Le télescope spatial James Webb sera lancé le 24 décembre. Les astronomes attendent avec impatience les résultats de ce nouveau télescope spatial. Qu'est-ce qui rend le nouveau télescope spatial si spécial ?
Le télescope spatial James Webb – souvent appelé Webb ou JWST en abrégé – est le plus grand télescope spatial jamais construit. Le miroir primaire dépliable, qui recueille et concentre la faible lumière des étoiles et des galaxies lointaines, a un diamètre de 6,5 mètres. Même pour un télescope à la surface de la Terre, c'est assez grand. Pour protéger les caméras sensibles et les instruments de mesure du fort rayonnement solaire, le télescope est équipé d'un gigantesque pare-soleil qui doit être déplié dans l'espace.
Le télescope spatial James Webb est un projet conjoint de l'agence spatiale américaine NASA, de l'ESA européenne et de l'agence spatiale canadienne CSA. Le lancement aura lieu avec une fusée européenne Ariane 5-ECA, depuis le site de lancement de Kourou, en Guyane française. Le télescope pourra bientôt être utilisé par les astronomes du monde entier. Un comité spécial sélectionne les meilleurs candidats parmi toutes les propositions d'observation soumises.
Lancé en avril 1990 et toujours en activité, le télescope spatial Hubble est l'un des instruments les plus performants de l'histoire de l'astronomie. Hubble a obtenu des résultats révolutionnaires dans tous les domaines de l'astronomie. "Je suis convaincu que JWST sera aussi révolutionnaire que Hubble", a déclaré le cosmologiste britannique Richard Ellis (University College London).
Webb est beaucoup plus sensible que Hubble :son miroir principal est plus de six fois plus grand, ce qui permet de voir des objets beaucoup plus faibles. Cela signifie que les astronomes peuvent regarder encore plus loin dans l'univers et distinguer des détails plus petits.
Une grande différence est que les caméras et les spectrographes de JWST sont conçus pour des observations aux longueurs d'onde infrarouges (le rayonnement infrarouge est un « rayonnement thermique » qui n'est pas visible à l'œil humain). Hubble a principalement fait des observations en lumière visible. Une différence encore plus importante est que le télescope spatial James Webb ne peut pas être entretenu. Cela s'est produit plusieurs fois chez Hubble, la plus récente en 2009. En conséquence, il a pu être équipé de nouvelles caméras, de panneaux solaires, de gyroscopes et d'ordinateurs de bord.
Les premières idées pour un successeur au télescope Hubble remontent à 1996. L'objectif était de construire un télescope spatial avec un diamètre de miroir de 8 mètres. Il ne coûterait "que" 500 millions de dollars et serait lancé en 2007. Il est vite apparu que c'était très optimiste, tant en termes de planification que de budget.
En 2005, la NASA a opté pour une conception fortement modifiée; le coût total du projet s'élevait déjà à quelques milliards de dollars. En raison de nombreux contretemps et retards techniques, la construction du télescope, dirigée par la société spatiale Northrop-Grumman, n'a été achevée qu'en 2016. Ce n'est qu'alors que le vaste programme de tests a pu commencer. De nouveaux problèmes sont également apparus, après quoi la pandémie de Covid 19 a provoqué un nouveau retard début 2020. Le lancement est désormais prévu pour le 18 décembre; le coût actuel est proche de 10 milliards de dollars.
L'astronome de la NASA et lauréat du prix Nobel John Mather, chef du projet scientifique du JWST, n'a jamais craint que le projet soit annulé. "Il n'y a tout simplement pas d'autre moyen de voir ce que le JWST observera à l'avenir", dit-il.
Le nouveau télescope spatial a quatre objectifs scientifiques importants, délibérément formulés de manière très large. Pour commencer, Webb cherchera "l'aube cosmique":la lumière des toutes premières étoiles et galaxies qui se sont formées relativement peu de temps après la naissance de l'univers. "Cette" première lumière "a probablement été émise environ 250 à 350 millions d'années après le Big Bang", explique Ellis.
