Средний инфракрасный инструмент

Инфографика инструментов космического телескопа Джеймса Уэбба и диапазонов их наблюдения света по длинам волн

MIRI , или прибор среднего инфракрасного диапазона , — это инструмент космического телескопа Джеймса Уэбба . ^{[ 1 ]} MIRI — это камера и спектрограф , который наблюдает средне- и длинноволновое инфракрасное излучение от 5 до 28 микрон . ^{[ 1 ]} Здесь также есть коронографы , особенно для наблюдения за экзопланетами . ^{[ 2 ]} В то время как большинство других инструментов на Уэббе могут видеть от начала ближнего инфракрасного диапазона или даже до оранжевого видимого света , MIRI может видеть свет с большей длиной волны. ^{[ 1 ]}

MIRI использует кремниевые матрицы, легированные мышьяком, для проведения наблюдений на этих длинах волн. ^{[ 1 ]} Сканер предназначен для широкого обзора, но спектрограф имеет меньший обзор. ^{[ 1 ]} Поскольку он видит более длинные волны, он должен быть холоднее, чем другие инструменты (см. Инфракрасная астрономия ), и у него есть дополнительная система охлаждения. ^{[ 1 ]} Система охлаждения MIRI включает предварительный охладитель с импульсной трубкой и Джоуля-Томсона с петлей теплообменник . ^{[ 1 ]} Это позволило охладить MIRI до температуры 7 Кельвинов во время работы в космосе. ^{[ 1 ]}

MIRI был создан Консорциумом MIRI, группой, состоящей из ученых и инженеров из 10 различных европейских стран (Великобритании, Франции, Бельгии, Нидерландов, Германии, Испании, Швейцарии, Швеции, Дании и Ирландии) во главе с Великобританией. Европейский консорциум, ^{[ 3 ]} а также группа из Лаборатории реактивного движения в Калифорнии и ученые из нескольких учреждений США. ^{[ 4 ]}

Обзор

Спектрограф может наблюдать длины волн от 4,6 до 28,6 микрон и имеет четыре отдельных канала, каждый со своими решетками и слайсерами изображения. ^{[ 2 ]} Поле зрения спектрографа составляет 3,5 на 3,5 угловых секунды . ^{[ 2 ]}

Спектрограф способен выполнять спектроскопию низкого разрешения (LRS) с щелью или без нее, а также спектроскопию среднего разрешения (MRS), снятую с помощью встроенного полевого блока (IFU). Это означает, что MRS с IFU создает куб изображения. Подобно другим IFU, это можно сравнить с изображением, имеющим спектр для каждого пикселя. ^{[ 5 ]}

Сканер имеет масштаб пластины 0,11 угловых секунд на пиксель и поле зрения 74 на 113 угловых секунд. ^{[ 6 ]} Ранее при разработке поле зрения должно было составлять 79 на 102 угловых секунды (1,3 на 1,7 угловых минут ). ^{[ 2 ]} Канал визуализации имеет десять доступных фильтров, а детекторы изготовлены из кремния, легированного мышьяком ( Si : As ). ^{[ 1 ]} Детекторы (один для формирователя изображений и два для спектрометра) каждый имеют разрешение 1024x1024 пикселей и называются модулями фокальной плоскости или FPM. ^{[ 7 ]}

В течение 2013 года и до января 2014 года MIRI был интегрирован в Интегрированный модуль научных инструментов (ISIM). ^{[ 8 ]} MIRI успешно прошел испытания Cryo Vac 1 и Cryo Vac 2 в рамках ISIM в 2010-х годах. ^{[ 8 ]} MIRI был разработан международным консорциумом. ^{[ 8 ]}

MIRI прикреплен к ISIM с помощью шестигранной конструкции из углеродного волокна и пластика, которая прикрепляет его к космическому кораблю, а также помогает термически изолировать его. ^{[ 1 ]} (см. также пластик, армированный углеродным волокном )

Краткое описание деталей: ^{[ 9 ]}

Оптика спектрометра
- Основная оптика спектрометра (СМО) ^{[ 7 ]}
- Предварительная оптика спектрометра (SPO) ^{[ 7 ]}
Массивы в фокальной плоскости
Модуль калибровки входной оптики (IOC) ^{[ 7 ]}
- Зеркало для снятия ^{[ 7 ]}
- Источник калибровки для имидж-сканера ^{[ 7 ]}
- Крышка контроля загрязнения (CCC) ^{[ 7 ]}
Шестигранник из углепластика
имидж-сканер
Срезы изображений
Палуба

Большая часть MIRI расположена в основной структуре ISIM, однако криокулер находится в зоне 3 ISIM, которая расположена в шине космического корабля . ^{[ 10 ]}

