美国国家航空航天局的韦伯望远镜将拥有太空中最酷的相机

詹姆斯•韦伯太空望远镜从英国出发后，工程师们在美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心对其中红外仪器进行“接收检查”。

编者按：詹姆斯•韦伯太空望远镜的目标发射日期已经更新。

MIRI仪器是天文台上四个科学仪器之一，在运行之前，它必须冷却到物质所能达到的最冷温度。

美国国家航空航天局的詹姆斯•韦伯太空望远镜将于12月24日发射，是历史上最大的太空天文台，它还有一项同样艰巨的任务：收集来自宇宙遥远角落的红外光，使科学家能够探测我们宇宙的结构和起源以及我们在其中的位置。

许多宇宙物体——包括恒星和行星，以及它们形成的气体和尘埃——都会发射红外光，有时称为热辐射。但大多数其他温暖的物体也是如此，比如烤面包机、人类和电子设备。这意味着韦布的四个红外仪器可以探测到自己的红外线。为了减少这些排放，仪器必须非常冷——大约40开尔文，即零下388华氏度（零下233摄氏度）。但要想正常工作，中红外仪器（MIRI）内的探测器必须变得更冷：低于7开尔文（零下448华氏度，或零下266摄氏度）。

这只比绝对零度（0开尔文）高几度，这是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的成像仪器。）

喷气推进实验室的飞行技术人员约翰尼•梅伦德斯（右）和乔•莫拉在将MIRI低温冷却器运往加利福尼亚州雷东多海滩的诺斯罗普•格鲁曼公司之前对其进行了检查。在那里，冷却器连接在韦布望远镜的机身上。

温度本质上是原子运动速度的测量，除了探测它们自己的红外光外，韦布探测器还可以由它们自己的热振动触发。MIRI探测到的光的能量范围比其他三种仪器都要低。因此，它的探测器对热振动更加敏感。这些不需要的信号就是天文学家所说的“噪音”，它们可以淹没韦布试图探测到的微弱信号。

发射后，韦布将展开一个网球场大小的遮阳板，它将阻挡MIRI和其他仪器免受太阳的热量，使它们被动冷却。从发射后约77天开始，MIRI的低温冷却器将用19天的时间将仪器探测器的温度降至7开尔文以下。

美国国家航空航天局位于南加州的喷气推进实验室的低温冷却器专家康斯坦丁•佩纳宁（Konstantin Penanen）说：“在地球上，将某些东西冷却到那个温度相对容易，通常用于科学或工业应用。”“但这些基于地球的系统体积庞大，能源效率低下。对于太空天文台来说，我们需要一个物理结构紧凑、能源效率高的冷却器，它必须高度可靠，因为我们不能出去修理它。所以这些都是我们面临的挑战，在这方面，我想说MIRI低温冷却器肯定处于前沿。”

在英国的Rutherford Appleton实验室看到的MIRI仪器的这一部分包含红外探测器。低温冷却器的位置远离探测器，因为它在更高的温度下工作。一根载有冷氦气的管子将两部分连接起来。

韦布的一大科学目标是研究宇宙中形成的第一代恒星的性质。韦布的近红外相机（NIRCam）将能够探测到这些极其遥远的物体，MIRI将帮助科学家确认这些微弱的光源是第一代恒星的星团，而不是随着星系演化而形成的第二代恒星。

通过透过比近红外仪器更厚的尘埃云进行观测，MIRI将揭示恒星的诞生地。它还将在附近恒星周围可能形成行星的凉爽环境中检测地球上常见的分子，如水、二氧化碳和甲烷，以及硅酸盐等岩石矿物。近红外仪器更擅长在更热的环境中检测这些分子为蒸汽，而MIRI可以将其视为冰。

Gillian Wright说：“通过结合美国和欧洲的专业知识，我们开发出了MIRI，这是韦布的一项强大能力，将使世界各地的天文学家能够回答有关恒星、行星和星系如何形成和演化的重大问题。”，MIRI科学团队的联合负责人和该仪器在英国天文技术中心（UK ATC）的欧洲首席研究员。

MIRI（左）坐在雷东多海滩诺斯罗普•格鲁曼公司的平衡梁上，工程师们正准备用高架起重机将其连接到综合科学仪器模块（ISIM）上。ISIM是韦布的心脏，拥有望远镜的四个科学仪器。这部动画展示了詹姆斯•韦伯太空望远镜在发射后数小时和数天内的理想部署。中央可部署塔架组件的延伸将增加MIRI两个部分之间的距离。它们由一根携带冷却氦气的盘管连接。

但是，延伸过程需要氦气管道与可展开塔架组件一起延伸。因此，管子像弹簧一样盘绕，这就是为什么MIRI的工程师将这部分管子戏称为“Slinky”

JPL的MIRI项目经理Analyn Schneider说：“在一个横跨天文台多个区域的系统上工作有几个挑战。”“这些不同的地区由不同的组织或中心领导，包括诺斯罗普•格鲁曼公司和美国国家航空航天局的戈达德太空飞行中心，我们必须与每个人对接。望远镜上没有其他硬件需要这一点，所以这是MIRI独有的挑战。对于MIRI低温冷却器来说，这肯定是一条漫长的道路，我们已经准备好看到它在太空中的表现。”

更多关于使命

詹姆斯•韦伯太空望远镜将于2021年发射，成为世界上首屈一指的空间科学天文台。Webb将解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。Webb是由美国国家航空航天局及其合作伙伴SA（欧洲航天局）和加拿大航天局领导的一个国际项目。

MIRI是通过美国国家航空航天局和欧空局（欧洲航天局）对半合作开发的。JPL领导着美国为MIRI所做的努力，欧洲天文研究所组成的多国财团为欧空局做出了贡献。亚利桑那大学的George Rieke是MIRI美国科学团队的负责人。Gillian Wright是MIRI欧洲科学团队的负责人。

英国ATC的Alistair Glasse是MIRI仪器科学家，Michael Ressler是JPL的美国项目科学家。拉斯洛•塔玛斯与英国空管管理欧洲联盟。MIRI低温冷却器的开发由喷气推进实验室领导和管理，与马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德航天飞行中心和加利福尼亚州雷东多海滩的诺斯罗普•格鲁曼公司合作。