir sem virðast dökkir í sýnilegu ljósi nú skært.
„Þetta er mjög áhugavert bylgjulengdarsvið með tilliti til efnafræðinnar sem hægt er að gera og hvernig þú getur skilið ferlið við myndun stjarna og hvað gerist í kjarna vetrarbrauta,“ segir Gillian Wright, aðalrannsakandi evrópska samsteypunnar sem þróaði MIRI hljóðfæri. - Fyrstu alvöru miðinnrauða innrauða innlitin okkar af rými fengust með ISO, sem starfaði frá nóvember 1995 til október 1998. Þegar hann kom á sporbraut árið 2003 náði Spitzer frekari framförum á svipuðum bylgjulengdum. Bæði ISO og Spitzer uppgötvanirnar hafa bent á þörfina fyrir meðalinnrauða getu með stærri söfnunarsvæðum fyrir betri næmni og hornupplausn til að takast á við margar mikilvægar spurningar í stjörnufræði."
Jillian og fleiri fóru að dreyma um hljóðfæri sem gæti séð mið-innrauða í skærum smáatriðum. Því miður fyrir þá, ESA og NASA sáu styttri bylgjulengdir nær-innrauða sem aðalmarkmið Webb. ESA leiddi þróun nær-innrauðs litrófsmælis sem kallast NIRSpec, en NASA stefndi að hitamyndavél sem kallast NIRCam.
Þegar ESA tilkynnti um umsóknir um að rannsaka nær-innrauða litrófsmæli sinn, sáu Jillian og samstarfsmenn hennar tækifæri. „Ég stýrði liði sem sendi frekar djörf viðbrögð. Það sagði að við myndum rannsaka nær-innrauða litrófsritann, en við myndum líka hafa viðbótarrás sem myndi takast á við allar þessar mið-innrauða vísindarannsóknir. Og við lögðum fram vísindaleg rök fyrir því hvers vegna mið-innrauð stjörnufræði væri frábær á Webb,“ segir hún.
Þrátt fyrir að teymi hennar hafi ekki unnið þennan tiltekna samning, þá hjálpaði sú djarfa ráðstöfun að vekja athygli á meðalinnrauðri stjörnufræði í Evrópu, og henni var sjálf boðið að koma fram fyrir hönd þessara vísindahagsmuna í annarri ESA rannsókn þar sem kannað var getu evrópsks iðnaðar til að smíða innrauð tæki. . Með stuðningi fræðistofnana víðsvegar um Evrópu var hluti þessara rannsókna helgaður tækjum á meðalinnrauðu sviði.
Niðurstöðurnar voru svo uppörvandi, sem og niðurstöður samhliða rannsókna á vegum Bandaríkjanna, að áhugi á slíku tæki varð enn meiri. Eftir að hafa safnað saman alþjóðlegum hópi vísindamanna og verkfræðinga í Evrópu sem voru tilbúnir og færir um að hanna og smíða tækið - og, sem skiptir sköpum, safna peningum til þess - hvöttu Jillian og samstarfsmenn hennar ESA og NASA smám saman til að taka það með í Webb forrit.
Að útvíkka evrópska forystu með þessum hætti til alþjóðlegrar samvinnu við Bandaríkin, til flaggskipsverkefnis NASA, þar sem verkfærasmíði menningin er svo ólík, var ekki tryggð uppskrift að árangri. „Stærsti ótti var að þessi margbreytileiki væri mesta ógnin við tækið,“ segir José Lorenzo Alvarez, yfirmaður MIRI tækisins hjá ESA. En áhættan borgaði sig.
Auk þess að laða að eigin fé, fékk hópurinn einn fyrirvara í viðbót: tækið ætti ekki að hafa áhrif á rekstrarhitastig og ljósfræði Webb. Með öðrum orðum, sjónaukinn verður áfram fínstilltur fyrir nær-innrauð hljóðfæri og MIRI mun taka allt sem hann getur fengið. Þetta myndi takmarka afköst tækisins umfram tíu míkrómetra, en fyrir Jillian var það lítið verð að borga.
Ein stærsta tæknilega hindrunin var að MIRI þurfti að starfa við lægra hitastig en nær-innrauð tæki. Þetta var gert með því að nota kryokælibúnað frá Jet Propulsion Laboratory NASA. Til þess að vera viðkvæm fyrir mið-innrauðum bylgjum starfar MIRI við hitastig sem er um -267°C.
Þetta er lægra en meðalhiti á yfirborði Plútós sem er um 40 Kelvin (-233°C). Fyrir tilviljun er þetta hitastigið sem önnur tæki og sjónaukinn vinna við. Bæði hitastigið er mjög lágt, en vegna þessa munar myndi varmi frá sjónaukanum samt síast inn í MIRI þegar hann var festur við sjónaukann ef þeir væru ekki hitaeinangraðir hver frá öðrum.
Önnur áskorun var takmarkað pláss fyrir tækið á sjónaukanum. Þetta var enn erfiðara vegna þess að MIRI átti að vera í raun tvö tæki í einu - myndavél og litrófsmælir. Þetta krafðist snjallrar hönnunarvinnu.
Jafnvel eftir að tækið var fullbúið og afhent NASA til samþættingar við afganginn af sjónaukanum stóð teymið frammi fyrir enn fleiri áskorunum.
Afar flókinn sjónaukinn tók lengri tíma að smíða en nokkurn hefði getað ímyndað sér, sem þýðir að MIRI og önnur tæki verða að vera mun lengur á jörðinni en upphaflega var áætlað.
Síðan, á jóladag 2021, sendi Ariane 5 skotfæri ESA geimfarið á braut um brautina í fullkomnu skoti. Á næstu vikum og mánuðum undirbjuggu jarðteymi sjónaukann og tæki hans og afhentu þau vísindamönnum. Ásamt öðrum tækjum sendir MIRI nú gögn sem vísindamenn hafa aðeins dreymt um.
MIRI gögn komu víða fram í elstu Webb myndunum, þar á meðal „fjöllum“ og „dölum“ Carina þokunnar, samverkandi vetrarbrautahópnum Stefan Quintet og suðurhringþokunni. Síðari myndir héldu áfram að hækka grettistaki bæði hvað varðar fegurð og vísindi. Hins vegar, vegna þess að MIRI er svo stórt skref fram á við frá hvaða fyrri mið-innrauða hljóðfæri, er einnig verið að hækka mörkin hvað varðar myndtúlkunarmöguleika.
En þetta er kjarninn í háþróuðum vísindum og stjörnufræðingar eru nú þegar að flýta sér að þróa ítarlegri tölvulíkön sem geta sagt þeim meira um hina ýmsu eðlisfræðilega ferla sem valda því að gögn birtast á milli-innrauðu sviðinu.
MIRI, ásamt öðrum verkfærum á vefnum, hefur möguleika á að koma öllum sviðum stjörnufræðinnar framar. Þetta er sú tegund umbreytandi vísinda sem verða aðeins möguleg með verulegri útvíkkun á möguleikum. Og það er frábær vitnisburður um teymisvinnuna og alþjóðlega samvinnu sem fór í byggingu sjónaukans almennt og MIRI sérstaklega.
Þú getur hjálpað Úkraínu að berjast gegn rússnesku innrásarhernum. Besta leiðin til að gera þetta er að gefa fé til hersins í Úkraínu í gegnum Bjarga lífi eða í gegnum opinberu síðuna NBU.
Lestu líka:
- Hubble kom auga á par af Gerbig-Aro fyrirbærum í stjörnumerkinu Óríon
- James Webb sjónaukinn mun rannsaka vistvænar fjarreikistjörnur