Un deuxième objectif est d'étudier l'évolution des galaxies :comment les premières petites collections irrégulières d'étoiles ont-elles évolué au fil du temps pour devenir de grandes galaxies majestueuses comme notre propre Voie lactée ? De plus, le télescope James Webb étudie la formation des étoiles et des systèmes planétaires dans notre propre galaxie, la Voie lactée. Selon l'astrochimiste Ewine van Dishoeck (Observatoire de Leiden), le télescope spatial peut déterminer la composition du matériau - gaz, glace et silicates - à partir duquel les planètes se sont agglutinées. Cela fournit également plus d'informations sur l'origine de la terre.
Enfin, JWST pourra étudier et caractériser en détail les planètes existantes proches d'autres étoiles (appelées exoplanètes). La recherche sur la composition des atmosphères des exoplanètes devrait également fournir de nouvelles informations sur l'origine de la vie dans l'univers.
Le télescope spatial James Webb est équipé de quatre instruments scientifiques. NIRCam (Near-InfraRed Camera), construit sous la direction de l'Université de l'Arizona, prend des photos dans la gamme de longueurs d'onde de 600 nanomètres (lumière orange) à 5 micromètres (proche infrarouge). C'est l'appareil photo principal de JWST, qui produira probablement les meilleures images.
NIRSpec (Near-InfraRed Spectrograph) effectue des mesures spectroscopiques dans la même gamme de longueurs d'onde. En mesurant en détail la "composition" de la lumière collectée, les astronomes en apprennent beaucoup sur toutes sortes de processus physiques dans les galaxies et les régions de formation d'étoiles, ainsi que sur la présence de molécules dans l'espace interstellaire et dans les atmosphères planétaires lointaines. NIRSPec est l'un des contributeurs européens au JWST.
MIRI (Mid-InfraRed Instrument) est une combinaison américano-européenne d'une caméra et d'un spectromètre pour les longueurs d'onde infrarouges plus longues, de 5 à 27 micromètres, avec une contribution importante des Pays-Bas. « Nous avons déjà livré la partie néerlandaise de MIRI en 2008 », explique Van Dishoeck. "Tous les tests depuis lors, y compris cette année, montrent que MIRI fonctionne toujours bien."
Le quatrième et dernier instrument est le FGS/NIRISS (Fine Guidance Sensor and Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph) – la contribution du Canada. Il s'agit d'une combinaison d'un système de contrôle d'attitude et de stabilisation et d'une caméra/spectrographe proche infrarouge.
Les étoiles et les planètes se forment dans des nuages cosmiques de gaz et de poussière. Les particules de poussière (plus comparables en taille aux particules de fumée) absorbent la lumière visible. Il n'est donc pas possible de bien étudier l'intérieur des nuages avec un télescope "normal". Ceci est possible aux longueurs d'onde infrarouges. De plus, « l'empreinte » spectroscopique de la grande majorité des molécules de l'univers n'est visible qu'à ces longueurs d'onde. "MIRI peut faire un inventaire complet des molécules", déclare Van Dishoeck. Cela ne fonctionne que depuis l'espace :l'atmosphère terrestre absorbe la majeure partie du rayonnement infrarouge de l'univers, de sorte que de nombreuses molécules, telles que le dioxyde de carbone (CO2), ne sont pas du tout visibles avec un instrument infrarouge sur un télescope terrestre.
Pour étudier l'univers nouveau-né, vous devez également faire des observations aux longueurs d'onde infrarouges. De straling van de allereerste sterren en sterrenstelsels, voornamelijk uitgezonden op ultraviolette golflengtes en in de vorm van zichtbaar licht, heeft miljarden jaren door het uitdijende heelal gereisd, en komt daardoor met een veel langere golflengte op aarde aan – een effect dat 'roodverschuiving' wordt Nommé. "En regardant dans l'infrarouge, JWST peut nous fournir la dernière pièce manquante du puzzle de l'évolution cosmique", déclare Ellis.
Le télescope spatial Hubble orbite autour de la Terre à une altitude d'environ 500 kilomètres. Cependant, le télescope spatial James Webb est mis en orbite autour du soleil, avec le télescope spatial - vu du soleil - toujours en moyenne à environ 1,5 million de kilomètres derrière la terre, au deuxième point dit de Lagrange de l'orbite terrestre. .
