À quoi s'attendre du lancement du télescope spatial James Webb de la NASA

Le jour de Noël, la NASA offre aux astronomes l'un des plus beaux cadeaux qu'elle puisse offrir en lançant le télescope spatial le plus puissant jamais créé. Appelé James Webb Space Telescope, ou JWST, l'observatoire spatial est censé être le successeur du télescope spatial Hubble de la NASA déjà en orbite autour de la Terre. Et cela promet de transformer complètement la façon dont nous étudions le cosmos.

Arborant le plus grand miroir de tous les télescopes spatiaux jamais lancés, JWST est chargé de collecter la lumière infrarouge de certaines des étoiles et galaxies les plus éloignées de l'Univers. Grâce à cette capacité, le télescope sera capable de scruter très loin dans le temps, imageant certains des premiers objets à s'être formés juste après le Big Bang. En plus de cela, il percevra les mystères des trous noirs supermassifs, des mondes extraterrestres lointains, des explosions stellaires, de la matière noire, et plus encore.

il percevra les mystères des trous noirs supermassifs, des mondes extraterrestres lointains, des explosions stellaires, de l'obscurité matière, et plus encore

La NASA a travaillé pendant près de trois décennies pour fabriquer ce télescope et l'amener à la rampe de lancement. Maintenant, le télescope est enfin prêt à être lancé au sommet d'une fusée européenne Ariane 5 depuis le principal site de lancement européen à Kourou, en Guyane française en Amérique du Sud, le samedi 25 décembre. Mais une fois le télescope dans l'espace, il reste encore un long chemin à parcourir. Parce que JWST est si massif, il doit voler dans l'espace replié. Une fois dans l'espace, il subira un processus de déploiement complexe qui prendra jusqu'à deux semaines. Et cet origami inversé doit aller parfaitement pour que le télescope fonctionne correctement.

Pendant ce temps, JWST se rendra dans un endroit très froid situé à 1 million de kilomètres de la Terre, où le vaisseau spatial vivra sa vie, collectant autant de lumière infrarouge que possible. C'est un lancement et une mission extrêmement compliqués, avec de nombreuses opportunités pour que les choses tournent mal en cours de route. Mais si tout se passe bien, les astronomes du monde auront à leur disposition un outil incroyablement puissant pour les cinq à dix prochaines années.

Lisez la suite pour en savoir plus sur l'un des lancements les plus importants de la NASA de la décennie.

Les caractéristiques impressionnantes

La première chose à savoir sur JWST est qu'il est énorme. Le télescope arbore un miroir collecteur de lumière d'une largeur de plus de 21 pieds ou 6,5 mètres. À titre de comparaison, le miroir de Hubble mesure un peu moins de 8 pieds, ou 2,4 mètres, et il est à l'origine de l'imagerie de certains des objets les plus emblématiques que nous ayons jamais vus dans l'Univers. Grâce à son miroir plus grand, JWST sera entre 10 et 100 fois plus sensible que Hubble, lui permettant de repérer des objets très faibles dans le ciel.

“Vous pouvez en quelque sorte penser à un miroir de télescope comme à un seau lumineux”, a déclaré à The Verge Amber Straughn, scientifique adjointe du projet JWST au Goddard Space Flight Center de la NASA. « Plus le miroir est grand, ou plus le seau est grand, plus vous collectez de choses. Et bien sûr, dans ce cas, il s'agit de photons de lumière provenant de l'Univers lointain. »

Le miroir principal de JWST est en cours de test à Northrop Grumman Image : Northrop Grumman

Pour assembler ce miroir massif, les ingénieurs de JWST ont dû le construire en morceaux. Il est composé de 18 segments hexagonaux d'un élément léger en béryllium, chacun ayant à peu près la taille d'une table basse. Ensemble, les segments doivent s'aligner presque parfaitement, se déplaçant si précisément qu'ils sont alignés à une fraction de longueur d'onde de la lumière, ce qui correspond à environ 1/10 000e du diamètre d'un cheveu humain.

“Chaque miroir doit correspondre aux autres miroirs avec une très petite tolérance de sorte que lorsqu'ils sont alignés, ils agissent comme s'il s'agissait d'un seul miroir, ” Lee Feinberg, le responsable des éléments du télescope optique pour JWST au Goddard Space Flight Center de la NASA, a déclaré à The Verge.

” ils agissent comme s'ils étaient un miroir unique ”

Une caractéristique clé du miroir est qu'il est recouvert d'une couche d'or environ 200 fois plus fine que la moyenne des cheveux humains. L'or est ce qui permet à JWST de voir dans l'infrarouge, un type de lumière associé à certaines des galaxies et étoiles les plus éloignées du cosmos. Parce que l'Univers est en expansion, les objets les plus éloignés de la Terre s'éloignent beaucoup plus rapidement que les objets qui sont plus proches de nous. Plus ils s'éloignent rapidement, plus leur lumière s'étire, se déplaçant de la partie visible du spectre vers l'infrarouge. Avec ses miroirs en or, JWST devrait être capable de voir la lumière infrarouge des galaxies situées jusqu'à 13,6 milliards d'années-lumière de la Terre.

