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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 上面的四种仪器之一，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 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。

其中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 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。