Incidemment, le télescope spatial n'est pas réellement suspendu à ce point L2, comme on le pense souvent, mais décrit une large "orbite de halo" légèrement bancale autour de lui, avec un rayon d'environ 800 000 kilomètres et une période orbitale de six mois. Le grand avantage d'une telle orbite de halo est que les panneaux solaires de JWST sont continuellement éclairés par le soleil et que le télescope ne subit pas de grandes fluctuations de température.
Il y a aussi des inconvénients :il n'y a pas de moyen facile d'effectuer un vol de maintenance ou de réparation vers le télescope spatial, et pour rester dans l'orbite de halo prévue, Webb doit être ajusté un peu régulièrement, ce qui coûte du carburant.
Le chef de projet scientifique John Mather n'a pas à réfléchir à deux fois :"Le lancement, le déploiement du pare-soleil et le déploiement du miroir principal sont les phases les plus critiques. Si cela ne fonctionne pas, le reste ne fonctionnera pas non plus.'
L'auvent mesure 20 mètres sur 14 lorsqu'il est déplié. Il se compose de cinq couches extrêmement fines de plastique, avec des revêtements d'aluminium et de silicium. L'écran est de s'assurer que le télescope spatial ne devient jamais plus chaud que 223 degrés en dessous de zéro - juste 50 degrés au-dessus du zéro absolu. Ceci est nécessaire car sinon les observations seraient perturbées par le propre rayonnement thermique de l'instrument. Le miroir principal de 6,5 mètres est composé de dix-huit segments hexagonaux et ne peut être entièrement déplié que dans la pièce. Les segments de miroir sont constitués du matériau léger béryllium et sont pourvus d'une couche d'or réfléchissante.
Enfin, le miroir secondaire du JWST doit également être mis en place, au bout d'un bras repliable. Ce n'est que lorsque tout cela aura été accompli, dans les jours et les semaines suivant le lancement, que Mather pourra pousser un soupir de soulagement.
Le nouveau télescope spatial est conçu pour (et estimé pour) une durée de vie opérationnelle d'au moins cinq ans. S'il n'y a pas de revers majeurs, il sera sans aucun doute prolongé de cinq ans supplémentaires en 2027, c'est l'attente générale.
Cependant, après environ dix ans dans l'espace, l'approvisionnement en carburant des fusées de JWST sera épuisé, il n'y a donc aucun moyen que Webb soit "en service" aussi longtemps que Hubble, qui existe maintenant depuis plus de trente ans.
Au moment où la fin du JWST approche, l'ESA et la NASA auront lancé de nouveaux télescopes spatiaux (plus petits) :Euclid et le télescope spatial romain Nancy Grace, respectivement. Pendant ce temps, des plans détaillés sont également sur la planche à dessin pour des télescopes spatiaux beaucoup plus grands, tels que le télescope spatial Origins, HabEx (Habitable Exoplanet Observatory) et LUVOIR (Large UV/Optical/IR Surveyor). "En ce qui me concerne, ils valent tous la peine d'être construits", déclare Mather. "C'est principalement une question de comment et quand."
James Webb (1906-1992) était le deuxième directeur général de la NASA. Il a dirigé l'agence spatiale de février 1961 à octobre 1968 et a contribué à faire du programme Apollo une réalité. En 2002, Daniel Goldin, alors patron de la NASA, a annoncé que le télescope spatial de nouvelle génération porterait le nom de Webb. Une décision quelque peu remarquable, car les télescopes spatiaux sont généralement appelés des acronymes ennuyeux ou portent le nom d'un scientifique.
Récemment, il y a eu beaucoup de pression sur la NASA pour renommer le nouveau télescope spatial. Plusieurs astronomes ont souligné que Webb a joué un rôle douteux - en particulier avant de diriger la NASA - dans les efforts du gouvernement américain pour minimiser les homosexuels de certains postes gouvernementaux. À l'été 2021, la NASA a mené une enquête indépendante sur la question, et pendant un certain temps, il a semblé que le télescope spatial James Webb pourrait éventuellement devenir un nom familier sous un nom différent pour déchiffrer les secrets de l'univers. Fin septembre, cependant, il est devenu clair qu'il avait été décidé de conserver le nom actuel.