Модуль формирования изображений MIRI также включает в себя спектрометр низкого разрешения, который может выполнять длиннощелевую и бесщелевую спектроскопию с длиной волны света от 5 до 12 мкм. ^{[ 11 ]} LRS использует призмы Ge ( германий ) и ZnS ( сульфид цинка ) для создания спектроскопической дисперсии. ^{[ 11 ]}

Ввод в эксплуатацию завершен в следующие сроки:

Снимок, 17.06.2022
Спектроскопия низкого разрешения, 24.06.2022
Спектроскопия среднего разрешения, 24.06.2022
Коронографическая съемка, 29.06.2022

Криокулер

Чтобы обеспечить возможность проведения наблюдений в среднем инфракрасном диапазоне внутри JWST, инструмент MIRI имеет дополнительную систему охлаждения. Он работает примерно так же, как работает большинство холодильников или кондиционеров: жидкость охлаждается до низкой температуры в теплой секции и отправляется обратно в холодную секцию, где она поглощает тепло, а затем возвращается в конденсатор. Одним из источников тепла является оставшееся тепло космического корабля, а другим — собственная электроника космического корабля, часть которой близка к реальным приборам для обработки данных наблюдений. Большая часть электроники находится в гораздо более теплом автобусе космического корабля, но часть электроники должна была быть намного ближе, и были предприняты большие усилия, чтобы уменьшить выделяемое ею тепло. За счет уменьшения количества тепла, выделяемого электроникой на холодной стороне, необходимо отводить меньше тепла.

В этом случае криокулер JWST находится в шине космического корабля и имеет линии охлаждающей жидкости, которые идут к прибору MIRI, охлаждая его. Криокулер имеет тепловой радиатор на шине космического корабля, излучающий собранное им тепло. ^{[ 12 ]} в системе охлаждения используется гелий газообразный В этом случае в качестве хладагента .

Криокулер космического телескопа Джеймса Уэбба изначально основан на криокуллере TRW ACTDP. ^{[ 12 ]} Однако компании JWST пришлось разработать версию, способную выдерживать более высокие тепловые нагрузки. ^{[ 13 ]} Он оснащен многоступенчатым холодильником с импульсной трубкой , который охлаждает еще более мощный холодильник. ^{[ 12 ]} Это компрессор оксфордского типа с линейным движением, который питает контур JT. ^{[ 13 ]} Его цель — охладить инструмент MIRI до 6 К (-448,87 °F или -267,15 °C). ^{[ 12 ]} ISIM имеет температуру около 40 К (из-за солнцезащитного экрана), а также имеется специальный радиационный экран MIRI, за пределами которого температура составляет 20 К. ^{[ 12 ]} Петля JT представляет собой Джоуля-Томсона с петлей теплообменник . ^{[ 1 ]}

Фильтры

Визуализация MIRI имеет 10 фильтров, доступных для наблюдений. ^{[ 14 ]}

F560W — Широкополосная обработка изображений
F770W — PAH, широкополосная визуализация
F1000W — силикатная широкополосная визуализация
F1130W — ПАУ, широкополосная визуализация
F1280W — широкополосная визуализация
F1500W — широкополосная визуализация
F1800W — силикатная широкополосная визуализация
F2100W — Широкополосная визуализация
F2550W — Широкополосная визуализация
F2550WR — резервный фильтр, снижение риска
FND — для яркого захвата цели
Непрозрачный – Темный

MIRI Coronagraphic Imaging имеет 4 фильтра, доступных для наблюдений. ^{[ 14 ]}

F1065C – полезен для аммиака и силикатов.
F1140C
F1550C
F2300C

В спектрометре низкого разрешения (LRS) используется двойная призма из сульфида цинка/германия (ZnS/Ge). Щелевая маска имеет фильтр, блокирующий свет с длиной волны менее 4,5 мкм. LRS охватывает от 5 до 14 мкм. ^{[ 14 ]}

Спектрометр среднего разрешения (МРС) имеет 4 канала, которые наблюдаются одновременно. Однако каждый канал дополнительно делится на 3 различных спектральных настройки (называемых короткими, средними и длинными). За одно наблюдение MIRI может наблюдать только одну из этих трех настроек. Наблюдение, целью которого является наблюдение всего спектра, должно провести 3 отдельных наблюдения отдельных параметров. MRS охватывает от 4,9 до 27,9 мкм. ^{[ 14 ]}

Диаграммы

Схема MIRI и его охладителя, показывающая связи между различными системами в зависимости от их расположения.
Регион 3 находится внутри автобуса космического корабля JWST.
Схема прибора MIRI без криоохладителя с цветовой кодировкой и маркировкой
Схема, показывающая ISIM, на которой показано расположение криокулера MIRI (синий цветовой код в регионе ISIM 3) в шине космического корабля, с другой стороны теплового экрана от прибора.

