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Montée des super télescopes: le télescope spatial James Webb

Astronomie : Montée des super télescopes: le télescope spatial James Webb

Nous, êtres humains, avons une faim insatiable pour comprendre l'univers. Comme l'a dit Carl Sagan, «Comprendre, c'est de l'extase». Mais pour comprendre l'Univers, nous avons besoin de mieux en mieux pour l'observer. Et cela signifie une chose: de grands, d’énormes, d’énormes télescopes.
Dans cette série, nous allons examiner 6 des super télescopes du monde:

  • Le télescope géant de Magellan
  • Le très grand télescope
  • Le télescope de 30 mètres
  • Le très grand télescope européen
  • Le grand télescope topographique synoptique
  • Le télescope spatial James Webb
  • Le télescope levé infrarouge à champ large

Le télescope spatial James Webb

Le télescope spatial James Webb (JWST, ou le Webb) pourrait bien être le plus attendu des Super Télescopes. Peut-être parce qu'il a traversé un chemin torturé avant d'être construit. Ou peut-être parce que c'est différent des autres super télescopes, à 1, 5 million de kilomètres de la Terre une fois qu'il est opérationnel.

Le JWST effectuera son observation dans ce que l’on appelle une orbite de halo à L2, une sorte de point gravitationnellement neutre situé à 1, 5 million de kilomètres de la Terre. Image: NASA / JWST

Si vous avez suivi le drame derrière Webb, vous saurez que les dépassements de coûts ont presque provoqué son annulation. Cela aurait été vraiment dommage.

Le JWST est en préparation depuis 1996, mais il a connu quelques difficultés sur la route. Cette route et ses bosses ont été discutées ailleurs, donc ce qui suit est un bref aperçu.

Les estimations initiales pour le JWST étaient de 1, 6 milliard de dollars et la date de lancement en 2011. Mais les coûts ont explosé et d'autres problèmes se sont posés. Cela a amené la Chambre des représentants des États-Unis à annuler le projet en 2011. Toutefois, plus tard au cours de la même année, le Congrès américain a annulé l'annulation. Finalement, le coût final du Webb a atteint 8, 8 milliards de dollars, avec une date de lancement fixée à octobre 2018. Cela signifie que le premier éclairage du JWST sera beaucoup plus rapide que les autres super télescopes.

L’extrémité commerciale du télescope spatial James Webb est son miroir primaire à 18 segments. Le brillant miroir au béryllium recouvert d'or a une surface de collecte de 25 mètres carrés. Image: NASA / Chris Gunn

Le Webb a été conçu pour succéder au télescope spatial Hubble, en service depuis 1990. Mais le Hubble est en orbite terrestre basse et possède un miroir principal de 2, 4 mètres. Le JWST sera placé en orbite au point LaGrange 2 et son miroir principal fera 6, 5 ​​mètres. Hubble observe les spectres dans le proche ultraviolet, le visible et le proche infrarouge, tandis que le Webb observera la lumière visible dans la longue longueur d’onde (orange-rouge), en passant du proche infrarouge au moyen infrarouge. Cela a des implications importantes pour la science fournie par le Webb.

Les instruments de Webb

James Webb est construit autour de quatre instruments:

  • La caméra proche infrarouge (NIRCam)
  • Le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec)
  • L'instrument mi-infrarouge (MIRI)
  • Capteur de guidage de précision / imageur proche infrarouge et spectrographe sans fente (FGS / NIRISS)
Cette image montre les longueurs d'onde du spectre infrarouge observables par les instruments Webb. Image: NASA / JWST

La NIRCam est l'imageur principal de Webb. Il observera la formation des premières étoiles et galaxies, la population d'étoiles dans les galaxies proches, les objets de la ceinture de Kuiper et de jeunes étoiles dans la Voie lactée. NIRCam est équipé de coronographes, qui bloquent la lumière des objets lumineux afin d'observer les objets plus faibles à proximité.

NIRSpec fonctionnera dans une plage de 0 à 5 microns. Son spectrographe divisera la lumière en un spectre. Le spectre résultant nous informe sur les objets, la température, la masse et la composition chimique. NIRSpec observera 100 objets à la fois.

MIRI est une caméra et un spectrographe. Il verra la lumière décalée vers le rouge de galaxies lointaines, d'étoiles nouvellement en formation, d'objets dans la ceinture de Kuiper et de faibles comètes. La caméra de MIRI fournira des images à large bande et à large champ qui se classeront parmi les images étonnantes que Hubble nous a fournies. Le spectrographe fournira des détails physiques sur les objets lointains qu'il observera.

La partie Capteur de guidage précis de FGS / NIRISS donnera à la Webb la précision requise pour produire des images de haute qualité. NIRISS est un instrument spécialisé fonctionnant selon trois modes. Il étudiera la première détection de lumière, la détection et la caractérisation d'exoplanètes, ainsi que la spectroscopie de transit des exoplanètes.

