Bu sanatçının tasarımı, uzayda tamamen açılmış James Webb Uzay Teleskobu’nu gösteriyor. Kredi: Adriana Manrique Gutierrez, NASA Animatörü
“Orta Kızılötesi Enstrüman (MIRI) ve diğer Webb aletleri, son üç ayın büyük bir bölümünde termal enerjilerini uzayın karanlığına yayarak soğuyorlar. Yakın-kızılötesi aletler yaklaşık 34 ila 39 kelvin’de çalışacak ve pasif olarak soğuyacaktır. Ancak daha uzun dalga boylu fotonları tespit edebilmek için MIRI dedektörlerinin daha da soğuması gerekecek. MIRI kriyo soğutucunun devreye girdiği yer burasıdır.
Zorunlu olarak, MIRI’nin dedektörleri, düzgün çalışması için 7 kelvin’den daha düşük bir sıcaklıkta olması gereken özel bir Arsenik katkılı Silikon (Si:As) formülasyonu kullanılarak yapılmıştır. Bu sıcaklık tek başına pasif yollarla mümkün değildir, bu nedenle Webb, MIRI’nin dedektörlerini soğutmaya adanmış bir “kriyo-soğutucu” taşır. Kredi: NASA/JPL-Caltech
“Son birkaç hafta içinde, kriyo-soğutucu, MIRI optik tezgahının yanından soğuk helyum gazını dolaştırıyor ve bu da onu yaklaşık 15 kelvin’e kadar soğutmaya yardımcı olacak. Yakında, kriyo soğutucu görevinin en zorlu günlerini yaşamak üzere. Kriyojenik valfleri çalıştırarak, kriyo-soğutucu dolaşımdaki helyum gazını yeniden yönlendirecek ve onu bir akış kısıtlamasından geçmeye zorlayacaktır. Gaz kısıtlamadan çıkarken genişledikçe soğur ve ardından MIRI dedektörlerini 7 kelvin’in altındaki soğuk çalışma sıcaklıklarına getirebilir. Ama önce, kriyo-soğutucu ‘sıkışma noktası’ – kriyo-soğutucunun ısıyı uzaklaştırma kabiliyetinin en düşük olduğu 15 kelvin civarındaki bir sıcaklık aralığından geçiş yapmalıdır. Zaman açısından kritik birkaç valf ve kompresör işlemi, MIRI kriyo-soğutucu sıcaklık ve akış hızı ölçümleriyle gösterildiği gibi ayarlanarak hızlı bir şekilde art arda gerçekleştirilecektir. Özellikle zorlayıcı olan şey, akışın yeniden yönlendirilmesinden sonra, sıcaklık düştükçe soğutma yeteneğinin daha iyi hale gelmesidir. Diğer taraftan, örneğin modellenen ısı yüklerinden daha büyük olması nedeniyle soğutma hemen sağlanamazsa, MIRI ısınmaya başlayacaktır.
“Kriyo-soğutucu kalan ısı yüklerinin üstesinden geldiğinde, görevin geri kalanı için daha düşük güçlü sabit bilimsel çalışma durumuna yerleşecek. Bu sıkışma noktası olayı, kriyo-soğutucu test yatağında kapsamlı bir şekilde uygulanmıştır. NASAJet Tahrik Laboratuvarı (JPL), MIRI kriyo soğutucuyu yöneten ve ayrıca ajansın Goddard Uzay Uçuş Merkezi ve Johnson Uzay Merkezi’ndeki Webb testi sırasında. Yörüngede gerçekleştirilmesi, JPL, Goddard ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden personelden oluşan operasyon ekibi tarafından desteklenecek. MIRI kriyocooler, Northrop Grumman Space Systems tarafından geliştirilmiştir. MIRI, NASA ve ESA (Avrupa Uzay Ajansı) arasında 50/50 bir ortaklık olarak geliştirildi, JPL ABD çabalarına öncülük ediyor ve ESA’ya katkıda bulunan çok uluslu bir Avrupa astronomik enstitüleri konsorsiyumu” dedi. NASA JPL.
