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NASA詹姆斯-韦伯太空望远镜将拥有世界上最酷的相机

2021-12-20 06:00:16 cnBeta.COM
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许多宇宙天体--包括恒星和行星以及它们形成的气体和尘埃--都会发出红外光,有时被称为热辐射。但大多数其他温暖的物体也是如此,如烤面包机、人类和电子产品。这意味着韦伯的四个红外仪器可以探测到它们自己的红外光。为了减少这些辐射,这些仪器必须非常冷--约40开尔文(零下233摄氏度)。但为了正常运行,中红外仪器或MIRI内部的探测器将必须变得更冷:低于7开尔文(摄氏零下266度)。

这只是比绝对零度(0开尔文)高几度--理论上可能的最冷温度,尽管它在物理上永远无法达到,因为它代表着完全没有任何热量, 然而,MIRI并不是有史以来在太空中运行的最冷成像仪器。

温度本质上是对原子运动速度的测量,除了检测自身的红外光外,韦伯探测器还可以被自身的热振动所触发。MIRI探测的光比其他三个仪器的能量范围要低。因此,它的探测器对热振动甚至更加敏感。这些不需要的信号就是天文学家所说的 “噪音”,它们可以压倒韦伯试图探测的微弱信号。

在发射之后,韦伯将展开一个网球场大小的遮阳板,它会遮挡住MIRI和其他仪器的热量从而使它们能被动地冷却。从发射后约77天开始,MIRI的低温冷却器将花19天时间将仪器的探测器的温度降低到7开尔文以下。

NASA南加州喷气推进实验室(JPL)的低温冷却器专家Konstantin Penanen说道:“在地球上将东西冷却到这个温度是相对容易的,通常是用于科学或工业应用。但那些基于地球的系统非常笨重且能源效率低。对于一个太空观测站来说,我们需要一个物理结构紧凑、高能效的冷却器,而且它必须高度可靠,因为我们不能出去修理它。所以这些是我们面临的挑战,在这方面,我想说MIRI低温冷却器肯定是处于最前沿的。”据悉,Penanen为NASA管理MIRI仪器。

而韦伯的一个大的科学目标将是研究宇宙中第一代形成的恒星的特性。韦伯的近红外相机即NIRCam仪器将能探测到这些极其遥远的天体,而MIRI将帮助科学家确认这些微弱的光源是第一代恒星的集群,而不是后来随着星系演化形成的第二代恒星。

通过窥视比近红外仪器更厚的尘埃云,MIRI将揭示出恒星的诞生地。它还将探测到地球上常见的分子--如水、二氧化碳和甲烷以及硅酸盐等岩石矿物的分子--存在于附近恒星周围的冷环境中,而行星可能在那里形成。近红外仪器更擅长在更热的环境中探测这些分子的水汽,MIRI则可以看到它们是冰。

“通过结合美国和欧洲的专业知识,我们已经将MIRI发展成为韦伯的一项强大能力,它将使来自世界各地的天文学家能够回答关于恒星、行星和星系如何形成和演变的重大问题,”MIRI科学团队的联合领导和英国天文学技术中心的该仪器的欧洲首席研究员Gillian Wright说道。

大冷门

MIRI低温冷却器使用氦气将热量从仪器的探测器中带走。两个电力驱动的压缩机将氦气通过一根管子抽到探测器所在的地方。这根管子穿过一个金属块,这个金属块也能连接到探测器上;冷却的氦气则从金属块中吸收多余的热量,这反过来又使探测器保持在低于7开尔文的工作温度。然后,经过加热(但仍相当冷)的气体返回压缩机,在那里甩掉多余的热量,之后,循环再次开始。从根本上说,该系统跟家用冰箱和空调中使用的系统相似。

输送氦气的管道是由镀金的不锈钢制成,直径不到十分之一英寸(2.5毫米)。它从压缩机延伸到MIRI的探测器,位于天文台的蜂窝状主镜后面,长约30英尺(10米)。被称为“可部署塔架组件”的硬件连接这两个区域。在打包发射时,DTA被压缩--这有点像一个活塞--以帮助将收起的天文台装入火箭顶部的保护罩。在进入太空之后,塔架将延伸、将室温的航天器总线与更冷的光学望远镜仪器分开并允许遮阳板和望远镜完全展开。

但伸长过程需要氦气管跟可展开塔架组件一起伸长。所以管子像弹簧一样盘绕,这就是为什么MIRI的工程师给这部分管子起了个绰号叫“机灵鬼(Slinky,一种螺旋弹簧玩具)”。

MIRI在JPL的项目经理Analyn Schneider表示:“在一个横跨天文台多个区域的系统上工作存在一些挑战。这些不同的区域由不同的组织或中心领导,包括诺斯罗普-格鲁曼公司和NASA的戈达德太空飞行中心,我们必须跟所有人对接。望远镜上没有其他硬件需要这样做,所以这对MIRI来说是一个独特的挑战。对于MIRI低温冷却器来说,这绝对是一条漫长的道路,我们已经准备好看到它在太空中的表现。”

责任编辑:bH_03116

关键词: 科学探索 NASA詹姆斯-韦伯太空望远镜将拥有世界上最酷的

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