La science

Le but primordial du JWST, ainsi que de nombreux autres télescopes, est de comprendre l'univers et nos origines. Le Webb examinera quatre grands thèmes:

  • Première lumière et réionisation: Au début de l'univers, il n'y avait pas de lumière. L'univers était opaque. Finalement, en se refroidissant, les photons ont pu voyager plus librement. Ensuite, probablement des centaines de millions d'années après le Big Bang, les premières sources de lumière se sont formées: les étoiles. Mais nous ne savons pas quand ni quels types d'étoiles.
  • Comment les galaxies se rassemblent : Nous sommes habitués à voir de superbes images des grandes galaxies spirales existant dans l’Univers. Mais les galaxies n'étaient pas toujours comme ça. Les premières galaxies étaient souvent petites et compactes. Comment se sont-ils formés dans les formes que nous voyons aujourd'hui?
  • La naissance des étoiles et des systèmes protoplanétaires: L'œil perspicace de Webb scrutera les nuages ​​de poussière que des scopes comme Hubble ne peuvent voir. Ces nuages ​​de poussière sont l’endroit où se forment les étoiles et leurs systèmes protoplanétaires. Ce que nous voyons ici nous en dira beaucoup sur la formation de notre propre système solaire, ainsi que sur de nombreuses autres questions.
  • Les planètes et les origines de la vie: Nous savons maintenant que les exoplanètes sont courantes. Nous en avons trouvé des milliers tournant autour de tous les types d'étoiles. Mais nous en savons encore très peu sur le sujet, à savoir à quel point les atmosphères sont communes et si les éléments constitutifs de la vie sont communs.

Ce sont tous des sujets évidemment fascinants. Mais de nos jours, l’un d’eux se distingue: les planètes et les origines de la vie.

La récente découverte du système TRAPPIST 1 a suscité l'enthousiasme des gens pour la découverte de la vie dans un autre système solaire. TRAPPIST 1 a 7 planètes terrestres, dont 3 sont dans la zone habitable. C'était une grande nouvelle en février 2017. Le buzz est toujours palpable et les gens attendent impatiemment plus d'informations sur le système. C'est là que le JWST entre en jeu.

Une grande question autour du système TRAPPIST est la suivante: «Les planètes ont-elles une atmosphère?» Le Webb peut nous aider à répondre à cette question.

L'instrument NIRSpec sur JWST sera capable de détecter toutes les atmosphères autour des planètes. Peut-être plus important encore, il pourra enquêter sur les atmosphères et nous parler de leur composition. Nous saurons si les atmosphères, si elles existent, contiennent des gaz à effet de serre. Le Webb peut également détecter des produits chimiques tels que l'ozone et le méthane, qui sont des biosignatures, et peuvent nous dire si la vie pourrait être présente sur ces planètes.

On pourrait dire que si James Webb était capable de détecter des atmosphères sur les planètes TRAPPIST 1 et de confirmer l’existence de produits chimiques de biosignature, il aurait déjà fait son travail. Même si ça a cessé de fonctionner après ça. C'est probablement tiré par les cheveux. Mais encore, la possibilité est là.

Lancement et déploiement

La science fournie par le JWST est extrêmement intrigante. Mais nous n'y sommes pas encore. Le lancement de JWST est toujours d'actualité, et son déploiement est délicat.

Le miroir principal du JWST est beaucoup plus grand que celui de Hubble. Il mesure 6, 5 mètres de diamètre, contre 2, 4 mètres pour le Hubble. Le lancement du Hubble n’était pas un problème, malgré sa taille. Il a été placé à l'intérieur d'une navette spatiale et déployé par le Canadarm en orbite terrestre basse. Cela ne fonctionnera pas pour le James Webb.

Cette image montre le télescope spatial Hubble tenu au-dessus de la soute à marchandises de la navette par le bras du système de télémanipulateur (RMS), construit au Canada, ou Canadarm. Opération complexe, mais pas aussi complexe que le déploiement de JWST. Image: NASA

La Webb doit être lancée à bord d’une fusée pour être envoyée sur son chemin vers L2, son pays d’origine. Et pour être lancé à bord de sa fusée, il doit s’inscrire dans un espace de chargement situé dans le nez de la fusée. Cela signifie qu'il doit être plié.

Le miroir, qui est composé de 18 segments, est plié en trois à l’intérieur de la fusée et s’est déplié en direction de L2. Les antennes et les cellules solaires doivent également se déployer.

Contrairement au Hubble, le Webb doit rester extrêmement froid pour faire son travail. Il a un cryoréfrigérateur pour aider avec cela, mais il a aussi un énorme parasol. Ce parasol a cinq couches et est très grand.

Nous avons besoin de tous ces composants à déployer pour que Webb puisse faire son travail. Et rien de tel n'a été essayé auparavant.

Le lancement de la Webb n’est que dans 7 mois. C'est très proche, vu que le projet a presque été annulé. Une fois que cela fonctionne, il y a une corne d'abondance de science à faire.

Mais nous n'en sommes pas encore là et nous devrons procéder au lancement et au déploiement, qui nous angoissent, avant de pouvoir vraiment nous enthousiasmer.

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