MIRI (, «прилад середнього інфрачервоного діапазону») — прилад на космічному телескопі Джеймса Вебба. MIRI — це камера та спектрограф, що спостерігають інфрачервоне випромінювання середнього та довгохвильового діапазону від 5 до 28 мікрометрів. Прилад також обладнаний коронографами для спостереження екзопланет. 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.
Для спостережень у цих діапазонах хвиль MIRI використовує матриці з кремнію, легованого арсеном. Камера приладу розрахована на широке поле зору, тоді як спектрограф має менше поле огляду. Оскільки інструмент працює з довшими хвилями, йому потрібна нижча температура, ніж іншим приладам (див. Інфрачервона астрономія), тому його обладнали додатковою системою охолодження. Система охолодження MIRI містить попередній охолоджувач на пульсаційній трубці та контурний теплообмінник Джоуля — Томсона. Це дало змогу охолодити MIRI до робочої температури 7 кельвінів під час роботи в космосі.
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, а також команда з Лабораторії реактивного руху в Каліфорнії та науковці з кількох інших установ США.
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. Поле зору спектрографа становить 3,5 на 3,5 кутової секунди.
Спектрограф здатний здійснювати спектроскопію низької роздільної здатності () зі щілиною або без неї, а також спектроскопію середньої роздільної здатності () за допомогою (). 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.
Камера має масштаб зображення 0,11 кутової секунди на піксель і поле зору 74 на 113 кутових секунд. На ранніх етапах розробки поле зору мало становити 79 на 102 кутові секунди (1,3 на 1,7 мінути). Канал зображення має десять доступних фільтрів, а його детектори виготовлено з легованого арсеном кремнію (Si:As). Детектори (один для камери та два для спектрометра) мають роздільну здатність 1024×1024 пікселів і називаються модулями фокальної площини ().
Інтеграція MIRI в інтегрований модуль наукових інструментів () тривала протягом 2013 року й завершилася в січні 2014 року. У 2010-х роках інструмент успішно пройшов кріовакуумні випробування Cryo Vac 1 та Cryo Vac 2 у складі ISIM.
MIRI кріпиться до ISIM за допомогою гексапода з вуглецевого волокна та пластику, який з'єднує його з космічним апаратом і водночас забезпечує теплоізоляцію (див. також Вуглепластик).
Склад інструмента: Оптика спектрометра Основна оптика спектрометра () Попередня оптика спектрометра () Матриці фокальної площини Калібрувальний модуль вхідної оптики () Відхильне дзеркало () Калібрувальне джерело для камери Кришка захисту від забруднень () 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 апаратаNASA JWST Integrated Science Instrument Module (ISIM — Accessed December 12, 2016].
Модуль камери MIRI також містить спектрометр низької роздільної здатності, здатний виконувати довгощілинну та безщілинну спектроскопію світла з довжиною хвилі від 5 до 12 мкм. Для спектроскопічної дисперсії LRS використовує призми з Ge (германію) та ZnS (сульфіду цинку).
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. Як холодоагент у цій системі охолодження використовують газоподібний гелій.
Кріоохолоджувач телескопа Джеймса Вебба розроблений на основі установки TRW ACTDP. Утім, для телескопа Джеймса Вебба створили модифікацію, розраховану на вищі теплові навантаження. Вона містить багатоступеневий охолоджувач з імпульсною трубкою, що охолоджує ще потужніший охолоджувач — оксфордський компресор лінійного руху, який живить контур Джоуля — Томсона. Мета системи — охолодити прилад MIRI до 6 К. Температура модуля ISIM під сонцезахисним щитом становить близько 40 K, а за спеціальним радіаційним екраном MIRI вона сягає 20 K. Контур Джоуля — Томсона є теплообмінником, що діє на основі ефекту Джоуля — Томсона.
Фільтри
Камера MIRI має 10 фільтрів для спостережень: 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: F1065C — оптимізований для аміаку та силікатів F1140C F1550C F2300C
Спектрометр низької роздільної здатності () 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.
Спектрометр середньої роздільної здатності () 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.
Схеми
Примітки
Посилання
ESA — MIRI — the mid-infrared instrument on JWST Презентація про коронографи MIRI The Mid-Infrared Instrument for JWST, II: Design and Build — Wright, et al (детальна стаття про Miri) Енциклопедія MIRI в Університеті Аризони NASA — JWST Cryocooler