Le télescope spatial James Webb (JWST) est le plus grand et le plus puissant télescope spatial existant. Cet observatoire spatial infrarouge de la NASA a été lancé le 25 décembre 2021 depuis le port spatial de l’ESA à Kourou, en Guyane française, à 7 h 20 HE (12 h 20 GMT; 9 h 20 heure locale à Kourou), à bord d’une fusée Ariane 5 d’Arianespace. D’un coût de 10 milliards de dollars, le télescope James Webb explorera le cosmos pour découvrir l’histoire de l’Univers, du Big Bang à la formation des exoplanètes et au-delà.
Il s’agit de l’un des observatoires de la NASA, des instruments spatiaux géants, comme le télescope spatial Hubble, qui scrutent les profondeurs de l’univers. Le JWST orbitera autour du Soleil, au deuxième point de Lagrange (L2), à près de 1,5 million de kilomètres de la Terre. Miroir primaire: 6,5 mètres de diamètre. Pare-soleil: 22 mètres de diamètre sur 12 mètres. Masse: 6 500 kilogrammes. Ce résultat a été publié dans Astrophysics in the Next Decade: The James Webb Space Telescope and Associated Facilities» (Actes de la Conférence sur l’astrophysique et les sciences spatiales).
Le miroir primaire du télescope spatial James Webb mesure 6,5 mètres de diamètre. NASA/C. Gunn
Il a fallu 30 jours au JWST pour parcourir près d’un million et demi de kilomètres jusqu’à son point de gravité permanent: le point de Lagrange 2, un point gravitationnellement stable dans l’espace. Le 24 janvier 2022, le télescope a atteint le point de Lagrange L2, le deuxième point de Lagrange entre le Soleil et la Terre.
L2 est un point de l’espace proche de la Terre, opposé au Soleil; cette orbite permet au télescope de rester aligné avec la Terre lors de son orbite autour du Soleil. Cette position a été fréquemment utilisée par plusieurs autres télescopes spatiaux, notamment le télescope spatial Herschel et l’observatoire spatial Planck.
Selon la NASA, le télescope spatial James Webb se concentrera sur quatre domaines principaux : la première lumière dans l’univers, la formation des galaxies dans l’univers primitif, la naissance des étoiles et des systèmes protoplanétaires, et les planètes (y compris l’origine de la vie).
Le télescope spatial James Webb de la NASA peut désormais prendre des images claires d’objets célestes à l’aide de plusieurs instruments, a annoncé l’agence le 28 avril 2022. NASA/STScI
Le 11 juillet 2022, la NASA a annoncé que les 17 «modes» des instruments scientifiques de l’observatoire avaient été entièrement testés et que le télescope spatial James Webb était prêt à commencer sa mission scientifique épique.
Le puissant JWST, tout comme son prédécesseur, le télescope spatial Hubble, prend des images époustouflantes d’objets célestes. Heureusement pour les astronomes, le télescope spatial Hubble reste en bon état et les deux télescopes fonctionneront ensemble pendant les premières années d’exploitation du JWST. Le JWST étudiera également les exoplanètes découvertes précédemment par le télescope spatial Kepler et continuera d’effectuer des observations en temps réel depuis des télescopes spatiaux terrestres.
Le «selfie» montre 18 segments du miroir primaire du télescope spatial James Webb tels qu’observés par une caméra spéciale à l’intérieur de l’instrument NIRCam. NASA
Le télescope James Webb est le fruit d’une collaboration internationale entre la NASA, l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Agence spatiale canadienne. Selon la NASA, plus de 300 universités, organisations et entreprises de 29 États américains et de 14 pays ont participé au projet JWST.
Le JWST fonctionne comme presque tous les télescopes: sa fonction principale est de collecter la lumière et de la focaliser pour nous permettre de voir plus loin. Cependant, il présente de nombreuses différences: le JWST perçoit une partie différente du spectre électromagnétique de nos yeux. Nous percevons la lumière visible, mais le JWST perçoit l’infrarouge, ou « thermique », comme une caméra de vision nocturne. De plus, il est très grand, ce qui lui permet de collecter beaucoup plus de lumière et donc d’observer des objets plus éloignés, plus petits et plus froids. Son emplacement dans l’espace est également un avantage: il n’a pas besoin de regarder à travers l’atmosphère, ce qui bloque de nombreuses informations utiles et intéressantes.
