向着绝对零度：韦布望远镜降至工作温度

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翻译：刘海牧

校对：王茸 韩佳安

审阅：王青山

美编：毫秒

后台： 李子琦 胡永葳 撼竹

插图中，NASA詹姆斯·韦布太空望远镜上的多层遮光罩在其蜂窝状的镜面下伸展开来。打开遮阳板是冷却韦布望远镜红外仪器的第一步，但还需要其它的操作才能将中红外仪器（MIRI）冷却至工作温度。

图片来源: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

詹姆斯·韦布太空望远镜将有望观测到宇宙大爆炸后形成的第一批星系，为此，它的仪器需要降到非常低的温度。4月7日，韦布望远镜载的由NASA和ESA研制的中红外仪器（MIRI）温度降到7K（-266℃）以下，达到了它最终的工作温度。

与韦布望远镜的其它三台仪器一样，MIRI在韦布望远镜那网球场大小的遮阳板的阴影下冷却至约90K（-183℃）。但要将温度继续降至7K下则需要一台电动制冷机。上周，韦布望远镜达到了“夹点”，这是一个具有挑战性的进展，在这段时间内，仪器的温度从15K（-258℃）降至了6.4K（-267℃）。

NASA喷气推进实验室MIRI项目经理Analyn Schneider表示，MIRI冷却器团队在开发夹点程序方面投入了大量精力。在进行这项关键任务时，团队成员们既兴奋又紧张。最终完成了这次教科书式的程序执行，冷却的效果甚至比预期的要好。

韦布望远镜的四台仪器都能探测到比可见光波长稍长的红外光，所以低温是必要的。遥远的星系、隐藏在星尘中的恒星，以及太阳系外的行星都会发出红外光。但其他有温度的物体也是如此，包括韦布自己的电子和光学硬件。冷却四个仪器的探测器和周围的硬件可以抑制这些红外发射。MIRI探测的红外光波长比其他三种仪器更长，也就意味着它需要更冷的温度。

韦布望远镜的探测器需要冷却的另一个原因是为了抑制暗电流，即探测器中原子振动产生的电流。暗电流会模仿探测器中的真实信号，以假乱真，让探测器误以为其被来自外界的光子击中。这些虚假信号可能会淹没天文学家想要找到的真实信号。探测器中原子振动的速度与温度成正比，因此降低温度意味着更少的振动，也就意味着更少的暗电流。

MIRI探测更长红外波长的能力也使其对暗电流更敏感，因此需要比其他仪器更冷才能完全消除这种影响。仪器温度每升高一度，暗电流就会增加约10倍。

当MIRI的温度降至6.4开尔文，科学家们便开始进行一系列检查以确保探测器按预期运行。就像医生寻找疾病的迹象一样，MIRI团队检查描述仪器运行状况的数据，然后给仪器一系列命令，看它是否能正确执行任务。这一项进展是多个机构的科学家和工程师的工作成果，这些机构包括喷气推进实验室，建造制冷机的Northrop Grumman公司，以及监督MIRI和制冷机与天文台其他部分集成的NASA Goddard航天飞行中心。

喷气推进实验室MIRI项目科学家Mike Ressler表示，“我们花了数年时间演练对MIRI的命令及检查。这就像电影剧本一样：我们写下来应做的每件事并排练。当测试数据滚滚而来时，我欣喜若狂地看到它完全符合预期，这意味着我们的仪器功能完好。”

在MIRI开始其科学任务之前，该团队还会面对更多的挑战。现在，仪器处于工作温度，团队成员将拍摄恒星和其他已知天体的测试图像，用于校准仪器以及检查仪器的操作和功能。该团队将在校准其他三台仪器的同时进行这些准备工作，并在今年夏天发布韦布的第一张科学图像。

英国天文技术中心的MIRI仪器科学家Alistair Glasse表示，“这群来自欧洲和美国的科学家及工程师积极而又热情，我非常自豪能成为其中的一员。这段时间是我们的‘试炼’，而我已经很清楚，我们在过去几年中建立起来的人际纽带和对彼此的尊重，将使我们在接下来的几个月里为世界天文学界提供一台极好的仪器。”

https://phys.org/news/2022-04-james-webb-telescope-coldest-instrument.html

责任编辑：杨伯顺

牧夫新媒体编辑部

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韦布望远镜拍摄的第一张照片

图片来源：NASA

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