Vesmírny teleskop Jamesa Webba NASA/ESA/CSA sa často označuje ako nástupca Hubbleovho vesmírneho teleskopu NASA/ESA. V skutočnosti je to nástupca oveľa viac. So zahrnutím Mid-Infrared Instrument (MIRI) Webb uspel aj s infračervenými vesmírnymi teleskopmi, ako je vesmírne infračervené observatórium ESA (ISO) a Spitzerov vesmírny teleskop agentúry NASA.
V strednej infračervenej oblasti je vesmír veľmi odlišný od toho, čo sme zvyknutí vidieť očami. Stredné infračervené žiarenie s šírkou od 3 do 30 mikrometrov deteguje nebeské objekty s teplotami medzi 30 a 700 °C. V tomto režime objekty, ktoré sa na snímkach vo viditeľnom svetle javia ako tmavé, teraz jasne žiaria.
„Toto je veľmi zaujímavý rozsah vlnových dĺžok, pokiaľ ide o chémiu, ktorá sa dá urobiť a ako môžete pochopiť proces tvorby hviezd a to, čo sa deje v jadrách galaxií,“ hovorí Gillian Wright, hlavná výskumníčka európskeho konzorcia, ktoré vyvinulo prístroj MIRI. - Naše prvé skutočné stredné infračervené záblesky vesmíru boli získané pomocou ISO, ktoré fungovalo od novembra 1995 do októbra 1998. Keď Spitzer dorazil na obežnú dráhu v roku 2003, urobil ďalší pokrok na podobných vlnových dĺžkach. Objavy ISO aj Spitzera zdôraznili potrebu stredných infračervených funkcií s väčšími zbernými plochami pre lepšiu citlivosť a uhlové rozlíšenie, aby sa mohli riešiť mnohé dôležité otázky v astronómii.
Jillian a ďalší začali snívať o nástroji, ktorý dokáže vidieť stredné infračervené žiarenie v živých detailoch. Nanešťastie pre nich ESA a NASA videli kratšie vlnové dĺžky blízkeho infračerveného žiarenia ako Webbov primárny cieľ. ESA viedla vývoj blízkeho infračerveného spektrometra s názvom NIRSpec, zatiaľ čo NASA sa zamerala na termovíziu s názvom NIRCam.
Keď ESA vyhlásila výzvu na podávanie žiadostí o štúdium svojho blízkeho infračerveného spektrometra, nenechala sa odradiť, Jillian a jej kolegovia videli príležitosť. „Viedol som tím, ktorý poslal dosť odvážnu odpoveď. Hovorilo sa, že budeme študovať blízky infračervený spektrograf, ale budeme mať aj ďalší kanál, ktorý by sa zaoberal všetkými týmito vedeckými štúdiami v strednej infračervenej oblasti. A predstavili sme vedecký prípad, prečo by stredná infračervená astronómia bola na Webb fantastická,“ hovorí.
Hoci jej tím nezískal túto konkrétnu zákazku, odvážny krok pomohol zvýšiť profil astronómie stredného infračerveného žiarenia v Európe a ona sama bola pozvaná, aby zastupovala tieto vedecké záujmy v ďalšej štúdii ESA, ktorá skúmala kapacitu európskeho priemyslu vyrábať infračervené prístroje. . S podporou akademických inštitúcií z celej Európy bola časť tohto výskumu venovaná prístrojom v strednom infračervenom rozsahu.
Výsledky boli také povzbudivé, ako aj výsledky paralelných štúdií vedených USA, že záujem o takéto zariadenie ešte vzrástol. Po zhromaždení medzinárodnej skupiny vedcov a inžinierov v Európe ochotných a schopných navrhnúť a postaviť prístroj – a čo je najdôležitejšie, získať na to peniaze – Jillian a jej kolegovia povzbudili a postupne presvedčili ESA a NASA, aby ho zaradili do Program Webb.
Rozšírenie európskeho vedúceho postavenia v tomto spôsobe práce do oblasti medzinárodnej spolupráce s USA, na vlajkovú loď NASA, kde je kultúra výroby nástrojov taká odlišná, nebolo zaručeným receptom na úspech. „Najväčší strach bol, že táto zložitosť bude najväčšou hrozbou pre prístroj,“ hovorí José Lorenzo Alvarez, manažér prístroja MIRI v ESA. Ale risk sa vyplatil.
