Спустя почти четыре месяца после отправления космический телескоп «Джеймс Уэбб» завершает подготовку и калибровку своих бортовых приборов. 7 апреля инструмент среднего инфракрасного диапазона (MIRI) также достиг ожидаемой рабочей температуры — всего 7 градусов Кельвина, или -266 градусов Цельсия. Этот прибор способен наблюдать за объектами, излучающими в среднем инфракрасном диапазоне длин волн, как никогда ранее.
Когда 25 декабря состоялся запуск космического аппарата «Джеймс Уэбб», задачи, стоявшие перед ним, были еще далеки от завершения. Среди различных шагов, связанных с запуском телескопа, достижение температуры, необходимой для правильной работы приборов на борту, является далеко не тривиальной задачей. MIRI, прибор, который будет наблюдать за Вселенной в диапазоне длин волн от 5 до 28 микрон, столкнулся с наибольшими трудностями на этом этапе. Из-за своих уникальных наблюдательных возможностей MIRI должен был охлаждаться сильнее, чем три другие научные полезные нагрузки JWST (NIRCam, NIRSpec и NIRISS).
Первоначальное охлаждение происходило в тени пятислойного зонта, что позволило четырем приборам достичь температуры около 90 Кельвинов (К). Однако цель MIRI была ниже 7 К. Для этого необходимо было использовать криоохладитель с электрическим приводом. За последние несколько недель это устройство, благодаря циркуляции холодного гелия, помогло прибору достичь температуры 15 Кельвинов. Однако в этот момент способность криоохладителя отводить тепло минимальна. MIRI оказался в так называемой «точке защемления», самой сложной фазе охлаждения. Серия критических операций, разработанных и проверенных в течение 30 лет наземной подготовки JWST, наконец, позволила опустить температуру MIRI ниже 7 кельвинов.
Важность охлаждения
Цель наблюдения за Вселенной в инфракрасном диапазоне, как никогда ранее, должна учитывать две технические проблемы, которые, к счастью, могут быть решены путем снижения температуры научных инструментов на борту.
Первый обусловлен инфракрасным излучением приборов, используемых для наблюдений. Как и далекие галактики, звезды и планеты, скрытые в пылевых облаках, оптика и электроника «Уэбба» также излучают в инфракрасном диапазоне. Охлаждение каждого компонента уменьшает эти выбросы, обеспечивая беспрепятственный обзор Вселенной.
Вторая проблема известна как темновой ток — ток, создаваемый вибрацией атомов в самих детекторах. Это явление имитирует сигнал от внешнего источника, что приводит к ложным представлениям о том, что наблюдает телескоп. Снижение температуры приборов также приводит к уменьшению скорости, с которой колеблются атомы в детекторах. Следовательно, темновой ток уменьшается, снижая вероятность получения ложных данных во время наблюдений.
Однако, поскольку MIRI должен вести наблюдения на более далеких длинах волн, чем ближний инфракрасный диапазон его трех спутников, ему необходимо еще больше охладиться. Это связано с тем, что он более чувствителен к темному току: на каждый дополнительный градус температуры этот ток увеличивается в 10 раз. По этой причине чрезвычайно важно, чтобы MIRI работал при гораздо более низких температурах, чем 35-40 Кельвинов, при которых работают другие научные приборы.
Как только MIRI достиг 6,4 Кельвина, команда по подготовке Уэбба проверила, что детектор работает так, как ожидалось. Состояние здоровья MIRI отличное, и его научный руководитель проекта Майк Ресслер так отозвался об этом достижении:
«Это было похоже на сценарий фильма: все, что мы должны были сделать, было записано и отрепетировано. Когда пришли данные испытаний, я был в восторге, увидев, что все выглядит именно так, как ожидалось, и что у нас исправный прибор«.
Следующие шаги включают тестирование изображений звезд и других известных объектов для калибровки и проверки функциональности MIRI. Это будет сделано одновременно с калибровкой других инструментов, так что «Уэбб» будет готов к получению первого научного изображения этим летом.