Инструмент MIRI космического аппарата «Джеймс Уэбб» снова готов к работе

После нескольких месяцев простоя одного из режимов MIRI, установленного на аппарате «Джеймс Уэбб», все снова работает нормально. В субботу, 12 ноября, инструмент снова начнет работать для проведения важных исследований: его первой крупной целью станет Сатурн.

Среднеинфракрасный инструмент Джеймса Уэбба (MIRI) имеет четыре режима наблюдения: формирование изображений в среднем инфракрасном диапазоне, спектроскопия низкого разрешения, спектроскопия среднего разрешения (MRS) и коронографическая съемка. 24 августа механизм, поддерживающий режим MRS, показал, что, по-видимому, увеличилось трение во время установки научных наблюдений.

Механизм, о котором идет речь, представляет собой решетчатое колесо, которое позволяет ученым выбирать между короткой, средней и длинной длиной волны во время наблюдений. После предварительных проверок комитет по рассмотрению аномалий, созванный 6 сентября, оценил наилучший курс действий. Впоследствии команда Уэбба перестала планировать наблюдения с использованием именно этого режима.

После нескольких месяцев углубленного анализа команда пришла к выводу, что проблема, скорее всего, была вызвана увеличением силы трения между субкомпонентами центрального подшипника колеса. На основе этого команда разработала и проверила план использования пораженного механизма во время научных операций. 2 ноября было проведено инженерное испытание, которое подтвердило успех этого плана.

Научные наблюдения возобновятся в субботу, 12 ноября, и будет предоставлена уникальная возможность сфотографировать полярные области Сатурна, как раз перед тем, как они станут недоступны для наблюдения «Уэббом» в течение следующих 20 лет. Команда будет планировать дальнейшие научные наблюдения MRS, сначала с ограниченной частотой, следуя плану поддержания баланса пострадавшего колеса, мониторинга здоровья колеса и подготовки MIRI MRS к возвращению к полноценным научным операциям.

При средних инфракрасных длинах волн Вселенная сильно отличается от того, что мы привыкли видеть своими глазами. Простираясь от 3 до 30 микрометров, средняя инфракрасная область показывает небесные объекты с температурой от 30 до 700 ºC. В этом режиме объекты, которые на изображениях в видимом свете кажутся темными, теперь ярко светятся. Например, звездообразующие туманности, как правило, находятся в этом температурном диапазоне.

Первые реальные снимки космоса в среднем инфракрасном диапазоне были получены с помощью космической инфракрасной обсерватории (ISO), которая работала с ноября 1995 года по октябрь 1998 года, и космического телескопа Спитцер, который прибыл на орбиту в 2003 году. Обнаружения ISO и Spitzer подчеркнули необходимость повышения чувствительности и углового разрешения в инфракрасном диапазоне, чтобы ответить на многие важные вопросы астрофизики.

Смелые требования ученых и, в частности, команды Джиллиан Райт, главного исследователя европейского консорциума, стоящего за инструментом MIRI, помогли повысить интерес к астрономии среднего инфракрасного диапазона в Европе. Именно Райт и ее команда были приглашены представлять эти научные интересы в исследовании ЕКА, в котором изучалась способность европейской промышленности создавать инфракрасные приборы. Европейские результаты оказались столь же обнадеживающими, как и параллельные исследования, проведенные в США. Поэтому аппетит к такому инструменту стал еще больше.

Джиллиан и ее коллеги создали международную коллаборацию ученых и инженеров, желающих и способных спроектировать и построить прибор. Затем было легче поощрять и постепенно убеждать ЕКА и НАСА включить инструмент MIRI в состав аппарата Уэбб.

Одним из самых больших технологических препятствий, которые пришлось преодолеть во время строительства, было то, что MIRI должен был работать при более низкой температуре, чем приборы ближнего инфракрасного диапазона. Это было достигнуто с помощью механизма криорефрижератора, предоставленного Лабораторией реактивного движения. Чтобы быть чувствительным к средним инфракрасным длинам волн, MIRI работает при температуре около 6 Кельвинов (-267°C). Эта температура ниже, чем средняя температура поверхности Плутона, которая составляет около 40 Кельвинов (-233°C).

По совпадению, именно при этой температуре работают другие приборы и телескоп. Обе температуры чрезвычайно низкие, но из-за этой разницы тепло телескопа все равно проникало бы в MIRI, когда он был соединен с опорной конструкцией, если только они не были термически изолированы друг от друга. «Чтобы минимизировать тепловые потери, нам пришлось выбрать довольно странные и довольно экзотические материалы для проводки«, — говорит Брайан О’Салливан, системный инженер ЕКА.

Еще одной проблемой было ограниченное пространство для размещения прибора на телескопе. Это было еще сложнее, поскольку MIRI фактически должен был представлять собой два прибора в одном — формирователь изображений и спектрометр. Команда Джиллиан Райт придумала уникальный электронный механизм, который мог обрабатывать импульсы от обоих приборов, чтобы минимизировать занимаемое пространство. Прибор использует один световой путь для устройства формирования изображений и другой — для спектрометра.

Даже когда работа была завершена и передана в НАСА для интеграции с остальной частью телескопа, команда столкнулась с другими проблемами. Завершение строительства телескопа заняло больше времени, чем кто-либо предполагал. Это означало, что MIRI и другие приборы должны были проработать на земле гораздо дольше, чем планировалось изначально. Чтобы гарантировать здоровье прибора, MIRI хранился в строго контролируемых условиях и периодически проверялся.

MIRI обладает огромным потенциалом в понимании Вселенной, особенно в области звездообразования и свойств пыли и галактик. Интерпретация его данных может занять немного больше времени, но лучшие исследовательские команды мира оптимизируют новые инструменты для их расшифровки.

MIRI — это тот вид преобразующей науки, который может быть достигнут только в результате великого сотрудничества. «Главное, что сделало MIRI возможным, — это командный дух«, — говорит Райт. «Мы все хотели одного и того же — науки. Готовность людей работать вместе и решать проблемы сообща — вот что действительно сделало MIRI возможным«. И, добавим, теперь от этого выигрывает весь мир.