См. также

Космический телескоп Спитцер (космический телескоп НАСА в среднем инфракрасном диапазоне, запущенный в 2003 году, он не мог видеть так глубоко в инфракрасном диапазоне, когда в 2009 году у него закончился запас охлаждающей жидкости)
Wide-field Infrared Survey Explorer (инфракрасный обзорный телескоп)
Список крупнейших инфракрасных телескопов (включает примеры космических обсерваторий, рассчитанных на аналогичные длины волн)
Jovian Infrared Auroral Mapper (спектрометр ИК-изображений на орбитальном аппарате Юнона-Юпитер)
Инфракрасная матричная камера (камера Spitzer ближнего и среднего инфракрасного диапазона)

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к «Космический телескоп Джеймса Уэбба» . Проверено 5 декабря 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «MIRI — прибор среднего инфракрасного диапазона на JWST» . Проверено 5 декабря 2016 г.
^ «JWST-МИРИ» . Ирфу, Институт исследования фундаментальных законов Вселенной . Проверено 7 марта 2023 г.
^ «Прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI) Уэбб / НАСА» . webb.nasa.gov . Проверено 7 марта 2023 г.
^ Райт, Джиллиан С.; Рике, Джордж Х.; Глассе, Алистер; Ресслер, Майкл; Гарсия Марин, Макарена; Игл, Джонатан; Альбертс, Стейси; Альварес-Маркес, Хавьер; Аргириу, Иоаннис; Бэнкс, Кимберли; Баудоз, Питер; Боккалетти, Энтони; Буше, Патрик; Бауман, Джером; Брандл, Бернард Р. (1 апреля 2023 г.). «Прибор среднего инфракрасного диапазона для JWST и его летные характеристики» (PDF ) астрономического общества Публикации Тихоокеанского 135 (1046): 048003. Бибкод : 2023PASP..135d8003W . дои : 10.1088/1538-3873/acbe66 . ISSN 0004-6280 . S2CID 258460534 .
^ Буше, Патрис; Гарсиа-Марин, Макарена; Лагаж, П.-О.; Амио, Джером; Огер, Ж.-Л.; Баувенс, Ева; Бломмарт, JADL; Чен, CH; Детре, О. ЧАС.; Дикен, Дэн; Дюбрей, Д.; Гальдемар, доктор философии; Гасто, Р.; Глассе, А.; Гордон, К.Д.; Гуно, Ф.; Гийяр, Филипп; Юсттанонт, К.; Краузе, Оливер; Лебёф, Дидье; Лонгваль, Юин; Мартин, Лоран; Мази, Эммануэль; Моро, Винсент; Олофссон, Йоран; Рэй, Т.П.; Рис, Ж.-М.; Ренот, Этьен; Ресслер, Мэн; и др. (2015). «Прибор среднего инфракрасного диапазона для космического телескопа Джеймса Уэбба, III: MIRIM, имидж-сканер MIRI». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 127 (953): 612–622. arXiv : 1508.02488 . Бибкод : 2015PASP..127..612B . дои : 10.1086/682254 . S2CID 119287719 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Инструмент» . Архивировано из оригинала 29 декабря 2021 года . Проверено 5 декабря 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «МИРИ – прибор среднего инфракрасного диапазона» . Архивировано из оригинала 15 декабря 2016 года . Проверено 5 декабря 2016 г.
^ «МИРИ для JWST» . Архивировано из оригинала 22 апреля 2022 года . Проверено 5 декабря 2016 г.
^ Интегрированный научный инструментальный модуль NASA JWST (ISIM. Архивировано 3 декабря 2016 г. на Wayback Machine - по состоянию на 12 декабря 2016 г.]
^ Jump up to: ^а ^б «Прибор среднего инфракрасного диапазона для космического телескопа Джеймса Уэбба, IV: спектрометр низкого разрешения» (PDF) . Проверено 12 ноября 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Криокулер 6К МИРИ» . www2.jpl.nasa.gov . Проверено 21 января 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Криокулер 6К МИРИ» . www2.jpl.nasa.gov . Проверено 7 мая 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Фильтры и диспергаторы MIRI — Пользовательская документация JWST» . jwst-docs.stsci.edu . Проверено 6 августа 2022 г.

Внешние ссылки

[nasa.gov-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к «Космический телескоп Джеймса Уэбба» . Проверено 5 декабря 2016 г.

[esa.int-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «MIRI — прибор среднего инфракрасного диапазона на JWST» . Проверено 5 декабря 2016 г.