La première image publiée par le télescope spatial James Webb montre une partie d’une mosaïque créée sur une période de 25 heures commençant le 2 février 2022, alors que le télescope spatial James Webb commençait à aligner ses 18 segments de miroir.
Pourquoi une image aussi lointaine permet-elle au JWST de voir des galaxies dans l’Univers primitif?
Plus un objet est éloigné dans l’univers, plus il s’éloigne rapidement de nous. Les objets rapides subissent un phénomène appelé décalage vers le rouge, qui les fait apparaître plus rouges. Lorsqu’un objet est très éloigné, il devient encore plus rouge que le rouge et devient infrarouge. C’est pourquoi le JWST peut voir plus loin que n’importe quel télescope existant.
La lumière met du temps à nous atteindre, les objets les plus lointains sont donc aussi les plus anciens. Des télescopes comme Hubble et le JWST scrutent le passé. Le JWST peut voir plus loin que Hubble car il fonctionne en infrarouge, ce qui lui permet d’observer presque jusqu’aux origines de l’univers, il y a 13,7 milliards d’années.
La première image scientifique publiée, prise par le télescope spatial James Webb de la NASA le 11 juillet 2022, est l’image infrarouge la plus profonde de l’Univers à ce jour. NASA, ESA, CSA et STScI
Le JWST orbite autour d’un point de l’espace appelé point de Lagrange L2. Situé à 1,5 million de kilomètres de nous, il ne subit aucune perturbation de ses observations par la chaleur terrestre. L2 étant un puits de gravité, il ne consomme pas moins de carburant que s’il flottait au hasard dans l’espace. L2 suit également la Terre autour du Soleil, ce qui permet aux scientifiques de communiquer en permanence avec le télescope et d’en télécharger des images.
Le vaisseau spatial JWST de la NASA a été lancé le 25 décembre 2021 depuis le port spatial de l’ESA à Kourou en Guyane française à 7h20 HE (12h20 GMT; 9h20 heure locale à Kourou) par un lanceur Ariane 5 d’Arianespace.
Grâce à ce lancement réussi et précis, la NASA a annoncé que le JWST devrait disposer de suffisamment de carburant pour plus que doubler sa durée de vie minimale de mission, fixée à 10 ans. Depuis son lancement, le télescope spatial James Webb n’a cessé de progresser.
Le télescope spatial James Webb après sa séparation de la fusée Ariane 5 qui l’a transporté dans l’espace. Voici l’une des dernières images de cet impressionnant télescope. ESA
Le télescope spatial James Webb a déployé et testé son antenne principale le 26 décembre 2021. L’opération a duré environ une heure, selon la NASA. L’antenne sera chargée de transmettre des données scientifiques à la Terre deux fois par jour. Le lendemain, le 27 décembre, l’observatoire quittait l’orbite lunaire.
Voir aussi... Les scientifiques tirent la sonnette d'alarme: le monde perd rapidement de l'eau douce Changements anthropiques et climatiques dans les rivières et les lacs de la Terre |
Le 31 décembre 2021, le télescope Webb a déployé avec succès son imposant pare-soleil. La mise en tension des cinq couches du pare-soleil a débuté le 3 janvier 2022 et s’est achevée le lendemain. Le miroir secondaire du télescope a été déployé et verrouillé avec succès le 5 janvier 2022.
Le 8 janvier 2022, la NASA a annoncé que le télescope spatial James Webb avait déployé avec succès son miroir primaire géant et était désormais pleinement opérationnel. L’étape suivante pour Webb consistait à aligner les 18 miroirs individuels qui composent le miroir primaire de l’observatoire.
Les premières images scientifiques du télescope spatial James Webb de la NASA ont été officiellement diffusées en direct le 12 juillet 2022 à 10h30 HE (14h30 GMT). Parmi les images figuraient les roches spatiales de la nébuleuse de la Carène, la spectaculaire nébuleuse de l’Anneau Sud, le Quintette de Stephan et une analyse de la composition atmosphérique de l’exoplanète géante gazeuse WASP-96 b.
