Ali da bi teleskop postao “naučno spreman”, svaka komponenta je morala biti pravilno kalibrirana i puštena u rad. Ove nikada ranije objavljene slike tima Mid-Infrared Instrument (MIRI) otkrivaju izazove i osvajanja najambicioznijeg instrumenta. Nikada više nećemo vidjeti Univerzum na isti način.
Ova slika sa tri panela prikazuje pogled na “kosmičke litice” Carina Nebule kako ih vidi Hubble (gore), JWST-ov NIRCam instrument (u sredini) i JWST-ov MIRI instrument (dole). Sa svojim prvim naučnim izdanjem pred nama, ova nova era u astronomiji je zaista stigla.
Dok su naučne operacije u toku, svemirski teleskop James Webb (JWST) otkriva naš univerzum. Ovo dolazi ~6+ mjeseci nakon njegovog početnog lansiranja.
Četiri razloga su uzrokovala ovako dugo čekanje.
- Raspoređivanje: opservatorija je trebala da se razvije u svoju konačnu konfiguraciju.
Tokom prvog mjeseca nakon lansiranja, JWST-ov prioritet je bio da dostigne i uđe u stabilnu orbitu oko L2 Lagrange tačke. Sa Suncem, Zemljom i Mjesecom uvijek iza njega, nema šanse da mu bilo koji od tih izvora ikada zakloni pogled. Međutim, Hubble je iz niske orbite Zemlje spriječen da posmatra svoje ciljeve više od 50% svog potencijalnog vremena posmatranja.
- Orbitalna incerzija: trebalo je da stigne na željeno odredište.
Svih pet slojeva štitnika za sunce moraju biti pravilno raspoređeni i zategnuti duž svojih nosača. Svaka stezaljka mora otpustiti; niti jedan sloj se ne smije se zaglaviti, uhvatiti ili pocijepati; sve mora da radi. Jednom kada je potpuno postavljen, 5-slojni štit omogućava pasivno hlađenje do temperatura od oko 40 K. Ovdje je prikazan prototip štitnika za sunce, komponenta od jedne trećine.
3.) Hlađenje: sve komponente potrebne za postizanje radne temperature.
Ovdje je prikazana konačna slika na kojoj su pojedinačne slike sa svih 18 ogledala JWST-a složene i zajedno sabrane. Uzorak koji je napravila ta zvijezda, “pahulja” jedinstvena za JWST, može se samo malo poboljšati boljom kalibracijom.
4.) Kalibracija i puštanje u rad: svaka komponenta to zahtijeva.
Iako MIRI (srednji infracrveni instrument) svemirskog teleskopa James Webb postiže najnižu rezoluciju zahvaljujući dugim talasnim dužinama na koje je osjetljiv, on je ujedno i najmoćniji instrument na mnogo načina, sposoban otkriti najudaljenije karakteristike u svemiru od svih .
Ovo uključuje i optički sistem i svaki naučni instrument.
Originalna slika “prvog svjetla” snimljena MIRI-jem, instrumentom srednjeg infracrvenog spektra, 13. aprila 2022. godine, sa naučnim ciljevima postizanja bolje od ~1 lučnog sekunda rezolucije i određivanjem geometrijskog izobličenja i razmjera MIRI-jeve slike i sposobnosti spektroskopije. Tamo gdje se polja od 7700 nm i 5600 nm preklapaju, mogla bi se konstruirati MIRI-jeva prva slika u boji.
Moguće je da je instrument koji je najteži za puštanje u rad MIRI: instrument srednjeg infracrvenog spektra.
Ovaj prikaz sa šest panela različitih slika snimljenih instrumentom MIRI, tokom puštanja u rad, predstavlja neka od polja koja su posmatrana kako bi se identifikovala i ublažila mnoga tehnička pitanja povezana sa instrumentom pre nego što su naučne operacije počele. Krajnja desna slika u gornjem redu je kompozit 7700nm i 5600nm filtera sa MIRI-jeve prve svjetlosne slike.
Za razliku od svih ostalih, pasivno hlađenje do ~40 K nije dovoljno za MIRI.
Točak filtera MIRI uključuje: 10 filtera za snimanje, 4 filtera-dijafragme, kombinacije za koronografiju, jedan filter neutralne gustine, jednu ZnS-Ge dvostruku prizmu za LRS način rada, jednu neprozirnu poziciju za tamne i jedno sočivo za testiranje na terenu svrhe. Ovi setovi filtera nam omogućavaju da vidimo srednji infracrveni dio spektra kao nikada prije, ali samo na dovoljno niskim temperaturama.
Ispitivanje najdužih talasnih dužina, od 5-30 mikrona, zahtjeva operacije ispod ~7 K.
