YaChudo

MIRI

Переглядів: 0. Оновлено 02.11.2026.

MIRI
Інтеграція MIRI в ISIM, 2013 рік
Випробування системи охолодження MIRI
MIRI в Центрі космічних польотів імені Ґоддарда, 2012 рік
Інфографіка інструментів космічного телескопа Джеймса Вебба та їхніх діапазонів довжин хвилі

MIRI (англ. Mid-Infrared Instrument, «прилад середнього інфрачервоного діапазону») — прилад на космічному телескопі Джеймса Вебба[1]. MIRI — це камера та спектрограф, що спостерігають інфрачервоне випромінювання середнього та довгохвильового діапазону від 5 до 28 мікрометрів[1]. Прилад також обладнаний коронографами для спостереження екзопланет[2]. У той час як більшість інших інструментів телескопа Джеймса Вебба бачать на довжинах хвиль, починаючи з ближнього інфрачервоного діапазону або навіть у помаранчевому видимому світлі, MIRI може бачити лише світло з досить великою довжиною хвилі[1].

Для спостережень у цих діапазонах хвиль MIRI використовує матриці з кремнію, легованого арсеном[1]. Камера приладу розрахована на широке поле зору, тоді як спектрограф має менше поле огляду[1]. Оскільки інструмент працює з довшими хвилями, йому потрібна нижча температура, ніж іншим приладам (див. Інфрачервона астрономія), тому його обладнали додатковою системою охолодження[1]. Система охолодження MIRI містить попередній охолоджувач на пульсаційній трубці та контурний теплообмінник Джоуля — Томсона[1]. Це дало змогу охолодити MIRI до робочої температури 7 кельвінів під час роботи в космосі[1].

MIRI створив консорціум MIRI — група вчених та інженерів із 10 європейських країн (Великої Британії, Франції, Бельгії, Нідерландів, Німеччини, Іспанії, Швейцарії, Швеції, Данії та Ірландії) на чолі з Великою Британією[3], а також команда з Лабораторії реактивного руху в Каліфорнії та науковці з кількох інших установ США[4][5].

Огляд

Спектрограф веде спостереження в діапазоні довжин хвиль від 4,6 до 28,6 мкм та має чотири окремі канали, кожен з яких оснащено власними дифракційними ґратками й нарізувачами зображення[2]. Поле зору спектрографа становить 3,5 на 3,5 кутової секунди[2].

Спектрограф здатний здійснювати спектроскопію низької роздільної здатності (англ. low-resolution spectroscopy, LRS) зі щілиною або без неї, а також спектроскопію середньої роздільної здатності (англ. medium-resolution spectroscopy, MRS) за допомогою інтегрально-польового блока (англ. integral field unit, IFU). Завдяки використанню IFU режим MRS формує куб даних зображення. Як і в інших блоках інтегрального поля, це формує зображення, де кожен піксель має окремий спектр[6].

Камера має масштаб зображення 0,11 кутової секунди на піксель і поле зору 74 на 113 кутових секунд[7]. На ранніх етапах розробки поле зору мало становити 79 на 102 кутові секунди (1,3 на 1,7 мінути)[2]. Канал зображення має десять доступних фільтрів, а його детектори виготовлено з легованого арсеном кремнію (Si:As)[1]. Детектори (один для камери та два для спектрометра) мають роздільну здатність 1024×1024 пікселів і називаються модулями фокальної площини (англ. Focal Plane Module, FPM)[8].

Інтеграція MIRI в інтегрований модуль наукових інструментів (англ. Integrated Science Instrument Module, ISIM) тривала протягом 2013 року й завершилася в січні 2014 року[5]. У 2010-х роках інструмент успішно пройшов кріовакуумні випробування Cryo Vac 1 та Cryo Vac 2 у складі ISIM[5].

MIRI кріпиться до ISIM за допомогою гексапода з вуглецевого волокна та пластику, який з'єднує його з космічним апаратом і водночас забезпечує теплоізоляцію[1] (див. також Вуглепластик).

Склад інструмента[9]:

  • Оптика спектрометра
    • Основна оптика спектрометра (англ. Spectrometer Main Optics, SMO)[8]
    • Попередня оптика спектрометра (англ. Spectrometer Pre Optics, SPO)[8]
  • Матриці фокальної площини
  • Калібрувальний модуль вхідної оптики (англ. Input-Optics Calibration Module, IOC)[8]
    • Відхильне дзеркало (англ. Pick-off Mirror)[8]
    • Калібрувальне джерело для камери[8]
    • Кришка захисту від забруднень (англ. Contamination Control Cover, CCC)[8]
  • Вуглепластиковий гексапод
  • Камера
  • Нарізувачі зображення
  • Опорна плита

Більша частина MIRI розміщена в основній конструкції ISIM, однак кріоохолоджувач розташований у зоні 3 ISIM всередині платформи космічного апарата[10].