“MIRI, ‘yakın kızılötesi’ için ‘N’ ile başlayan diğer araçlarla karşılaştırıldığında, çok daha uzun kızılötesi dalga boylarında çalıştığı için Webb’in diğer araçlarından ayrılıyor. MIRI, bugüne kadar gökbilimciler için mevcut olan her şeyin çok ötesinde derinlik ve ayrıntı ile kızılötesi evreni keşfetmek için alet takımını destekleyecektir.
“Görüntüleyici, yakındaki bulutsulardan uzak etkileşimli galaksilere kadar uzanan astronomik hedefleri daha önce gördüklerimizin çok ötesinde bir netlik ve hassasiyetle ortaya çıkarmayı vaat ediyor. Bu ışıltılı bilimsel hazineleri kavramamız, MIRI’nin kendi özel buzdolabını kullanarak gözlemevinin geri kalanının altındaki bir sıcaklığa soğutulmasına dayanıyor. Dünya’ya benzer sıcaklıklardaki ötegezegenler, en parlak şekilde orta-kızılötesi ışıkta parlayacak. Bu nedenle MIRI, ana yıldızlarının parlak parıltısına karşı bu tür gezegenleri tespit etmek için dikkatlice tasarlanmış dört taçograf ile donatılmıştır. Exo-dev gezegenlerin ayrıntılı renkleri (bizimkine benzer Jüpiter) daha sonra, atmosferlerindeki gazların (su, ozon, metan, amonyak ve daha fazlası dahil) kimyasal kimliklerini, bolluklarını ve sıcaklıklarını ortaya çıkarmak için MIRI’nin iki spektrometresi tarafından ölçülebilir.
MIRI, 2012’de NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’ndeki dev temiz odada denetleniyor. Kredi: NASA/Chris Gunn
“Neden bu kadar soğuk? MIRI’nin orta-kızılötesinde çalışmak üzere ayarlanmış son teknoloji ışığa duyarlı dedektörleri, 7 kelvin’in (-266 derece) altına soğutulmadıkça kördür. santigratveya -447 derece Fahrenhayt). Buna karşılık, standart bir ev tipi dondurucu, içeriğini yaklaşık 255 kelvin’e (-18 santigrat derece veya -0.7 derece Fahrenhayt) kadar soğutur. Daha yüksek sıcaklıklarda, gökyüzünden algılanabilecek herhangi bir sinyal, kendi dahili olarak oluşturulan ‘karanlık akımından’ gelen sinyalin altında kaybolur. Dedektörler soğutulsa bile, 15 kelvinden (-258 santigrat derece veya -433 derece Fahrenhayt) daha fazla ısınmaları durumunda, Webb görüntüleri MIRI’nin kendi aynaları ve alüminyum yapısı tarafından yayılan termal kızılötesi ışığın parıltısı tarafından yine de boğulacaktır. Mühendislik çözümü, MIRI’yi altı karbon fiber ayak üzerinde yüksek teknolojili bir metal örümcek gibi Webb’in birincil aynasının arkasındaki alet montaj yapısından uzak tutmaktı. Bunlar MIRI’yi çok daha sıcak teleskoptan yalıtır (burada 45 kelvin veya -228 santigrat derece/-379 derece Fahrenhayt daha sıcak olarak nitelendirilir). Enstrümanın gövdesi ayrıca, çevresinin radyan ısısını yansıtan parlak alüminyum kaplı bir termal battaniyeyle kaplanmıştır.
“Bu enstrümanı soğutmak, MIRI ekibinin gerçekten rahatlayabilmesinden önce Webb’in karşılaştığı son büyük zorluklardan biri ve soğutucunun ‘kıstırma noktasından’ geçmek bu meydan okumadaki en göz korkutucu adım olacak. O zaman, soğutucu, MIRI’nin 100 kilogram (220 pound) metal ve camında kalan ısının neredeyse tamamını, üç ay önceki o tropikal fırlatma sabahından çekmiş olacak. MIRI, Webb’in evrene gözlerini açan dört enstrümanından sonuncusu olacak” dedi.