James Webbs MIRI-Instrument steht vor der bisher größten Herausforderung

Das James-Webb-Weltraumteleskop, das sich im langen Prozess der Vorbereitung auf seine ersten wissenschaftlichen Beobachtungen in diesem Sommer vorbereitet, hat jetzt drei seiner vier Instrumente auf seine Spiegel ausgerichtet . Das vierte Instrument, MIRI oder das Mittelinfrarot-Instrument, wird etwas länger dauern, da es einen anderen Sensortyp verwendet, der auf einer extrem niedrigen Temperatur gehalten werden muss – und das Erreichen dieser Temperatur erfordert, vielleicht überraschenderweise, sowohl einen Kühler als auch einen Heizung . Jetzt hat die NASA ein Update über den Prozess veröffentlicht, MIRI auf Temperatur zu bringen und betriebsbereit zu machen.

Die drei anderen Instrumente von Webb haben bereits ihre kühlen Betriebstemperaturen von 34 bis 39 Kelvin, aber MIRI muss noch bis auf 7 Kelvin runter. Um dies zu erreichen, verfügt das Instrument über ein spezielles Kryokühlersystem. „In den letzten Wochen hat der Kryokühler kaltes Heliumgas an der optischen Bank MIRI vorbei zirkulieren lassen, was dazu beitragen wird, ihn auf etwa 15 Kelvin abzukühlen“, schrieben die Kryokühler-Spezialisten Konstantin Penanen und Bret Naylor vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Dem Kryokühler stehen bald die herausforderndsten Tage seiner Mission bevor. Durch den Betrieb von Kryoventilen leitet der Kryokühler das zirkulierende Heliumgas um und zwingt es durch eine Durchflussbegrenzung. Da sich das Gas beim Verlassen der Restriktion ausdehnt, wird es kälter und kann die MIRI-Detektoren dann auf ihre kühle Betriebstemperatur von unter 7 Kelvin bringen.“

Bevor das Instrument jedoch die Betriebstemperatur erreichen kann, muss es eine schwierige Phase, den Pinch Point, überstehen. Dies ist der Punkt bei etwa 15 Kelvin, an dem der Kryokühler an seiner Kühlgrenze ist, und die Ingenieure müssen eine Reihe komplexer und schneller Anpassungen basierend auf der Temperatur und der Durchflussrate des Kühlers vornehmen. Dieser kritische Punkt ist der schwierigste Teil der Operation, daher haben Techniker ihn hier auf der Erde geübt, um sich auf das eigentliche Ereignis vorzubereiten. Sobald dieser knifflige Vorgang abgeschlossen ist, ist MIRI bereit, mit der Messung zu beginnen.

MIRI ist als Instrument besonders wertvoll, da es eher im mittleren Infrarot als im nahen Infrarot arbeitet und eine andere Reihe wissenschaftlicher Beobachtungen von Zielen wie Exoplaneten ermöglicht. „Der Imager verspricht, astronomische Ziele aufzudecken, die von nahen Nebeln bis hin zu entfernten, interagierenden Galaxien reichen, mit einer Klarheit und Empfindlichkeit, die weit über das hinausgeht, was wir bisher gesehen haben“, erklärten zwei MIRI-Wissenschaftler, Alistair Glasse und Macarena Garcia Marin. „Unser Zugriff auf diese glitzernden wissenschaftlichen Schätze hängt davon ab, dass MIRI mithilfe eines eigenen, speziellen Kühlschranks auf eine Temperatur gekühlt wird, die unter der des restlichen Observatoriums liegt. Exoplaneten mit erdähnlichen Temperaturen leuchten im mittleren Infrarotlicht am hellsten.“