Le télescope spatial James Webb sera soumis à une série de tests scientifiques et d’étalonnage, notamment le déploiement du pare-soleil, le déploiement du télescope, l’activation des instruments et l’alignement du télescope.
«Vous savez ce qui m’enthousiasme le plus?» a déclaré Thomas Zurbuchen, administrateur associé pour les sciences à la NASA, lors d’un événement organisé après la publication des images. «Des dizaines de milliers de scientifiques – et franchement, certains viennent de naître, d’autres pas encore – bénéficient de ce formidable télescope, car il nous accompagnera pendant des décennies.»
Avant la publication des premières images et données, Webb avait déjà fourni plusieurs images impressionnantes lors de contrôles d’instruments.
Le 11 février 2022, la NASA a annoncé que le JWST avait capturé ses premières images de la lumière des étoiles. La première image, prise par Webb, était celle de l’étoile HD 84406. La lumière de HD 84406 a été captée par 18 segments du miroir Webb situés sur le miroir primaire, créant une mosaïque de 18 points lumineux dispersés.
«Au fur et à mesure que Webb s’alignera et se concentrera au cours des prochains mois, ces 18 points se résoudront progressivement en une seule étoile», a écrit Thomas Zurbuchen, administrateur associé de la NASA pour la gestion des missions scientifiques, sur Twitter.
Le 18 février 2022, la NASA a publié une nouvelle image améliorée de HD84406, montrant 18 copies floues de l’étoile disposées selon un motif hexagonal. Une fois les segments du miroir primaire alignés, l’observatoire commencera à superposer les images. Les 18 images se superposeront ainsi pour former une image unique et nette.
Le télescope spatial James Webb est le télescope spatial le plus grand et le plus puissant existant aujourd’hui. dima_zel
Webb a également pris un selfie spectaculaire grâce à une caméra spéciale installée à l’intérieur de l’instrument NIRCam. Cette caméra est destinée à l’ingénierie et à l’alignement. Le selfie montre qu’un segment du miroir est plus brillant que les autres. Cela s’explique par le fait qu’à ce moment-là, c’était le seul segment correctement aligné et pointé vers l’étoile. Les autres segments du miroir ont été alignés avec succès un par un.
Le 28 avril 2022, la NASA a annoncé dans un communiqué que le télescope spatial James Webb avait terminé sa phase d’alignement, démontrant qu’il peut produire des «images nettes et bien focalisées» avec ses quatre instruments scientifiques.
Les objectifs scientifiques du JWST sont principalement divisés en quatre domaines:
Première lumière et réionisation
Cela fait référence aux premiers stades de l’Univers après le Big Bang, qui ont donné naissance à l’Univers tel que nous le connaissons aujourd’hui. Dans les premiers stades après le Big Bang, l’Univers était un océan de particules (électrons, protons et neutrons), et la lumière n’était visible qu’après un refroidissement suffisant pour que ces particules commencent à coalescer. Le JWST étudiera également les événements postérieurs à la formation des premières étoiles ; cette période est appelée «époque de réionisation» car elle désigne la période où l’hydrogène neutre a été réionisé (reprenant une charge électrique) par le rayonnement de ces premières étoiles.
Assemblée des galaxies
L’observation des galaxies est un moyen utile de comprendre l’organisation de la matière à des échelles géantes, ce qui nous éclaire sur l’évolution de l’univers. Les galaxies spirales et elliptiques que nous observons aujourd’hui ont évolué à partir de différentes formes au cours de milliards d’années, et l’un des objectifs du JWST est d’étudier les galaxies les plus anciennes afin de mieux comprendre cette évolution. Les scientifiques tentent également de comprendre comment la diversité des galaxies que nous observons aujourd’hui est apparue, et comment elles se forment et fusionnent aujourd’hui.
