S pomocí kryochladiče se přístroj MIRI (Mid-Infrared Instrument) Webbova kosmického teleskopu dostal na teplotu pouze několika stupňů nad absolutní nulu. Tedy nad hraniční teplotu, kterou hmota může dosáhnout. Nyní je tak připravený na kalibraci.
Kosmický teleskop Jamese Webba (JWST, James Webb Space Telescope) bude mít možnost spatřit první galaxie, které se zformovaly po Velkém třesku. Ale aby získal tuto schopnost, musí jeho přístroje vychladnout – opravdu vychladnout. Dne 7. dubna přístroj MIRI – společný podnik ESA a NASA – dosáhl finální operační teploty pod 7 stupňů Kelvina (minus 266 stupňů Celsia).
„Jsem nadšený, že po tolika letech tvrdé práce týmu kolem přístroje MIRI je tento nyní vychlazený a připravený na další kroky. To, že chladicí systém pracoval tak dobře, je velmi důležitým bodem celé mise,“ uvádí hlavní řešitel přístroje MIRI v Evropě a zároveň ředitel britského střediska ATC (Astronomy Technology Centre) Gillian Wright.
Společně s dalšími třemi přístroji byl MIRI původně chlazený toliko stínem Webbových slunečních štítů o ploše tenisového hřiště, takže jeho teplota postupně klesla na zhruba 90 kelvinů (mínus 183 stupňů Celsia). Ale další snížení teploty na méně než 7 kelvinů vyžadovaly elektricky poháněný kryochladič. Minulý týden tým dosáhl mimořádně náročného mezníku označovaného jako „bod zlomu“, kdy teplota přístroje klesla z 15 kelvinů (mínus 258 stupňů Celsia) na 6,4 kelvinů (mínus 267 stupňů Celsia).
„Tým kolem chladiče MIRI vynaložil obrovské úsilí, aby vyvinul proceduru, která nás dovede do bodu zlomu,“ uvádí projektový manažer pro MIRI v Laboratoři tryskových pohonů NASA v Kalifornii Analyn Schneider. „Během přechodu do kritické aktivity byl tým zároveň nadšený a i nervózní. Nakonec to ale byl čítankový úkon a chladič pracoval výrazně lépe, než jsme očekávali.“
Nízká teplota je potřebná, protože všechny čtyři přístroje Webbova teleskopu detekují infračervené světlo. To má vlnovou délku o něco delší, než jsou schopné vidět lidské oči. Vzdálené galaxie, hvězdy skryté v kokonech prachu nebo planety mimo náš Sluneční systém – všechny tyto objekty vyzařují infračervené světlo. Ovšem stejně tak i ostatní objekty, jako je vlastní elektronika Webbova teleskopu a optický hardware. Ochlazení detektorů čtyř přístrojů a okolního hardware tyto infračervené emise potlačuje. MIRI přitom detekuje delší infračervené vlnové délky než ostatní tři přístroje, což znamená, že musí být ještě chladnější.
Dalším důvodem, proč musí být detektory Webbova teleskopu tak vychlazené, je potřeba vyhnutí se takzvaným temným proudům nebo elektrickým proudům vytvářeným vibrací atomů ve vlastních detektorech. Temný proud napodobuje skutečný signál v detektorech a dává tak vzniknout falešnému dojmu, že jde o světlo přicházející z vnějšího zdroje. Tyto falešné signály pak mohou přehlušit skutečné signály, které chceme detekovat. Protože teplota je měřením toho, kterak rychle atomy v detektoru vibrují, snížení teploty znamená méně vibrací, což v konečném důsledku znamená méně temného proudu.
Schopnost přístroje MIRI detekovat delší infračervené vlnové délky také znamená, že je citlivější na temné proudy. Právě proto potřebuje být chladnější než ostatní přístroje, aby plně eliminoval tento efekt. Za každý stupeň, o nějž poklesne teplota přístroje, poklesne množství temných proudů desetinásobně.
Jakmile MIRI dosáhl teploty 6,4 kelvinů, začali vědci sérii testů majících zjistit, že detektory pracují tak, jak bylo plánováno. Podobně jako lékař hledá symptomy nemoci, tak tým MIRI studuje data informující o stavu přístroje. Následně vydává přístroji sérii příkazů a sleduje, jak na ně reaguje a zdali je provádí správně.
Mezník je kulminací práce vědců a techniků z celé řady institucí krom Laboratoře tryskových pohonů: jde o firmu Northrop Grumman, která postavila kryochladič, a Goddardovo středisko kosmických letů NASA, které dohlíželo na integraci MIRI a chladiče do celé observatoře.
„Strávili jsme roky přípravou na tento okamžik, procházeli jsme příkazy a všechny kontroly, co jsme udělali na MIRI,“ uvádí projektový vědec MIRI v Laboratoři tryskových pohonů Mike Ressler. „Bylo to svým způsobem jako filmový scénář: všechno, co jsme měli udělat, bylo napsáno a vyhodnoceno. Když se objevila testovací data, byli jsme nadšení z toho, že vypadají přesně dle očekávání a že máme zdravý nástroj.“
Pořád ale nejsme u cíle. Existuje ještě celá řada výzev, kterým bude tým čelit před tím, než MIRI může zahájit vědeckou část své mise. Nyní, když je přístroj na své operační teplotě, začnou být pořizování testovací snímky hvězd a dalších známých objektů, což bude využito pro kalibraci a pro kontrolu funkčnosti přístroje. Tyto přípravy proběhnout společně s kalibrací dalších tří přístrojů. Vše by mělo vyvrcholit dodávkou prvních vědeckých snímků z Webbova teleskopu letos v létě.
„Jsem nesmírně hrdý na to, že jsem součástí této skupiny vysoce motivovaných nadšených vědců a inženýrů z celé Evropy a Spojených států,“ konstatuje vědecký pracovník přístroje MIRI z ATC ve skotském Edinburghu Alistair Glasse. „Toto období je naší zkouškou ohněm. Už teď je mi ale jasné, že osobní pouta a vzájemný respekt, které jsme si během posledních let vybudovali, povedou k tomu, že již v nejbližších měsících předáme fantastický přístroj celosvětové vědecké komunitě.“
MIRI je součást evropského podílu na Kosmickém teleskopu Jamese Webba (JWST, James Webb Space Telescope). Ten je partnerským projektem mezi Evropou a Spojenými státy. Hlavními partnery jsou ESA, konsorcium na národní úrovni financovaných evropských institucí, Laboratoř tryskových pohonů (Jet Propulsion Laboratory, JPL) a Goddardovo středisko kosmických letů NASA (Goddard Space Flight Center, GSFC).
Webbův teleskop představuje mezinárodní partnerství mezi NASA, ESA a Kanadskou kosmickou agenturou (Canadian Space Agency, CSA).
Další informace jsou k dispozici na portálu Evropské kosmické agentury (ESA).
