O resfriamento do instrumento de infravermelho médio do Webb continua

 Caros Leitores;

“O Mid-Infrared Instrument (MIRI) e outros instrumentos Webb foram resfriados irradiando sua energia térmica para a escuridão do espaço durante a maior parte dos últimos três meses. Os instrumentos de infravermelho próximo operarão em cerca de 34 a 39 kelvins, resfriando passivamente. Mas os detectores do MIRI precisarão ficar muito mais frios ainda, para serem capazes de detectar fótons de comprimento de onda mais longo. É aqui que entra o criocooler MIRI.

Por necessidade, os detectores do MIRI são construídos com uma formulação especial de Silício dopado com Arsênico (Si:As), que precisa estar a uma temperatura inferior a 7 kelvins para funcionar corretamente. Essa temperatura não é possível apenas por meios passivos, então o Webb carrega um “criorefrigerador” dedicado a resfriar os detectores do MIRI. Crédito: NASA/JPL-Caltech.

“Nas últimas duas semanas, o criorefrigerador tem circulado gás hélio frio pela bancada óptica MIRI, o que ajudará a resfriá-lo a cerca de 15 kelvins. Em breve, o criocooler está prestes a vivenciar os dias mais desafiadores de sua missão. Ao operar válvulas criogênicas, o resfriador criogênico redirecionará o gás hélio circulante e o forçará a passar por uma restrição de fluxo. À medida que o gás se expande ao sair da restrição, torna-se mais frio e pode levar os detectores MIRI à sua temperatura de operação fria abaixo de 7 kelvins. Mas primeiro, o criorefrigerador deve passar pelo 'ponto de compressão' – a transição através de uma faixa de temperaturas próximas a 15 kelvins, quando a capacidade do criorefrigerador de remover calor está no nível mais baixo. Várias operações de válvula e compressor de tempo crítico serão executadas em rápida sucessão, ajustado conforme indicado pelas medições de temperatura e vazão do criorefrigerador MIRI. O que é particularmente desafiador é que, após o redirecionamento do fluxo, a capacidade de resfriamento melhora à medida que a temperatura diminui. Por outro lado, se o resfriamento não for obtido imediatamente devido a, por exemplo, cargas de calor maiores que as modeladas, o MIRI começará a aquecer.

“Uma vez que o criorefrigerador supere as cargas de calor restantes, ele se estabelecerá em seu estado de operação científica estável de baixa potência pelo resto da missão. Este evento de ponto de aperto tem sido amplamente praticado no banco de testes do criocooler no Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA, que gerencia o MIRI cryocooler, bem como durante os testes Webb no Goddard Space Flight Center da agência e no Johnson Space Center. A execução em órbita será apoiada pela equipe de operações composta por funcionários do JPL, Goddard e do Space Telescope Science Institute. O criocooler MIRI foi desenvolvido pela Northrop Grumman Space Systems. O MIRI foi desenvolvido como uma parceria 50/50 entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia), com o JPL liderando os esforços dos EUA e um consórcio multinacional de institutos astronômicos europeus contribuindo para a ESA”.

– Konstantin Penanen e Bret Naylor, especialistas em criorefrigeradores, NASA JPL

“O MIRI se destaca dos outros instrumentos do Webb porque opera em comprimentos de onda infravermelhos muito mais longos, em comparação com os outros instrumentos que começam com um 'N' para 'infravermelho próximo'. O MIRI apoiará o conjunto de instrumentos para explorar o universo infravermelho com profundidade e detalhes que estão muito além de qualquer coisa disponível para os astrônomos até hoje.

“O gerador de imagens promete revelar alvos astronômicos que variam de nebulosas próximas a galáxias distantes em interação com uma clareza e sensibilidade muito além do que vimos antes. Nossa compreensão sobre esses tesouros científicos brilhantes depende de o MIRI ser resfriado a uma temperatura abaixo do resto do observatório, usando seu próprio refrigerador dedicado. Exoplanetas em temperaturas semelhantes à da Terra brilharão mais intensamente na luz infravermelha média. O MIRI está, portanto, equipado com quatro coronógrafos, que foram cuidadosamente projetados para detectar esses planetas contra o brilho intenso de suas estrelas-mãe. As cores detalhadas de planetas exo-gigantes (semelhantes ao nosso próprio Júpiter) podem então ser medidas pelos dois espectrômetros do MIRI para revelar identidades químicas, abundâncias e temperaturas dos gases de suas atmosferas (incluindo água, ozônio, metano, amônia,

“Por que tanto frio? Os detectores sensíveis à luz de última geração do MIRI que são ajustados para funcionar no infravermelho médio são cegos, a menos que sejam resfriados abaixo de 7 kelvins (-266 graus Celsius ou -447 graus Fahrenheit). Por outro lado, um freezer doméstico padrão resfria seu conteúdo a cerca de 255 kelvins (-18 graus Celsius, ou -0,7 graus Fahrenheit). Em temperaturas mais altas, qualquer sinal que possa ser detectado do céu é perdido sob o sinal de sua própria 'corrente escura' gerada internamente. Mesmo que os detectores sejam resfriados, as imagens do Webb ainda seriam inundadas pelo brilho da luz infravermelha térmica emitida pelos próprios espelhos e estrutura de alumínio do MIRI se eles ficarem mais quentes que 15 kelvins (-258 graus Celsius, ou -433 graus Fahrenheit). A solução de engenharia foi afastar o MIRI da estrutura de montagem do instrumento atrás do espelho primário do Webb como uma aranha de metal de alta tecnologia em seis pernas de fibra de carbono. Estes isolam o MIRI do telescópio muito mais quente (onde 45 kelvins, ou -228 graus Celsius/-379 graus Fahrenheit, qualificam-se como mais quentes). O corpo do instrumento também é envolto em uma manta térmica brilhante revestida de alumínio, que reflete o calor radiante do ambiente.

“Resfriar este instrumento é um dos últimos grandes desafios enfrentados por Webb antes que a equipe do MIRI possa realmente relaxar, e passar pelo 'ponto de esmagamento' do cooler será o passo mais assustador nesse desafio. Naquela época, o cooler terá retirado quase todo o calor deixado nos 100 quilos de metal e vidro do MIRI naquela manhã do dia do lançamento tropical, três meses atrás. O MIRI será o último dos quatro instrumentos de Webb a abrir os olhos para o Universo”.

– Alistair Glasse, Webb-MIRI Instrument Scientist, UK Astronomy Technology Centre

e Macarena Garcia Marin, MIRI Instrument and Calibration Scientist, ESA

Fonte: NASA /Tadeu Cesari / 06-04-2022      

https://blogs.nasa.gov/webb/2022/04/06/webbs-mid-infrared-instrument-cooldown-continues/

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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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