Модуль камери MIRI також містить спектрометр низької роздільної здатності, здатний виконувати довгощілинну та безщілинну спектроскопію світла з довжиною хвилі від 5 до 12 мкм[11]. Для спектроскопічної дисперсії LRS використовує призми з Ge (германію) та ZnS (сульфіду цинку)[11].

Введення в експлуатацію завершили в такі дати:

  • Отримання зображень: 17.06.2022
  • Спектроскопія низької роздільної здатності: 24.06.2022
  • Спектроскопія середньої роздільної здатності: 24.06.2022
  • Коронографія: 29.06.2022

Кріоохолоджувач

Щоб уможливити спостереження в середньому інфрачервоному діапазоні на телескопі Джеймса Вебба, інструмент MIRI обладнали додатковою системою охолодження. Вона працює подібно до звичайного побутового холодильника чи кондиціонера: холодоагент охолоджується в теплій частині та надходить до холодної частини, де поглинає тепло, після чого повертається до конденсатора. Джерелом нагріву є як залишкове тепло космічного апарата, так і його власна електроніка. Частина електронних вузлів розташована поблизу інструментів, щоб оперативно обробляти наукові дані. Більшість електроніки розміщено в значно теплішій платформі космічного апарата, проте деякі компоненти довелося встановити впритул до приладу, тому інженери доклали значних зусиль, аби мінімізувати їхнє тепловиділення. Зменшення виділення тепла електронними вузлами в холодній зоні знижує навантаження на систему охолодження.

Кріоохолоджувач телескопа Джеймса Вебба розташований у платформі космічного апарата; від нього до MIRI прокладено магістралі з холодоагентом, які охолоджують інструмент. Кріоохолоджувач обладнано радіатором на платформі космічного апарата для виділення накопиченого тепла[12]. Як холодоагент у цій системі охолодження використовують газоподібний гелій.

Кріоохолоджувач телескопа Джеймса Вебба розроблений на основі установки TRW ACTDP[12]. Утім, для телескопа Джеймса Вебба створили модифікацію, розраховану на вищі теплові навантаження[13]. Вона містить багатоступеневий охолоджувач з імпульсною трубкою, що охолоджує ще потужніший охолоджувач[12] — оксфордський компресор лінійного руху, який живить контур Джоуля — Томсона[13]. Мета системи — охолодити прилад MIRI до 6 К[12]. Температура модуля ISIM під сонцезахисним щитом становить близько 40 K, а за спеціальним радіаційним екраном MIRI вона сягає 20 K[12]. Контур Джоуля — Томсона є теплообмінником, що діє на основі ефекту Джоуля — Томсона[1].

Фільтри

Фільтри камери MIRI

Камера MIRI має 10 фільтрів для спостережень[14]:

  • F560W — широкосмугове знімання
  • F770W — ПАВ, широкосмугове знімання
  • F1000W — силікати, широкосмугове знімання
  • F1130W — ПАВ, широкосмугове знімання
  • F1280W — широкосмугове знімання
  • F1500W — широкосмугове знімання
  • F1800W — силікати, широкосмугове знімання
  • F2100W — широкосмугове знімання
  • F2550W — широкосмугове знімання
  • F2550WR — резервний фільтр для зниження технічних ризиків
  • FND — нейтральний світлофільтр для наведення на яскраві цілі
  • Opaque — непрозорий фільтр для калібрування темнових кадрів

Для коронографічного знімання MIRI доступні 4 фільтри[14]:

  • F1065C — оптимізований для аміаку та силікатів
  • F1140C
  • F1550C
  • F2300C

Спектрометр низької роздільної здатності (англ. low-resolution spectrometer, LRS) використовує подвійну призму з сульфіду цинку та германію (ZnS/Ge). Щілинна маска містить фільтр, що відсікає світло з довжиною хвилі, коротшою за 4,5 мкм. LRS охоплює діапазон від 5 до 14 мкм[14].

Спектрометр середньої роздільної здатності (англ. medium-resolution spectrometer, MRS) має 4 канали, що ведуть спостереження одночасно. Кожен канал додатково поділяється на 3 спектральні конфігурації (коротко-, середньо- та довгохвильову). Під час одного сеансу MIRI може використовувати лише одне з трьох налаштувань. Щоб охопити повний спектр, необхідно провести три окремі спостереження в кожній конфігурації. MRS покриває діапазон від 4,9 до 27,9 мкм[14].

