Avec chaque centimètre supplémentaire d'ouverture, chaque seconde supplémentaire de temps d'observation et chaque atome supplémentaire de fouillis atmosphérique retiré du champ de vision du télescope, l'Univers peut être vu mieux, plus profondément et plus clairement.
25 ans de Hubble
Lorsque le télescope Hubble a commencé à fonctionner en 1990, il a inauguré une nouvelle ère en astronomie: l'espace. Il n'y avait plus de combats avec l'atmosphère, plus de soucis pour les nuages ou le scintillement électromagnétique. Il suffisait de déployer le satellite vers la cible, de le stabiliser et de collecter des photons. En 25 ans, les télescopes spatiaux ont commencé à couvrir l'intégralité du spectre électromagnétique, permettant pour la première fois de voir l'univers à toutes les longueurs d'onde de la lumière.
Mais plus nos connaissances ont augmenté, plus notre compréhension de l'inconnu a augmenté. Plus nous regardons dans l'univers, plus le passé que nous voyons est profond: le temps fini depuis le Big Bang, combiné à la vitesse finie de la lumière, fournit une limite à ce que nous pouvons observer. De plus, l'expansion de l'espace elle-même joue contre nous en étirant la longueur d'ondela lumière des étoiles qui parcourt l'univers jusqu'à nos yeux. Même le télescope spatial Hubble, qui nous donne l'image la plus profonde et la plus époustouflante de l'univers que nous ayons jamais découverte, est limité à cet égard.
Inconvénients de Hubble
Hubble est un télescope incroyable, mais il a un certain nombre de limites fondamentales:
- Seulement 2,4 m de diamètre, ce qui limite sa résolution.
- Bien qu'il soit recouvert de matériaux réfléchissants, il est constamment exposé à la lumière directe du soleil, ce qui le réchauffe. Cela signifie qu'en raison des effets thermiques, il ne peut pas observer des longueurs d'onde lumineuses supérieures à 1,6 µm.
- La combinaison d'une ouverture limitée et des longueurs d'onde auxquelles il est sensible signifie que le télescope peut voir des galaxies datant de moins de 500 millions d'années.
Ces galaxies sont belles, lointaines et existaient lorsque l'univers n'avait qu'environ 4 % de son âge actuel. Mais on sait que les étoiles et les galaxies existaient encore plus tôt.
Pour voir cela, le télescope doit avoir une sensibilité plus élevée. Cela signifie passer à des longueurs d'onde plus longues et à des températures plus basses que Hubble. C'est pourquoi le télescope spatial James Webb est en cours de construction.
Perspectives pour la science
James Webb Space Telescope (JWST) est conçu pour surmonter précisément ces limitations: avec un diamètre de 6,5 m, le télescope collecte 7 fois plus de lumière que Hubble. Il ouvreultra-spectroscopie haute résolution de 600 nm à 6 µm (4 fois la longueur d'onde que Hubble peut voir), pour faire des observations dans la région infrarouge moyen du spectre avec une sensibilité plus élevée que jamais. JWST utilise un refroidissement passif à la température de surface de Pluton et est capable de refroidir activement les instruments infrarouges moyens jusqu'à 7K.
Il permettra:
- observer les premières galaxies jamais formées;
- voir à travers le gaz neutre et sonder les premières étoiles et la réionisation de l'univers;
- réaliser une analyse spectroscopique des toutes premières étoiles (population III) formées après le Big Bang;
- obtenez des surprises incroyables comme la découverte des premiers trous noirs et quasars supermassifs de l'univers.
Le niveau de recherche scientifique de JWST ne ressemble à rien dans le passé, c'est pourquoi le télescope a été choisi comme mission phare de la NASA dans les années 2010.
Chef-d'œuvre scientifique
D'un point de vue technique, le nouveau télescope James Webb est une véritable œuvre d'art. Le projet a parcouru un long chemin: il y a eu des dépassements de budget, des retards de calendrier et le risque d'annulation du projet. Après l'intervention de la nouvelle direction, tout a changé. Le projet a soudainement fonctionné comme sur des roulettes, les fonds ont été alloués, les erreurs, les échecs et les problèmes ont été pris en compte, et l'équipe JWST a commencé à s'intégrertous les délais, calendriers et cadres budgétaires. Le lancement de l'appareil est prévu en octobre 2018 sur la fusée Ariane-5. Non seulement l'équipe s'en tient au calendrier, mais il lui reste neuf mois pour tenir compte de toutes les éventualités afin de s'assurer que tout est emballé et prêt pour cette date.
