Le télescope spatial James Webb se prépare à contempler l’univers au plus profond

La réalisation de la mission révolutionnaire du télescope spatial James Webb (JWST) a nécessité de puissantes innovations technologiques dans l’optique, les détecteurs, les miroirs et une multitude d’autres domaines. La puissance scientifique sans précédent de JWST est presque fonction de la taille et de l’extrême sensibilité de son miroir principal, qui collecte les images de l’espace. Le miroir plaqué or mesure 21 pieds de diamètre, ce qui donne une zone de collecte de 273 pieds carrés.

À sa taille entièrement déployée, le miroir aurait été trop grand pour tenir dans la fusée Ariane 5 qui l’a lancé, il a donc été construit en 18 segments hexagonaux conçus pour se déployer une fois le télescope dans l’espace. Ces segments doivent être minutieusement contrôlés pour les fusionner en une seule surface optique. JWST dispose de 132 petits moteurs électriques dédiés au contrôle des miroirs et chaque segment de miroir nécessite sept petits moteurs – six pour changer de position et un moteur central pour régler le rayon de courbure. (La lumière réfléchie va ensuite au miroir secondaire qui a six autres moteurs pour changer sa position.) Parce que les matériaux changent de forme à mesure qu’ils sont refroidis, chaque segment de miroir a été meulé à une forme qui était optiquement incorrecte à température ambiante, mais qui se déformerait. dans la forme correcte à la basse température de fonctionnement du JWST.

Après le lancement, les segments de miroir pointaient tous dans des directions différentes, grâce à la fois aux tremblements lors du décollage et aux contractions thermiques causées par la réduction de la température. Pour s’assurer que les segments étaient correctement alignés, la NASA a choisi une étoile particulièrement brillante dans Ursa Major comme cible d’alignement, car elle était relativement isolée des autres étoiles et donc facile à trouver. Les miroirs ont ensuite été ajustés jusqu’à ce qu’ils captent tous l’image de cette étoile et les 18 images ont été fusionnées en une seule. Dans l’image de l’étoile choisie, il est possible de voir de minuscules taches de lumière en arrière-plan, chacune une galaxie lointaine, à des millions, voire des milliards d’années-lumière et auparavant hors de portée – un avant-goût des futures capacités de JWST.

Un éventail de fonctionnalités

JWST dispose également d’un réseau de micro-obturateurs, une grille de 248 000 portes (chacune de 0,004 pouce sur 0,008 pouce) qui peuvent être ouvertes ou fermées pour laisser entrer la lumière d’un objet particulier dans l’espace tout en bloquant la lumière d’autres objets. Ou le tableau peut sélectionner de nombreux objets et mesurer une propriété globale. “Pour construire un télescope qui peut regarder plus loin que Hubble, nous avions besoin d’une toute nouvelle technologie”, a déclaré Murzy Jhabvala, ingénieur en chef de la division des technologies et des systèmes d’instruments de Goddard, dans un article de la NASA sur la technologie des micro-obturateurs. “Nous avons travaillé sur cette conception pendant plus de six ans, ouvrant et fermant les minuscules volets des dizaines de milliers de fois afin de perfectionner la technologie.”

JWST collecte le rayonnement infrarouge (chaleur), qui a une longueur d’onde plus longue que la lumière visible mais plus courte que les ondes radio. Le rayonnement infrarouge peut traverser plus librement les régions de gaz et de poussière cosmiques, et peut-être permettre au JWST d’observer la formation de nouveaux systèmes planétaires normalement enveloppés de fines particules.

Le rayonnement infrarouge provenant de l’objet cible dans l’espace est collecté par le miroir primaire, réfléchi sur le miroir secondaire plus petit, puis dirigé vers l’un des quatre instruments scientifiques qui peuvent focaliser, filtrer ou disperser la lumière. Quatre instruments sont nécessaires car certains sont plus adaptés que d’autres à l’observation de types d’objets spécifiques comme les planètes, les étoiles, les nébuleuses et les galaxies.

Pour empêcher la lueur infrarouge du télescope lui-même de submerger les faibles signaux astronomiques, JWST doit fonctionner à des températures extrêmement basses. L’un des instruments doit être maintenu à une température de -447 degrés Fahrenheit, à peine 58 degrés au-dessus du zéro absolu. Il utilise un énorme pare-soleil de 69,5 pieds sur 46,5 pieds pour bloquer la chaleur et la lumière du Soleil, de la Terre et de la Lune. Un refroidissement supplémentaire est assuré par un cryocooler, un réfrigérateur à base d’hélium.

Le contrôle et la surveillance du télescope sont effectués par une équipe de techniciens assis devant des dizaines d’écrans dans le hub de haute technologie du Space Telescope Science Institute (STScI) à Baltimore. Le lien entre JWST et les contrôleurs est assuré par le Deep Space Network de la NASA. Pour préparer l’équipe à faire face à tout problème inattendu, les ingénieurs ont effectué des dizaines de simulations, affinant leur capacité à diagnostiquer et à corriger rapidement les dysfonctionnements.

“Nous sommes sur le point de nous lancer dans cet incroyable voyage de découverte”, a déclaré à Reuters l’astronome Klaus Pontoppidan, scientifique du projet Webb au STScI. “Nous parlons vraiment de découverte parce que Webb a le pouvoir brut de révéler l’inattendu. Nous pouvons planifier ce que nous pensons voir. Mais en fin de compte, nous savons que la nature nous surprendra plus souvent qu’autrement.”

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