Et c'est ce qui fait du télescope une fenêtre sur le passé. La lumière provenant d'objets distants de 13,6 milliards d'années-lumière aura mis autant d'années pour atteindre le miroir du télescope. Puisque nous pensons que l'Univers a environ 13,8 milliards d'années, cela signifie que ces objets étaient environ 100 à 250 millions d'années après le Big Bang.

Cependant, l'observation dans l'infrarouge est incroyablement difficile. La lumière infrarouge est associée à la chaleur, qui est émise par tout ce dont la température est supérieure au zéro absolu. JWST ne peut pas vivre sur l'orbite de notre planète ou n'importe où sur le sol ; la chaleur de la Terre et de son atmosphère perturberait les observations. Même le télescope lui-même doit être très froid pour ne pas produire trop de chaleur et perturber ses propres observations. C'est pourquoi JWST est envoyé dans un endroit situé à 1 million de kilomètres de notre monde, connu sous le nom de point de Lagrange entre la Terre et le Soleil, où l'attraction de la gravité et des forces centrifuges sont idéales pour que le télescope reste sur une orbite stable. À ce point de Lagrange, JWST restera à peu près à la même distance et position de la Terre à tout moment.

Même à cette distance lointaine, la chaleur du Soleil est toujours un problème. Pour rester au frais, JWST est équipé de ce qu'on appelle un pare-soleil. Il est composé de cinq couches ultrafines d'un matériau appelé Kapton, chacune de la taille d'un court de tennis empilées les unes sur les autres. La couche la plus externe sera toujours face au soleil et reflétera la majeure partie de sa chaleur, fonctionnant à une température torride de 230 degrés Fahrenheit. Mais chaque couche successive sera de plus en plus froide afin que les instruments de JWST restent agréables et cryogéniques, fonctionnant à environ moins 370 degrés Fahrenheit.

Une histoire troublée

Le voyage de JWST vers la rampe de lancement a été long et cahoteux. Après des années de discussion sur ce à quoi devrait ressembler le prochain grand télescope spatial après Hubble, les astronomes du Space Telescope Science Institute ont officiellement recommandé en 1996 que la NASA construise un nouveau télescope spatial infrarouge avec un miroir de 4 mètres de large. Mais l'administrateur de la NASA à l'époque, Dan Goldin, a décidé que 4 mètres n'était pas assez grand et a demandé aux concepteurs de la mission d'augmenter la taille à plus de 8 mètres.

Cette décision a rendu la construction du vaisseau spatial beaucoup plus complexe. Le miroir massif signifiait que JWST devait être lancé replié car aucune fusée disponible n'était assez grande pour abriter le vaisseau spatial dans sa configuration finale. Et la vérité était que les technologies nécessaires pour faire du télescope une réalité – comme le système et la mécanique nécessaires pour aligner parfaitement ces miroirs – devaient encore être inventées.

“Le problème suivant était que c'est beaucoup plus cher que nous le pensions”, a déclaré à The Verge Thomas Zurbuchen, administrateur associé de la Direction des missions scientifiques de la NASA.

” c'est bien plus cher qu'on ne le pensait”

Initialement, les astronomes espéraient lancer JWST entre 2007 et 2011, pour un coût estimé entre 1 milliard et 3,5 milliards de dollars. Mais au fil des décennies, les coûts de JWST ont continué d'augmenter, tandis que sa date de lancement a été repoussée. Finalement, les législateurs ont proposé d'annuler complètement le projet sur le budget boule de neige. La NASA a ensuite remanié complètement la mission en 2011, et le Congrès a accepté de continuer à financer le projet tout en plafonnant la durée de vie totale du télescope à 8,8 milliards de dollars. Une nouvelle date de lancement a été fixée pour 2018.

Mais les coûts ont continué d'augmenter tandis que le développement s'est arrêté. Pendant ce temps, alors que les ingénieurs commençaient à assembler le télescope et à le tester pour se préparer à l'espace, il y avait toutes sortes de problèmes. Alors que le télescope était à Northrop Grumman, l'entrepreneur principal du vaisseau spatial, des vis et des rondelles se sont apparemment détachées du véhicule à un moment donné, les ingénieurs ont trouvé des déchirures dans le pare-soleil et quelqu'un a appliqué une tension excessive pendant un test, pour ne citer que quelques erreurs. Finalement, en 2018, La NASA a fixé un coût final pour le programme : un énorme 9,7 milliards de dollars pour couvrir à la fois le développement et les opérations du vaisseau spatial dans l'espace. L'agence a également admis qu'elle ne serait pas lancée cette année-là.