Le télescope James Webb se compose de 4 parties principales.
Bloc optique
Comprend tous les miroirs, dont les dix-huit miroirs primaires segmentés plaqués or sont les plus efficaces. Ils seront utilisés pour collecter la lumière des étoiles distantes et la concentrer sur des instruments d'analyse. Tous ces miroirs sont maintenant prêts et impeccables, réalisés dans les délais. Une fois assemblés, ils seront pliés en une structure compacte pour être lancés à plus d'un million de kilomètres de la Terre jusqu'au point de Lagrange L2, puis se déploieront automatiquement pour former une structure en nid d'abeille qui collectera la lumière à très longue portée pour les années à venir. C'est une très belle chose et le résultat réussi des efforts titanesques de nombreux spécialistes.
Caméra infrarouge proche
Webb est équipé de quatre instruments scientifiques 100% complets. La caméra principale du télescope est une caméra proche infrarouge allant de la lumière orange visible à l'infrarouge profond. Il fournira des images inédites des étoiles les plus anciennes, des galaxies les plus jeunes encore en formation, des jeunes étoiles de la Voie lactée et des galaxies proches, des centaines de nouveaux objets de la ceinture de Kuiper. Elle estoptimisé pour l'imagerie directe des planètes autour d'autres étoiles. Ce sera la caméra principale utilisée par la plupart des observateurs.
Spectrographe proche infrarouge
Cet outil sépare non seulement la lumière en longueurs d'onde distinctes, mais est capable de le faire pour plus de 100 objets distincts en même temps ! Cet instrument sera un spectrographe Webba universel capable de fonctionner dans 3 modes de spectroscopie différents. Il a été construit par l'Agence spatiale européenne, mais de nombreux composants, dont des détecteurs et une batterie multi-portes, ont été fournis par le Space Flight Center. Godard (NASA). Cet appareil a été testé et est prêt à être installé.
Infrarouge moyen
L'appareil sera utilisé pour l'imagerie à large bande, c'est-à-dire qu'il produira les images les plus impressionnantes de tous les instruments Webb. D'un point de vue scientifique, il sera très utile pour mesurer les disques protoplanétaires autour des jeunes étoiles, mesurer et imager les objets de la ceinture de Kuiper et la poussière chauffée par la lumière des étoiles avec une précision sans précédent. Ce sera le seul instrument à être refroidi cryogéniquement à 7 K. Par rapport au télescope spatial Spitzer, cela améliorera les résultats d'un facteur 100.
Spectrographe proche infrarouge sans fente (NIRISS)
L'appareil vous permettra de produire:
- spectroscopie grand angle dans le proche infrarouge (1,0 - 2,5 µm);
- spectroscopie grisique d'un objet dansgamme visible et infrarouge (0,6 - 3,0 microns);
- interférométrie à masque d'ouverture à des longueurs d'onde de 3,8 à 4,8 µm (où les premières étoiles et galaxies sont attendues);
- prise de vue à grande portée de tout le champ de vision.
Cet instrument a été créé par l'Agence spatiale canadienne. Après avoir passé les tests cryogéniques, il sera également prêt à être intégré dans le compartiment instrument du télescope.
Pare-soleil
Les télescopes spatiaux n'en sont pas encore équipés. L'un des aspects les plus intimidants de chaque lancement est l'utilisation de tout nouveau matériel. Au lieu de refroidir activement l'ensemble du vaisseau spatial avec un liquide de refroidissement consommable unique, le télescope James Webb utilise une technologie entièrement nouvelle, un pare-soleil à 5 couches qui sera déployé pour refléter le rayonnement solaire du télescope. Cinq feuilles de 25 mètres seront reliées par des tiges de titane et installées après le déploiement du télescope. La protection a été testée en 2008 et 2009. Les modèles grandeur nature qui ont participé aux tests en laboratoire ont fait tout ce qu'ils étaient censés faire ici sur Terre. C'est une belle innovation.
C'est aussi un concept incroyable: non seulement bloquer la lumière du Soleil et placer le télescope dans l'ombre, mais le faire de manière à ce que toute la chaleur soit rayonnée dans la direction opposée à l'orientation du télescope. Chacune des cinq couches dans le vide de l'espace deviendra froide à mesure qu'elle s'éloigne de l'extérieur, qui sera légèrement plus chaude que la température.la surface de la Terre - environ 350-360 K. La température de la dernière couche devrait chuter à 37-40 K, ce qui est plus froid que la nuit à la surface de Pluton.