La naissance des étoiles et des systèmes protoplanétaires
Les «Piliers de la Création» de la nébuleuse de l’Aigle sont l’un des lieux de naissance d’étoiles les plus célèbres. Les étoiles naissent dans des nuages de gaz et, à mesure qu’elles grandissent, la pression radiative qu’elles créent chasse le gaz qui les enveloppe (qui pourrait servir à former d’autres étoiles s’il n’était pas aussi dispersé). Mais observer ce gaz est difficile. Les «yeux» infrarouges du JWST permettront d’observer les sources de chaleur, y compris les étoiles qui naissent dans ces cocons.
Les planètes et l’origine de la vie
Un nombre considérable d’exoplanètes ont été découvertes au cours de la dernière décennie, notamment grâce au télescope spatial Kepler de la NASA. Les puissants capteurs du JWST permettront aux scientifiques d’étudier ces planètes plus en détail, y compris (dans certains cas) d’imager leur atmosphère. Comprendre la composition de l’atmosphère des planètes et leur formation pourrait aider les scientifiques à mieux prédire si elles sont habitables.
JWST et Hubble. Le JWST est équipé de quatre instruments scientifiques qui permettront des observations dans les gammes de longueurs d’onde visible, proche infrarouge et infrarouge moyen (0,6 à 28,5 micromètres).
L’essence du progrès scientifique est de «s’appuyer sur les épaules de géants», et le JWST fait exactement cela, ses objectifs scientifiques étant guidés par les résultats obtenus par le télescope spatial Hubble.
Le télescope spatial James Webb et le télescope spatial Hubble ont des capacités très différentes. drmakkoy via Getty Images
Les deux télescopes spatiaux ont des capacités différentes: Hubble a observé le cosmos principalement en lumière optique et ultraviolette (avec quelques capacités infrarouges). Le JWST étudie l’univers principalement en lumière infrarouge. À mesure que l’univers s’étend, la lumière des objets lointains est décalée vers des longueurs d’onde plus longues, à l’extrémité rouge du spectre, ce que l’ESA appelle un décalage vers le rouge. Le JWST observera cette lumière infrarouge avec une précision extrême, mettant en lumière certaines des plus anciennes étoiles et galaxies de l’univers.
Voir aussi... |
Une autre différence importante entre le télescope spatial James Webb et le télescope spatial Hubble réside dans le fait que le JWST est en orbite autour du Soleil, tandis que Hubble est en orbite autour de la Terre. Le JWST serait trop éloigné pour être entretenu, contrairement à Hubble, auquel la navette spatiale accédait.
Le JWST doit son nom à l’ancien administrateur de la NASA, James Webb. Ce dernier a dirigé l’agence spatiale de 1961 à 1968, avant de démissionner quelques mois seulement avant que la NASA ne pose le premier pied sur la Lune. Sous sa direction, la NASA a lancé plus de 75 missions scientifiques spatiales, notamment des missions d’étude du Soleil, des étoiles et des galaxies, ainsi que de l’espace situé juste au-delà de l’atmosphère terrestre.
Comparaison des miroirs correspondants du télescope spatial Hubble (NASA/ESA) et du télescope spatial James Webb (NASA/ESA/CSA). Future/Adrian Mann
Lorsque Webb photographie une galaxie lointaine, les astronomes voient en réalité à quoi elle ressemblait il y a des milliards d’années. La lumière de cette galaxie met des milliards d’années à traverser l’espace pour atteindre le miroir du télescope. C’est comme une machine à remonter le temps, prenant des instantanés de l’univers primitif, rapporte The Conversation.
En utilisant un miroir géant pour collecter la lumière ancienne, Webb découvre de nouveaux secrets de l’univers.
Avant que la lumière n’atteigne les caméras, elle doit d’abord être captée par l’énorme miroir doré du télescope Webb. Ce miroir, large de plus de 6,5 mètres, est composé de 18 éléments plus petits, tous reliés entre eux comme un nid d’abeilles. Il est recouvert d’une fine couche d’or véritable, non seulement pour son esthétique, mais aussi parce que l’or réfléchit très bien la lumière infrarouge.