De nouvelles controverses ont surgi à propos de JWST lors de la dernière ligne droite du télescope. Plus tôt cette année, un groupe d'astronomes a fait part de ses inquiétudes au sujet de l'homonyme du télescope, James Webb, un administrateur de la NASA pendant le programme Apollo qui a supervisé le plan ambitieux des États-Unis visant à envoyer des personnes sur la Lune. Dans un article publié dans Scientific American, trois astronomes ont appelé la NASA à renommer le télescope, citant le fait que Webb était un haut fonctionnaire de l'administration Truman pendant la Lavender Scare – lorsque des personnes LGBTQ ont été ciblées et expulsées de la main-d'œuvre fédérale. . En fin de compte, la NASA a décidé de ne pas renommer le télescope après avoir mené sa propre enquête interne et affirmé qu'elle ne pouvait pas trouver de preuves que Webb avait été impliqué. Cependant, l'enquête a été critiquée pour ne pas être assez approfondie.

“Il n'y a pas d'erreurs mineures sur Webb qui ont de petites conséquences. Il faut être proche de la perfection.

Avec son nom controversé toujours intact, JWST a finalement été expédié sur son site de lancement en Guyane française en octobre. Côté marque, ses déboires ne se sont pas arrêtés à son arrivée en Amérique du Sud. Le lancement du télescope était initialement prévu pour le 18 décembre, mais a été retardé à deux reprises en raison de quelques incidents, notamment une bande de serrage cassée qui a envoyé des vibrations inattendues à travers le télescope et un problème de communication imprévu entre la fusée et ses systèmes au sol. Le problème de la pince a été résolu, mais ce dernier est toujours en cours – bien que la NASA prétende que cela ne devrait pas être un problème pour le lancement.

Comme l'explique Zurbuchen, toutes les précautions doivent être prises en cas de problème se pose, aussi petit soit-il un problème que cela puisse paraître. Le vaisseau spatial a pris tellement de temps et a coûté tellement cher à construire que tout doit aller bien. Sinon, le risque est un télescope de 10 milliards de dollars qui est mort dans l'espace.

« Les petites erreurs… la grande majorité d'entre elles ont de petites conséquences », déclare Zurbuchen. “Il n'y a pas d'erreurs mineures sur Webb qui ont de petites conséquences. Vous devez être proche de la perfection.”

Le lancement n'est que le début

À partir de maintenant, JWST devrait être lancé le 25 décembre à 7h20 HE. Son voyage dans l'espace, la fusée Ariane 5, a été la première fusée d'Europe au cours des deux dernières décennies environ. En plus d'être une fusée très performante avec un solide record de lancement, la sélection d'Ariane 5 amène également les partenaires européens de la NASA dans ce qui est considéré comme une mission véritablement mondiale.

Le lancement lui-même devrait durer environ 26 minutes avant que JWST ne se sépare de la fusée Ariane 5. Bien qu'une fusée dans l'espace soit toujours risquée, il y a plus d'anxiété à venir lorsque JWST est réellement libre d'Ariane 5. “Le lancement n'est vraiment que le début”, déclare Straughn.

“Le lancement n'est vraiment que le début.”

Si tout se passe bien avec le décollage de JWST, c'est à ce moment-là que les «29 jours sur le bord» – un terme inventé par la NASA – commencent. C'est une phrase inquiétante pour décrire le processus de déploiement compliqué du télescope. Une fois libéré de la fusée et en route vers sa destination à 1 million de kilomètres de la Terre, le vaisseau spatial se déploiera lentement et s'épanouira comme une fleur mécanique.

La première chose que JWST doit faire juste après le lancement est de déployer son panneau solaire pour commencer à collecter l'énergie du Soleil nécessaire pour alimenter l'ensemble du vaisseau spatial. Au cours de sa prochaine journée dans l'espace, il déploiera son antenne à gain élevé nécessaire pour communiquer avec la Terre. Après cela, l'origami inversé vraiment sauvage commence. JWST va changer de forme et commencer à déployer son délicat pare-soleil, un processus qui devrait durer des jours. Si cela se passe bien, le télescope déploiera complètement son miroir primaire.

Même lorsque le déploiement est terminé après environ deux semaines, JWST ne sera pas à sa destination finale – il lui restera encore des semaines. A un peu moins d'un mois du lancement, le télescope déclenchera ses propulseurs embarqués pour se mettre dans sa position finale à son point de Lagrange prévu.

Inutile de dire que beaucoup d'astronomes, d'ingénieurs et de scientifiques ne se reposeront pas beaucoup tant que tout ne sera pas terminé. Et il y a de nombreux moments où une poulie défaillante ou un actionneur collant pourrait compromettre l'avenir de toute la mission.

Mais si tout se passe bien, la NASA aura bientôt des yeux incroyablement perçants dans le ciel. Le télescope devra passer un certain temps à se refroidir lorsqu'il atteindra son orbite finale, puis les ingénieurs auront besoin de quelques mois pour tester tous les instruments pour voir s'ils fonctionnent correctement. Mais JWST pourrait prendre ses toutes premières images à couper le souffle dès cet été. Pour les astronomes, l'attente en vaudra la peine.

« Je pense vraiment que ce télescope sera une transformation pour l'astrophysique », déclare Straughn. “Je pense que nous apprendrons des choses sur l'Univers qui nous surprendront complètement, et c'est l'une des perspectives les plus excitantes à chaque fois que nous mettrons un grand et audacieux télescope comme celui-ci dans l'espace. Nous apprenons des choses auxquelles nous ne nous attendions pas.”