- James Webb-romteleskopets midt-infrarøde instrument (MIRI) er klart til å begynne bildebehandling de fjerneste stjernene noensinne.
- Ved -448,15 grader Fahrenheit er det nesten like kaldt som vakuumet i rom.
- EN kryogen kjøler holder MIRI kjølt nok til å beskytte sine sensitive instrumenter fra å oppdage deres egen varmestråling.
Den kaldeste temperaturen som noen gang er registrert på jorden, -128,6 grader Fahrenheitble registrert på Vostok Station, Antarktis, 21. juli 1983. Det er langt kaldere enn temperaturene på toppen av Mount Everest om vinteren, hvor kulden på -30 grader Fahrenheit er nok til å forårsake umiddelbare frostskader uten riktig beskyttelse.
På James Webb-romteleskopet, temperaturene er langt mer iskalde. Sendt til verdensrommet 1. juledag 2021 for å studere dannelsen av de fjerneste galakser og eksoplaneter, har Webb måttet utføre ultrafine presisjonsjusteringer av speilene og andre instrumenter. Detektorer inne i hvert vitenskapelig instrument konverterer infrarøde varmesignaler til elektriske signaler. Disse signalene blir behandlet for å generere bildene astronomene ser her på jorden. Fordi dens egen maskinvare produserer infrarød varmeenergi, blir all data som samles ubrukelig hvis den energien ikke undertrykkes.
Det er derfor Webb er fikset med en elektrisk drevet kryogen kjøler som kjølte den ombord Midt-infrarødt instrument (MIRI) til en slutttemperatur på 6,4 kelvin 7. april. Kelvin er en temperaturenhet som kaller null som absolutt kaldeste punkt. Dette er temperaturen der alle atomisk bevegelse er undertrykt. Så, 6,4 kelvin er ufattelig kaldt – tilsvarer -448,15 grader Fahrenheit. Det er bare litt varmere enn kaldeste, tommeste delene av rommet, som er -455 grader Fahrenheit. Ved denne temperaturen kan MIRIs kamera og spektrograf utføre sitt oppdrag nøyaktig: å se det infrarøde lyset fra fjerne galakser, unge stjerner, svake kometer og objekter i Kuiperbeltet – et belte med små steinete objekter bortenfor Neptun som går i bane rundt solen.
Webbs plassering omtrent en million miles fra jorden lar den unnslippe solens lys og varme. Derfra kan den undersøke de yngste galaksene som ble født etter Big Bang for 13,5 milliarder år siden. Likevel trenger den fortsatt et femlag, solskjerm i tennisbanestørrelse, utplassert kort tid etter lansering, for å gi enda mer skygge. Hvert lag legger inn et vakuum som fungerer som en isolator. De spesialbelagte, reflekterende, sølvaktige lagene blokkerer litt varme og avleder resten. Passiv kjøling ved bruk av bare solskjermen brakte Webb ned til omtrent 35 kelvin (-396,67 grader Fahrenheit), tilsvarende “å avvise alle unntatt én del av en million av all solens energi,” ifølge Jane Rigby, en Webb operasjonsprosjektforsker som beskrev kjøleprosessen under en pressekonferanse i januar.
For å beskytte sine sensitive instrumenter fra å oppdage deres egen varmestråling, må Webbs MIRI bli enda kjøligere; selv vibrasjon av atomer i detektorene er forbudt. Denne “mørke strømmen” på atomnivå bidrar til villedende data og kan maskere de virkelige signalene fra stjerner langt unna. Temperatur er en måling av atoms vibrasjonshastighet i detektoren, ifølge en NASA pressemelding, så å redusere temperaturen er avgjørende for å skru ned den mørke strømmen. MIRI oppdager lengre infrarøde bølgelengder enn de andre instrumentene på Webb, så mørk strøm kan virkelig ødelegge målingene. Faktisk, for hver grad MIRIs temperatur går opp, øker den mørke strømmen med en faktor på omtrent ti.
Derfor var et “kjøligere team” dedikert til å senke alle strålingsnivåer ned til “klemmepunktet.” Dette punktet betyr fallet til mindre enn 7 kelvin. Ingeniører designet en kryogen kjøler, eller et “lukket celle kjøleskap”, omtrent på størrelse med et husholdningskjøleskap. Dens pumper og ventiler skyter heliumgass gjennom hele MIRI. Heliumet absorberer varme inne i instrumentet og slipper den deretter vekk fra Webb.
Siden det er en “lukket” system, den kryogene kjøleren bruker ikke kjølevæske som en iskiste full av is. I stedet resirkulerer den heliumgass gjennom 67 fot med tynne rør. For å lage ultrakald helium lar kjøleren komprimert helium utvide seg, fordi ekspanderende gass absorberer varme. Kjøleren fanger opp og leder varmen bort fra Webb og bruker det avkjølte heliumet før det rekomprimeres. På samme måte et hjem klimaanlegg komprimerer kjølemediet med en pumpe og utvider det deretter for å avkjøle luften. Når kjølemediet utvider seg, tar en pumpe det bort, og en radiator avgir den absorberte varmen. MIRI-kjølesystemet er fundamentalt likt, men bruker en mer kompleks fire-trinns prosess for å kjøle ned gass til gradvis lavere temperaturer.
Nå som den har optimal temperatur, er Webbs MIRI klar til å gi noen av de kuleste kosmiske bildene jorden noensinne har sett.
Dette innholdet er opprettet og vedlikeholdt av en tredjepart, og importert til denne siden for å hjelpe brukere med å oppgi e-postadressene sine. Du kan kanskje finne mer informasjon om dette og lignende innhold på piano.io