Un homme travaille sur le module scientifique du télescope spatial James Webb, qui contient de nombreux instruments. Gunn/NASA
Le miroir capte la lumière de l’espace lointain et la renvoie vers les instruments du télescope. Plus le miroir est grand, plus il capte de lumière et plus il peut voir loin. Le miroir de Webb est le plus grand jamais lancé dans l’espace.
Les «yeux» les plus importants du télescope sont deux instruments scientifiques qui font office de caméras: NIRCam et MIRI.
NIRCam (Near Infrared Camera) est l’appareil photo principal du télescope Webb, qui prend des images époustouflantes des galaxies et des étoiles. Il est également équipé d’un coronographe, un dispositif qui bloque la lumière des étoiles, lui permettant de photographier des objets très faibles proches de sources lumineuses, comme des planètes en orbite autour d’étoiles brillantes.
NIRCam utilise l’imagerie de la lumière proche infrarouge, la plus proche de ce que l’œil humain peut percevoir, et la décompose en différentes longueurs d’onde. Cela permet aux scientifiques non seulement de comprendre l’apparence d’un objet, mais aussi sa composition. Différents matériaux dans l’espace absorbent et émettent de la lumière infrarouge à des longueurs d’onde spécifiques, créant ainsi une sorte d’«empreinte digitale» chimique unique. En étudiant ces «empreintes digitales», les scientifiques peuvent découvrir les propriétés des étoiles et des galaxies lointaines.
MIRI, ou Instrument Infrarouge Moyen, détecte les longueurs d’onde infrarouges plus longues, particulièrement utiles pour détecter les objets plus froids et plus poussiéreux, comme les étoiles en formation dans les nuages de gaz. MIRI pourrait même contribuer à la découverte de molécules dans les atmosphères planétaires susceptibles d’abriter la vie.
Comparaison d’une image thermique d’une parcelle de jardin (à gauche) et d’une image réelle, montrant la différence de température entre l’asphalte chaud et les plantes relativement plus fraîches. Peter Bruce-Eary
Ces deux caméras sont bien plus sensibles que les caméras terrestres standard. NIRCam et MIRI peuvent détecter d’infimes quantités de chaleur provenant de milliards d’années-lumière. Si la NIRCam de Webb était vos yeux, vous pourriez voir la chaleur émise par un bourdon sur la Lune. C’est dire sa sensibilité.
Comme Webb tente de capter la faible chaleur des objets lointains, il doit maintenir sa température aussi basse que possible. C’est pourquoi il est équipé d’un pare-soleil géant de la taille d’un court de tennis. Ce pare-soleil à cinq couches bloque la chaleur du Soleil, de la Terre et même de la Lune, permettant à Webb de rester incroyablement froid : environ -223 °C (-370 °F).
MIRI doit être encore plus froid. Il possède son propre réfrigérateur spécial, appelé cryoréfrigérateur, qui maintient la température à près de -266 degrés Celsius. Si Webb avait ne serait-ce qu’une légère chaleur, sa propre chaleur couvrirait les signaux lointains qu’il tente de capter.
Une fois que la lumière atteint les caméras du télescope Webb, elle atteint des capteurs appelés détecteurs. Ces détecteurs ne prennent pas de photos classiques comme l’appareil photo d’un téléphone. Ils convertissent la lumière infrarouge incidente en données numériques. Ces données sont ensuite renvoyées sur Terre, où les scientifiques les convertissent en images couleur.
Assemblage des miroirs du télescope spatial James Webb. NASA/MSFC/David Higginbotham/Emmett
Les couleurs que nous voyons sur les images de Webb ne correspondent pas à ce que la caméra «voit» directement. La lumière infrarouge étant invisible, les scientifiques attribuent des couleurs à différentes longueurs d’onde pour nous aider à comprendre le contenu de l’image. Ces images traitées nous aident à comprendre la structure, l’âge et la composition des galaxies, des étoiles, etc.
En utilisant un miroir géant pour collecter la lumière infrarouge invisible et l’envoyer vers des caméras ultra-froides, Webb nous permet de voir les galaxies qui se sont formées juste après la naissance de l’univers.
Voir aussi... Liste complète des gestionnaires d'événements HTML/Javascript avec exemples Liste des documents requis pour un site Web en Fédération de Russie |