Схеми

  • Схема MIRI та його охолоджувача, яка показує зв'язки між різними системами та їхнє розташування. Зона 3 розташована всередині платформи космічного апарата
    Схема MIRI та його охолоджувача, яка показує зв'язки між різними системами та їхнє розташування.
    Зона 3 розташована всередині платформи космічного апарата
  • Схема інструмента MIRI без кріоохолоджувача з кольоровим кодуванням і позначеннями
    Схема інструмента MIRI без кріоохолоджувача з кольоровим кодуванням і позначеннями
  • Схема модуля ISIM, на якій показано розташування кріоохолоджувача MIRI (позначено синім у зоні 3 ISIM) у службовому модулі космічного апарата, по інший бік теплового щита від інструмента
    Схема модуля ISIM, на якій показано розташування кріоохолоджувача MIRI (позначено синім у зоні 3 ISIM) у службовому модулі космічного апарата, по інший бік теплового щита від інструмента

Примітки

  1. ↑ а б в г д е ж и к л м The James Webb Space Telescope. Процитовано 5 грудня 2016.
  2. ↑ а б в г MIRI - the mid-infrared instrument on JWST. Процитовано 5 грудня 2016.
  3. ↑ JWST-MIRI. Irfu, Institute of research into the fundamental laws of the Universe (англ.). Процитовано 7 березня 2023.
  4. ↑ Mid-Infrared Instrument (MIRI) Instrument Webb/NASA. webb.nasa.gov (англ.). Процитовано 7 березня 2023.
  5. ↑ а б в MIRI - Mid Infrared Instrument. Архів оригіналу за 15 грудня 2016. Процитовано 5 грудня 2016.
  6. ↑ Wright, Gillian S.; Rieke, George H.; Glasse, Alistair; Ressler, Michael; García Marín, Macarena; Aguilar, Jonathan; Alberts, Stacey; Álvarez-Márquez, Javier; Argyriou, Ioannis; Banks, Kimberly; Baudoz, Pierre; Boccaletti, Anthony; Bouchet, Patrice; Bouwman, Jeroen; Brandl, Bernard R. (1 квітня 2023). The Mid-infrared Instrument for JWST and Its In-flight Performance (PDF). Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 135 (1046): 048003. Bibcode:2023PASP..135d8003W. doi:10.1088/1538-3873/acbe66. ISSN 0004-6280. S2CID 258460534.
  7. ↑ Bouchet, Patrice; García-Marín, Macarena; Lagage, P.-O.; Amiaux, Jérome; Auguéres, J.-L.; Bauwens, Eva; Blommaert, J. A. D. L.; Chen, C. H.; Detre, Ö. H.; Dicken, Dan; Dubreuil, D.; Galdemard, Ph.; Gastaud, R.; Glasse, A.; Gordon, K. D.; Gougnaud, F.; Guillard, Phillippe; Justtanont, K.; Krause, Oliver; Leboeuf, Didier; Longval, Yuying; Martin, Laurant; Mazy, Emmanuel; Moreau, Vincent; Olofsson, Göran; Ray, T. P.; Rees, J.-M.; Renotte, Etienne; Ressler, M. E. та ін. (2015). The Mid-Infrared Instrument for the James Webb Space Telescope, III: MIRIM, the MIRI Imager. Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 127 (953): 612—622. arXiv:1508.02488. Bibcode:2015PASP..127..612B. doi:10.1086/682254. S2CID 119287719.
  8. ↑ а б в г д е ж Instrument. Архів оригіналу за 29 грудня 2021. Процитовано 5 грудня 2016.
  9. ↑ MIRI for JWST. Архів оригіналу за 22 квітня 2022. Процитовано 5 грудня 2016.
  10. ↑ NASA JWST Integrated Science Instrument Module (ISIM [Архівовано 2016-12-03 у Wayback Machine.] — Accessed December 12, 2016]
  11. ↑ а б The Mid-Infrared Instrument for the James Webb Space Telescope, IV: The Low Resolution Spectrometer (PDF). Процитовано 12 листопада 2022.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з параметром url-status, але без параметра archive-url (посилання)
  12. ↑ а б в г д 6K MIRI Cryocooler. www2.jpl.nasa.gov. Процитовано 21 січня 2017.
  13. ↑ а б 6K MIRI Cryocooler. www2.jpl.nasa.gov. Процитовано 7 травня 2017.
  14. ↑ а б в г MIRI Filters and Dispersers - JWST User Documentation. jwst-docs.stsci.edu. Процитовано 6 серпня 2022.

Посилання

Джерело: стаття у Вікіпедії та історія редагувань (автори).