[3] «JWST-МИРИ» . Ирфу, Институт исследования фундаментальных законов Вселенной . Проверено 7 марта 2023 г.

[4] «Прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI) Уэбб / НАСА» . webb.nasa.gov . Проверено 7 марта 2023 г.

[5] Райт, Джиллиан С.; Рике, Джордж Х.; Глассе, Алистер; Ресслер, Майкл; Гарсия Марин, Макарена; Игл, Джонатан; Альбертс, Стейси; Альварес-Маркес, Хавьер; Аргириу, Иоаннис; Бэнкс, Кимберли; Баудоз, Питер; Боккалетти, Энтони; Буше, Патрик; Бауман, Джером; Брандл, Бернард Р. (1 апреля 2023 г.). «Прибор среднего инфракрасного диапазона для JWST и его летные характеристики» (PDF ) астрономического общества Публикации Тихоокеанского 135 (1046): 048003. Бибкод : 2023PASP..135d8003W . дои : 10.1088/1538-3873/acbe66 . ISSN 0004-6280 . S2CID 258460534 .

[6] Буше, Патрис; Гарсиа-Марин, Макарена; Лагаж, П.-О.; Амио, Джером; Огер, Ж.-Л.; Баувенс, Ева; Бломмарт, JADL; Чен, CH; Детре, О. ЧАС.; Дикен, Дэн; Дюбрей, Д.; Гальдемар, доктор философии; Гасто, Р.; Глассе, А.; Гордон, К.Д.; Гуно, Ф.; Гийяр, Филипп; Юсттанонт, К.; Краузе, Оливер; Лебёф, Дидье; Лонгваль, Юин; Мартин, Лоран; Мази, Эммануэль; Моро, Винсент; Олофссон, Йоран; Рэй, Т.П.; Рис, Ж.-М.; Ренот, Этьен; Ресслер, Мэн; и др. (2015). «Прибор среднего инфракрасного диапазона для космического телескопа Джеймса Уэбба, III: MIRIM, имидж-сканер MIRI». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 127 (953): 612–622. arXiv : 1508.02488 . Бибкод : 2015PASP..127..612B . дои : 10.1086/682254 . S2CID 119287719 .

[arizona.edu-7] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Инструмент» . Архивировано из оригинала 29 декабря 2021 года . Проверено 5 декабря 2016 г.

[stsci.edu-8] Jump up to: ^а ^б ^с «МИРИ – прибор среднего инфракрасного диапазона» . Архивировано из оригинала 15 декабря 2016 года . Проверено 5 декабря 2016 г.

[9] «МИРИ для JWST» . Архивировано из оригинала 22 апреля 2022 года . Проверено 5 декабря 2016 г.

[isimnasa-10] Интегрированный научный инструментальный модуль NASA JWST (ISIM. Архивировано 3 декабря 2016 г. на Wayback Machine - по состоянию на 12 декабря 2016 г.]

[ircamera.as.arizona.edu-11] Jump up to: ^а ^б «Прибор среднего инфракрасного диапазона для космического телескопа Джеймса Уэбба, IV: спектрометр низкого разрешения» (PDF) . Проверено 12 ноября 2022 г.

[6K_MIRI_Cryocooler-12] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Криокулер 6К МИРИ» . www2.jpl.nasa.gov . Проверено 21 января 2017 г.

[www2.jpl.nasa.gov-13] Jump up to: ^а ^б «Криокулер 6К МИРИ» . www2.jpl.nasa.gov . Проверено 7 мая 2017 г.

[MIRI_Filters-14] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Фильтры и диспергаторы MIRI — Пользовательская документация JWST» . jwst-docs.stsci.edu . Проверено 6 августа 2022 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

v т и Космический телескоп Джеймса Уэбба
Хронология JWST
Инструменты и датчики	Датчик точного наведения, формирователь изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и безщелевой спектрограф Средний инфракрасный инструмент Камера ближнего инфракрасного диапазона Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона
Элементы	Интегрированный модуль научных инструментов Элемент оптического телескопа (зеркала) Автобус космического корабля Солнцезащитный козырек
Этапы	Запуск и ввод в эксплуатацию (2021-2022 гг.) Рейс Ариан VA256
Изображения	Первое глубокое поле Уэбба (2022)
Открытия	CEERS-93316 (2022 г.) СТЕКЛО-z12 (2022) ДЖЕЙДС-GS-z13-0 (2022) ЛХС 475 б (2023 г.) TECC71 (2023 г.)
Учреждения	НАСА Центр космических полетов Годдарда Научный институт космического телескопа Европейское космическое агентство Канадское космическое агентство
Связанный	SpaceWire ОТЕ Следопыт Джеймс Э. Уэбб (тезка) Список глубоких полей
Категория