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2024-01-16

走近科学:詹姆斯韦伯望远镜的 MIRI 仪器变得超冷

By:Jonathan Amos,BBC科学记者
 
MIRI 的概念研究始于 1990 年代后期


这也许就是酷的定义。詹姆斯韦伯太空望远镜上的中红外仪器现在处于超低工作温度。

英国组装的仪器已经达到了非常寒冷的-267℃,或仅比“绝对零”高6度。

这种难以想象的低温距离所有原子都应该停止摇晃的点不远。

MIRI 的寒冷状态将使韦伯天文台能够以前所未有的细节观察遥远的宇宙。

美国宇航局周三证实了这一温度里程碑,该仪器的英国联合首席研究员吉莉安赖特教授表示欢迎。

“冷却过程是对我们热设计的验证,”她告诉 BBC 新闻。

“当你计划这些事情时,你总是有意外情况。有'如果会怎样?';如果发生这种情况或发生那种情况,你会如何反应?但它是一次性完成的,这是一个非常了不起的成就。”

 

MIRI 是 Webb 上的四种仪器之一,它是古老的哈勃太空望远镜的继任者,预计将具有同样的革命性。

然而,一个关键的区别是,韦伯将被调整为在红外线中以更长的波长看到宇宙。

这意味着必须保护它免受所有热源的影响,包括它自己的硬件,否则它们会在它想要检测的光谱的同一部分发光。

为此,韦伯在 12 月 25 日发射后不久就部署了一个巨大的遮阳板。

这种网球场大小的薄膜将望远镜的所有重要部件都置于阴凉处。

在太空环境中,这足以将韦伯上的三台仪器被动冷却到略低于 -233 摄氏度的目标温度,或者使用更科学的温标:40 开尔文。

但这对于 MIRI 来说还不够冷,它将在韦伯的灵敏度范围内使用最长的红外波长。

“我们的探测器必须低于 7K,否则它们会被我们所说的‘暗电流’淹没,”赖特教授说。

“如果我们高于这个温度,探测器内部原子的固有运动会产生电荷,这就是它们在 7K 以上测量的值。MIRI 内部的光学器件或镜子需要小于 12K,”爱丁堡的英国天文技术中心解释说。

 

实现更冷的状态需要由美国航空航天制造商诺斯罗普·格鲁曼公司的工程师开发的主动冷却装置或低温冷却器。

该装置是一个由泵、阀门和管道组成的网络,以不同的压力驱动氦气穿过望远镜,以吸收 MIRI 内部的多余热量,然后将其从仪器中排出。

现在达到工作温度后,MIRI 团队可以继续为观测做准备。

这包括首先确保韦伯巨大的 6.5m 宽反射镜对 MIRI 的聚焦效果与对望远镜其他仪器的聚焦效果一样。

然后是校准工作——确认 MIRI 以预期和理解的方式从其相机和光谱仪提供数据。

这一切可能需要几个月的时间。

 
滤光轮:MIRI 内部的机制可能需要工作 20 年


MIRI 的相机最终会给我们带来宇宙的壮丽景色,就像哈勃所做的那样;光谱仪将揭示视野中许多物体的化学成分、温度、密度和速度。

詹姆斯韦伯有许多目标,包括寻找第一批在宇宙中闪耀的恒星,以及详细研究星系的形成和演化。

MIRI 将参与所有这一切。

其智能技术包括四个日冕仪。这些是放置在视野中的小圆盘,用于高对比度成像。他们将允许韦伯阻挡恒星的眩光,只研究它的轨道行星。

这些日冕仪位于德国海德堡马克斯普朗克天文学研究所 (MPIA) 开发的不同成像滤光片轮上。

这种机制,就像 MIRI 中的探测器和光学器件一样,必须在仪器内部的超冷条件下持续工作 20 年。

哈勃望远镜与韦伯望远镜对比图
 
 
 

MIRI是由一个以英国为首的欧洲财团和Nasa合作生产的。 组件从欧洲和美国各地运来,在英国组装和测试,然后运到美国集成到望远镜中。 

关于MIRI的概念研究始于20世纪90年代末。 它现在几乎已经准备好开始描绘和分析宇宙了。


[ 此貼被掂過碌蔗在2022-04-20 10:29重新編輯 ]

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我自安好,来去随风
 


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韦伯比哈勃要先进的多,期待更多更好的太空照片
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