Le télescope spatial James Webb entièrement assemblé avec son pare-soleil et ses «structures de palettes unitaires» (qui se replient autour du télescope pour le lancement) est vu partiellement déployé dans une configuration ouverte pour permettre l'installation du télescope.
(Image: © NASA / Chris Gunn)
Paul M. Sutter est astrophysicien à Université d'État de l'Ohio, hôte de Demandez à un astronaute et Radio spatialeet auteur de "Votre place dans l'univers."Sutter a contribué à cet article Les voix d'experts de Space.com: Op-Ed & Insights.
NASA Télescope spatial James Webb devrait (actuellement) être lancé en mars 2021, après des années de retards et des milliards de dollars dépensés au-delà du budget. S'il est facile d'affirmer que tout ce temps et cet argent ont été gaspillés, cet observatoire sera le premier et le champion incontesté des longueurs d'onde infrarouges, nous donnant un accès inégalé aux coins de l'univers actuellement inaccessibles.
Si nous voulons apprendre de nouvelles choses sur tout, des premières galaxies à la chance de la vie sur d'autres planètes, les quelque 9,7 milliards de dollars de James Webb sont notre seul espoir.
Pas de froid
Alors que le télescope spatial James Webb ("JWST" à ceux qui savent) est annoncé comme le "successeur" de la NASA légendaire Le télescope spatial Hubble, ce n'est pas le cas. Le Hubble est principalement un télescope optique, capturant des longueurs d'onde de lumière similaires à celles de l'œil humain et s'étendant un peu au-delà dans les parties infrarouges et ultraviolettes (UV) du spectre électromagnétique. En substance, le Hubble est un globe oculaire spatial en orbite géante, offrant des images époustouflantes que vous verriez, si vos nerfs optiques étaient équipés de la même manière.
Mais le JWST est différent. Il observera entièrement dans l'infrarouge, grattant à peine les rouges les plus profonds possibles qu'un humain puisse voir. En d'autres termes, le JWST étudiera un univers largement invisible à l'expérience humaine.
L'une des principales raisons pour lesquelles le JWST est conçu pour être une portée infrarouge est que l'astronomie infrarouge est, en général, très difficile à faire depuis la surface de la Terre. Pollution lumineuse est le fléau des astronomes, qui ont besoin d'un ciel cristallin et parfaitement sombre pour effectuer leurs observations et mesures détaillées.
Et la pollution lumineuse infrarouge vient de nombreux endroits différents. En gros, quelque chose de chaud. Ce qui est, fondamentalement, tout. Les corps humains génèrent 100 watts de rayonnement infrarouge. La Terre elle-même est assez chaude, brillante fortement dans les bandes infrarouges. Même le télescope lui-même, s'il est à température ambiante, brille dans l'infrarouge.
Ce n'est pas que nous ne pouvons pas faire astronomie infrarouge du sol, c'est juste que c'est frustrant et dur.
Par conséquent, l'espace.
Loin de la maison
Le JWST fonctionnera à environ 1 million de milles (1,5 million de kilomètres) de la Terre, pour l'éloigner en toute sécurité loin de notre planète chaude et infrarouge. Mais même encore, il y a le soleil composer avec. Vous êtes-vous déjà assis dehors par une belle journée d'été, sentant la chaleur de notre soleil sur votre peau? Oui, c'est un rayonnement infrarouge, pompé par le seau. Et même à un million de kilomètres de la Terre, le soleil est encore un peu grillé.
Pour lutter contre cela, les concepteurs de télescopes spatiaux infrarouges ont quelques options. Le choix le plus courant consiste à utiliser un système de refroidissement actif, refroidissant le télescope aux températures nécessaires pour observer correctement les longueurs d'onde infrarouges. C'est génial et utilisé par les télescopes spatiaux infrarouges précédents, mais cela limite leur durée de vie. Plus de liquide de refroidissement = plus d'astronomie.
Au lieu de cela, le JWST déploiera un parapluie spatial géant et cher, de 72 pieds (22 mètres) de long et 36 pieds (11 m) de large, composé de cinq couches de matériau extrêmement réfléchissant, chaque couche plus mince qu'un cheveu humain. Ce massif "pare-soleil"maintiendra le télescope lui-même à l'ombre constante, quelque part au sud de moins 370 degrés Fahrenheit (moins 223 degrés Celsius), ce qui est idéal pour les longueurs d'onde infrarouges qu'il étudiera.
Bien que, pour le plaisir, l'un des instruments à bord sera refroidi avec un système de refroidissement actif à moins de 433 Fahrenheit (moins 258 C), ce qui lui permettra d'accéder à des longueurs d'onde infrarouges encore plus longues.
Voici la science
Dans l'ensemble, le JWST est énorme. En fait, il est si grand qu'il ne devrait pas pouvoir tenir sur une fusée. Outre le pare-soleil gargantuesque, le miroir principal aura 21 pieds (6,5 m) de diamètre, ce qui est beaucoup plus large que tout carénage de fusée actuellement utilisé. Le fait de coller le miroir sur le côté de la fusée n'est pas exactement une solution réalisable, alors les ingénieurs intelligents de la NASA ont brisé le miroir en 18 sections hexagonales plus petites, qui seront repliées et pliées dans la fusée (avec la pliée) pare-soleil et le reste du télescope lui-même).
Si tout se passe bien, quelques jours seulement après son lancement, le JWST se dirigera vers son point d'observation, se dépliera et commencera à regarder.
Et ce qu'il verra sera - et je n'utilise pas ce mot à la légère - remarquable. L'un de ses principaux objectifs sera l'univers primitif, lorsque notre cosmos n'avait que quelques centaines de millions d'années. Les premières étoiles et galaxies à apparaître sur la scène cosmique ont brillé dans le spectre visible, mais au cours des 13 derniers milliards d'années l'univers s'est étendu, étirant cette lumière hors de la plage visible et vers le bas dans l'infrarouge - au cœur même des paramètres de conception du JWST.
Puisque nous n'avons aucune image du tout à l'époque des premières étoiles et galaxies (connue familièrement sous le nom de "aube cosmique") ce sera notre toute première vision de cet âge important de l'histoire du cosmos.
Plus près de chez nous, le JWST étudiera tout ce qui est cool dans le cosmos, des disques protoplanétaires autour des étoiles nouveau-nés aux nuages moléculaires, aux comètes, aux objets de la ceinture de Kuiper et plus encore.
Et JWST utilisera un appareil spécialisé pour bloquer la lumière de certaines étoiles éloignées, permettant à l'observatoire de prendre des photos de tout objet en orbite autour de ces étoiles - comme exoplanètes. Ces planètes brilleront dans l'infrarouge, et la lumière de ces planètes sera modifiée par les produits chimiques et les éléments dans leurs atmosphères, les produits chimiques et les éléments qui pourraient être des signes de vie.
Du chasseur ET au révélateur de l'aube cosmique, le JWST vaudra certainement la peine d'attendre.
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En savoir plus en écoutant l'épisode "Le James Webb vaut-il la peine d'attendre?" sur le podcast Ask A Spaceman, disponible sur iTunes et sur le Web à http://www.askaspaceman.com. Merci à @SethDSanders, @hhyech, White I. et Veljo U. pour les questions qui ont mené à cette pièce! Posez votre propre question sur Twitter en utilisant #AskASpaceman ou en suivant Paul @PaulMattSutter et facebook.com/PaulMattSutter.