Kriohladnjak za srednji infracrveni instrument (MIRI), kako je testiran i pregledan još 2016. Ovaj hladnjak je neophodan za održavanje MIRI instrumenta na oko ~7 K: najhladniji dio svemirskog teleskopa James Webb. Ako postane toplije, najduže talasne dužine neće uzvratiti ništa osim buke, jer će teleskop zapravo vidjeti sebe kako zrači na višim temperaturama.
JWST je pionir jedinstvenog hladnjaka zatvorenog sistema.
Ono što se čini kao relativno prazno polje dizajnirano je za proučavanje varijacija u pozadini neba u funkciji usmjeravanja teleskopa i preko različitih talasnih dužina. Ovo je pomoglo da se identifikuje koje su razlike između prethodnog boravka na “toploj” i “hladnoj” poziciji uzrokovane unutar detektora. Spiralna galaksija jasno bogata policikličnim aromatičnim ugljovodonicima iskače u zelenoj boji.
Održavaće MIRI kriogenski hladnim neograničeno dugo.
Ova slika za puštanje u rad prikazuje područje bogato prašinom samo nekoliko stepeni udaljeno od pravog galaktičkog centra. Naučno, zelene boje ukazuju na prisustvo organskih molekula: policikličnih aromatičnih ugljovodonika. Podaci su korišteni za mjerenje nivoa rasute svjetlosti u detektorima; više nego što se očekivalo pronađeno je u MIRI podacima, posebno od 5-10 nanometara.
MIRI-jevi detektori silikona dorađeni arsenom naišli su na neke nove probleme.
Ovo pokazuje Hubbleov (lijevo) i JWST-ov MIRI instrument (desno) pogled na isti objekat: galaksiju NGC 6552. Sa aktivnim centrom, MIRI “znak plus” uzorak šiljaka jasno se pojavljuje. Međutim, jedna nesretna karakteristika MIRI-ja je da kada detektor postane zasićen suviše svijetlim izvorom, “zaostatak” može trajati do 25 minuta. Ova slika je bila od vitalnog značaja za identifikaciju šta MIRI treba da uradi da bi se oporavio od takvih izloženosti.
Ovi detektori se zasićuju kada gledate previše svijetle izvore, stvarajući naknadne slike.
Ovaj prikaz prikazuje čuvenu maglinu Mačje oko, koju vide Hubble (L) i JWST-ov MIRI instrument (R). Znajući kako zasićeni detektor proizvodi neželjene naknadne slike, tada postaje važno naučiti kako ukloniti takvo zasićenje i ublažiti ga preko MIRI detektora. Promatranje nebule Mačje oko omogućilo je MIRI timu da precizno utvrdi kako to učiniti na sva 3 MIRI-jeva detektora.
Popravak je termalni ciklus: zagrijavanje instrumenta na ~20 K i ponovno hlađenje.
Ova izvanredna slika bila je “bonus”, snimljena u paralelnom režimu dok je instrument NIRISS korišćen za posmatranje male nebule u Velikom Magelanovom oblaku. U MIRI-jevom vidnom polju se slučajno našla asimptotska džinovska zvezda (AGB) u procesu gubitka mase; karakteristični znak “plus” u njegovim šiljcima, mnogo svjetliji od standardnih heksagonalnih šiljaka, jasno se može vidjeti.
MIRI-jevi šiljci nisu heksagonalni, već imaju jedinstveni oblik „plus“.
Unutar detektora silikona dopiranog arsenom u MIRI, refleksije su trebale biti svedene na minimum. Međutim, na najkraćim (5-10 mikrona) MIRI talasnim dužinama, do ~73% svetlosti se može reflektovati iznutra, predstavljeno strelicama „nadole“ na različitim interfejsima, stvarajući poboljšani znak „plus“ na vrhu JWST-ove standardne tačke – funkcija širenja za svoju svjetlost.
Unutrašnje refleksije kratkih talasa su krivci; softver je lijek.
Ova slika prikazuje istu regiju neba u Velikom Magelanovom oblaku, sve bez dovoljno svijetlog izvora da zasiti MIRI detektor, u svakom od 9 zasebnih filtera. Instrumentalni cilj je bio da se generišu slike ravnog polja „neba“, koje su neophodne za razumjevanje i postizanje visokih vrijednosti za odnos signal-šum koji će se pojaviti.
MIRI-jeve mogućnosti talasne dužine pokrivaju devet nezavisnih srednjih infracrvenih opsega.
Sada potpuno pušten u rad, MIRI otkriva srednji infracrveni kosmos.
Članak How MIRI, James Webb’s coolest instrument, sees the Universe autora Ethan Siegel-a preveden je sa portal Bigthink.