Okrem prilákania vlastných prostriedkov dostalo konzorcium ešte jedno upozornenie: prístroj by nemal ovplyvňovať prevádzkové teploty a optiku Webba. Inými slovami, teleskop zostane optimalizovaný pre blízke infračervené prístroje a MIRI si vezme všetko, čo dokáže. To by obmedzilo výkon nástroja nad desať mikrometrov, ale pre Jillian to bola malá cena.
Jednou z najväčších technologických prekážok bolo, že MIRI musel pracovať pri nižšej teplote ako blízko infračervené prístroje. To sa dosiahlo pomocou mechanizmu kryochladiča poskytnutého laboratóriom Jet Propulsion Laboratory NASA. Aby bol MIRI citlivý na stredné infračervené vlny, pracuje pri teplote okolo -267°C.
To je menej ako priemerná povrchová teplota Pluta, ktorá je približne 40 Kelvinov (-233 °C). Zhodou okolností je to teplota, pri ktorej pracujú ostatné prístroje a ďalekohľad. Obe teploty sú extrémne nízke, ale kvôli tomuto rozdielu by teplo z ďalekohľadu stále prenikalo do MIRI, keď by bol pripojený k ďalekohľadu, ak by neboli navzájom tepelne izolované.
Ďalšou výzvou bol obmedzený priestor, ktorý bol k dispozícii pre prístroj na ďalekohľade. Bolo to ešte ťažšie, pretože MIRI mali byť efektívne dva prístroje v jednom – zobrazovač a spektrometer. To si vyžadovalo šikovnú dizajnérsku prácu.
Dokonca aj potom, čo bol prístroj dokončený a dodaný NASA na integráciu so zvyškom teleskopu, tím čelil ešte väčším výzvam.
Stavba extrémne zložitého teleskopu trvala dlhšie, než si ktokoľvek dokázal predstaviť, čo znamená, že MIRI a ďalšie prístroje budú musieť zostať na Zemi oveľa dlhšie, ako sa pôvodne plánovalo.
Potom, na Vianoce 2021, nosná raketa ESA Ariane 5 vyniesla kozmickú loď na obežnú dráhu v perfektnom štarte. Počas nasledujúcich týždňov a mesiacov pozemné tímy pripravili ďalekohľad a jeho prístroje a odovzdali ich vedcom. Spolu s ďalšími prístrojmi teraz MIRI posiela údaje, o ktorých vedci len snívali.
Údaje MIRI sa široko objavovali na prvých Webbových obrázkoch, vrátane „vrchov“ a „údolí“ hmloviny Carina, interagujúcej skupiny galaxií Stefan Quintet a južnej prstencovej hmloviny. Nasledujúce snímky naďalej zvyšovali latku z hľadiska krásy aj vedy. Avšak, pretože MIRI je taký veľký krok vpred od akéhokoľvek predchádzajúceho stredného infračerveného nástroja, latka sa zvyšuje aj z hľadiska možností interpretácie obrazu.
Ale to je podstata pokročilej vedy a astronómovia sa už ponáhľajú s vývojom podrobnejších počítačových modelov, ktoré im môžu povedať viac o rôznych fyzikálnych procesoch, ktoré spôsobujú, že sa údaje objavujú v strednom infračervenom rozsahu.
MIRI, spolu s ďalšími nástrojmi na webe, má potenciál posunúť dopredu každú oblasť astronómie. Toto je druh transformatívnej vedy, ktorá je možná len prostredníctvom výrazného rozšírenia možností. A je to skvelý dôkaz tímovej práce a medzinárodnej spolupráce, ktorá viedla k budovaniu ďalekohľadu vo všeobecnosti a MIRI zvlášť.
Môžete pomôcť Ukrajine v boji proti ruským útočníkom. Najlepším spôsobom, ako to urobiť, je darovať finančné prostriedky Ozbrojeným silám Ukrajiny prostredníctvom Zachrániť život alebo cez oficiálnu stránku NBU.
Prečítajte si tiež:
- Hubble si všimol pár Gerbig-Aro objektov v súhvezdí Orion
- Teleskop Jamesa Webba bude skúmať obývateľné exoplanéty