№ 3

Сентябрь/2022

Russian Traveler 03/2022

Самый холодный прибор «Уэбба» достиг рабочей температуры (и она очень низкая)

Фото: NASA

Скоро телескоп начнет делиться научными наблюдениями.

Долгожданный засланец в глубины космоса, телескоп NASA имени Джеймса Уэбба увидит первые галактики, сформировавшиеся после Большого взрыва, но для этого его инструменты сперва должны остыть до нужной температуры. 7 апреля прибор Webb Mid-Infrared Instrument (MIRI) — совместная разработка NASA и Европейского космического агентства (ESA) — достиг своей конечной рабочей температуры ниже семи кельвинов (- 266 °C). 

Наряду с тремя другими инструментами Уэбба, MIRI сначала охлаждался в тени солнцезащитного козырька Уэбба (если что, его козырек — размером с теннисный корт). При этом температура инструмента упала до 90 кельвинов (- 183 °C). Но для снижения температуры ниже семи кельвинов потребовался криоохладитель с электрическим приводом. На прошлой неделе команда миссии прошла особенно сложный этап («труднодостижимую точку»), когда прибор охлаждался с 15 до 6,4 кельвинов.

«Команда MIRI вложила много сил в разработку процедуры в этой труднодостижимой точке. Мы одновременно были взволнованы и нервничали, приступая к критическим действиям. В конце концов процедура была выполнена как по учебнику, и производительность охладителя оказалась даже лучше, чем ожидалось», – Аналин Шнайдер, руководитель проекта MIRI в Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии.

Зачем нужна такая низкая температура?

Все четыре прибора «Уэбба» настроены на инфракрасный свет, длина волны которого немного больше, чем те, которые может видеть человеческий глаз. Все далекие галактики, звезды, скрытые в коконах пыли, и планеты за пределами нашей Солнечной системы излучают именно инфракрасный свет.

То же самое можно сказать и о других объектах, включая собственную электронику и оптику «Уэбба». Охлаждение детекторов четырех инструментов и окружающего оборудования подавляет собственное инфракрасное излучение и излучение от нерелевантных источников. MIRI обнаруживает более длинные инфракрасные волны, чем три других прибора, а это значит, что он должен быть еще холоднее.

Другая причина, по которой детекторы «Уэбба» должны быть холодными, состоит в том, чтобы подавить темновой ток – электрический ток, который создается вибрацией атомов в самих детекторах. При повышении температуры прибора на каждый градус темновой ток увеличивается примерно в 10 раз. Темновой ток имитирует истинный сигнал в детекторах и создает ложное впечатление, что они среагировали на свет от внешнего источника.

Такие ложные сигналы могут заглушить настоящие сигналы, которые хотят обнаружить астрономы. Поскольку именно температура позволяет измерить, как быстро вибрируют атомы в детекторе, снижение температуры означает снижение вибрации, что, в свою очередь, означает подавление темнового тока.

Как только MIRI достиг температуры 6,4 Кельвина, ученые начали серию проверок, чтобы убедиться, что детекторы работают должным образом. Как врач ищет любые симптомы болезни у пациента, так команда MIRI просматривает данные, описывающие состояние прибора, а затем дает прибору ряд команд, чтобы проверить, может ли он правильно выполнять задачи.

«Мы потратили годы на тренировки и подготовку к этому моменту, выполняя команды и проверки, которые мы сделали на MIRI. Это было похоже на сценарий фильма: все, что мы должны были сделать, было записано и отрепетировано. Когда поступили данные испытаний, я был в восторге, увидев, что все выглядит именно так, как ожидалось, и что у нас есть исправный инструмент», – Майк Ресслер, научный сотрудник проекта MIRI.

Перед тем, как MIRI сможет начать свою научную миссию, команде придется справиться со множеством других задач. Теперь, когда прибор достиг рабочей температуры, члены команды сделают тестовые изображения звезд и других известных объектов, которые можно использовать для калибровки и проверки работы и функциональности прибора. Команда проведет эту подготовку вместе с калибровкой трех других инструментов, предоставив первые научные изображения «Уэбба» этим летом.

Не так давно телескоп Джеймса Уэбба завершил последний этап тонкой настройки своей оптической системы и поделился с учеными первой четкой фотографией звезды. Чтобы протестировать систему, «Уэбб» сделал изображение звезды, которая имеет обозначение 2MASS J17554042+6551277. Этот объект, находящийся в двух тысячах световых лет от нас, примерно в 16 раз ярче Солнца, поэтому он был признан оптимальной целью для телескопа.

Фото: NASA
Изображение звезды 2MASS J17554042+6551277. Лучи представляют собой дифракционные эффекты сегментов зеркала телескопа

Красный фильтр использовался для оптимизации визуального контраста; и, хотя телескоп просто навел объектив на звезду, его инструменты настолько чувствительны, что на снимке уже можно увидеть фоновые звезды и галактики.