De plus, des précautions importantes ont été prises pour se protéger contre l'environnement hostile de l'espace lointain. L'une des choses dont il faut s'inquiéter ici, ce sont les minuscules cailloux de la taille d'un caillou, les grains de sable, les grains de poussière et même les plus petits qui volent dans l'espace interplanétaire à des vitesses de dizaines, voire de centaines de milliers de kilomètres à l'heure. Ces micrométéorites sont capables de faire de minuscules trous microscopiques dans tout ce qu'elles rencontrent: vaisseaux spatiaux, combinaisons d'astronautes, miroirs de télescope et plus encore. Si les miroirs n'ont que des bosses ou des trous, ce qui réduit légèrement la quantité de "bonne lumière" disponible, le pare-soleil peut se déchirer d'un bord à l'autre, rendant toute la couche inutile. Une idée brillante a été utilisée pour lutter contre ce phénomène.
L'ensemble du pare-soleil a été divisé en sections de telle sorte que s'il y a un petit espace dans une, deux ou même trois d'entre elles, la couche ne se déchirera pas davantage, comme une fissure dans le pare-brise d'un auto. Le partitionnement gardera toute la structure intacte, ce qui est important pour éviter la dégradation.
Vaisseau spatial: systèmes d'assemblage et de contrôle
C'est le composant le plus courant, comme tous les télescopes spatiaux et missions scientifiques. Chez JWST, c'est unique, mais aussi complètement prêt. Tout ce qui restait à l'entrepreneur général du projet, Northrop Grumman, était de terminer le bouclier, d'assembler le télescope et de le tester. La machine sera prête pourlancement dans 2 ans.
10 ans de découverte
Si tout va bien, l'humanité sera au seuil de grandes découvertes scientifiques. Le voile de gaz neutre qui a jusqu'à présent obscurci la vue des premières étoiles et galaxies sera éliminé par les capacités infrarouges de Webb et son énorme luminosité. Ce sera le télescope le plus grand et le plus sensible jamais construit, avec une vaste gamme de longueurs d'onde de 0,6 à 28 microns (l'œil humain voit de 0,4 à 0,7 microns). On s'attend à ce qu'il fournisse une décennie d'observations.
Selon la NASA, la durée de vie de la mission Webb sera de 5,5 à 10 ans. Il est limité par la quantité de propulseur nécessaire pour maintenir l'orbite et la durée de vie de l'électronique et de l'équipement dans l'environnement hostile de l'espace. Le télescope orbital James Webb transportera du carburant pendant toute la période de 10 ans, et 6 mois après le lancement, des tests d'assistance au vol seront effectués, ce qui garantit 5 ans de travail scientifique.
Qu'est-ce qui pourrait mal tourner ?
Le principal facteur limitant est la quantité de carburant à bord. Lorsqu'il se terminera, le satellite s'éloignera du point de Lagrange L2, entrant sur une orbite chaotique à proximité immédiate de la Terre.
Viens avec ça, d'autres problèmes peuvent arriver:
- dégradation des miroirs, qui affectera la quantité de lumière collectée et créera des artefacts d'image, mais n'endommagera pas le fonctionnement ultérieur du télescope;
- défaillance d'une partie ou de la totalité de l'écran solaire, ce qui entraînera une augmentationtempérature de l'engin spatial et réduire la plage de longueurs d'onde utilisables au très proche infrarouge (2-3 µm);
- Échec du système de refroidissement de l'instrument Mid-IR, le rendant inutilisable mais n'affectant pas les autres instruments (0,6 à 6 µm).
Le test le plus difficile qui attend le télescope James Webb est le lancement et l'insertion dans une orbite donnée. Ces situations ont été testées et complétées avec succès.
Révolution dans la science
Si le télescope James Webb est opérationnel, il y aura suffisamment de carburant pour l'alimenter de 2018 à 2028. De plus, il existe un potentiel de ravitaillement en carburant, ce qui pourrait prolonger la durée de vie du télescope d'une autre décennie. Tout comme Hubble est en activité depuis 25 ans, JWST pourrait fournir une génération de science révolutionnaire. En octobre 2018, le lanceur Ariane 5 mettra en orbite le futur de l'astronomie qui, après plus de 10 ans de travail acharné, est prêt à commencer à porter ses fruits. L'avenir des télescopes spatiaux est presque là.
