Télescope spatial James Webb : comment le lancement de l’observatoire le plus complexe au monde va se dérouler sur le fil du rasoir

par Leigh Fletcher, Associate Professor in Planetary Sciences, University of Leicester, John Pye, Senior research fellow, University of Leicester, Piyal Samara-Ratna, Principal Engineer, University of Leicester, UK

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Lorsque l’immense bruit de la fusée Ariane 5 retentira sur le port spatial européen en Guyane française, il marquera la fin d’un voyage qui aura duré des décennies. Au sommet de la fusée sera perché le télescope spatial James Webb (JWST), l’observatoire le plus sophistiqué et le plus complexe jamais construit. Un énorme miroir de 6,5 mètres de diamètre, composé de 18 segments plaqués or, sera délicatement replié pour s’insérer dans la pointe avant.

Cette précieuse cargaison transporte les espoirs et les rêves de milliers d’ingénieurs et de scientifiques comme nous qui ont travaillé si longtemps pour faire de cet observatoire une réalité. Nous allons sans doute tous retenir notre souffle.

Si tout se passe bien, l’humanité disposera d’un nouvel œil sur le cosmos, avec des capacités qui dépasseront de loin tout ce qui a été fait auparavant. Le télescope accédera à des royaumes qui nous étaient jusqu’alors cachés, car trop éloignés, trop froids ou trop faibles pour le vénérable télescope spatial Hubble.

Comme la lumière des premières étoiles a été étirée par l’expansion de l’univers pendant 13 milliards d’années, nous avons besoin d’instruments fonctionnant dans l’infrarouge, que nous pouvons ressentir comme de la chaleur, pour scruter cette époque mystérieuse de l’histoire cosmique. Le JWST est si sensible qu’il pourrait théoriquement détecter la signature thermique d’un bourdon à la distance de la Lune.

Nous sommes sur le point de faire de nouvelles découvertes sur les origines de notre univers et sur la place que nous y occupons, des découvertes qui rempliront les pages des manuels scolaires de demain.

Mais avant que cela ne se produise, nous devons faire face à une attente angoissante. Non seulement pendant le lancement intense qui portera le JWST, d’une valeur de 10 milliards de dollars américains, hors de portée de nos mains humaines, mais aussi pendant les mois tendus de déploiement, de tests et de transfert vers un avant-poste isolé, en préparation de la « première lumière » d’une installation qui a été décrite comme le « pari astronomique le plus coûteux de l’histoire ».

Aucun autre observatoire spatial n’a été soumis à autant de tests et d’examens que le JWST. Il a survécu aux annulations, aux changements de conception et aux erreurs techniques. Il a également survécu à des problèmes budgétaires, à des catastrophes naturelles telles que l’ouragan Harvey, à une pandémie et même à la menace de piraterie lors de son voyage de la Californie à la Guyane française via le canal de Panama.

Le fait qu’il ait résisté à ces tempêtes est un témoignage de l’équipe internationale responsable de l’observatoire, un partenariat mondial dirigé par la Nasa, l’Agence spatiale européenne (Esa) et l’Agence spatiale canadienne, mais englobant des centaines d’institutions à travers le monde.

Le lancement et au-delà

Avec tant d’années et de carrières investies dans le JWST, tous les yeux seront rivés sur la fusée lorsqu’elle franchira la tour du port spatial. Alors que le monde retient son souffle, le périlleux voyage du JWST ne fait que commencer. Au cours des semaines qui suivront, un ensemble époustouflant de mécanismes et de déploiements séquentiels devra fonctionner parfaitement, chaque étape ajoutant un risque au processus.

Une fois que le gréement qui protège le télescope se sera détaché, l’observatoire déploiera ses dispositifs de communication et ses panneaux solaires, et entamera son voyage de 29 jours vers le « point de Lagrange » (L2) – une position où les forces gravitationnelles du Soleil, de la Terre et les mouvements orbitaux d’un vaisseau spatial interagissent pour créer un emplacement stable – à environ 1,5 million de kilomètres de notre planète. Ariane enverra le JWST directement à cet endroit sans orbiter d’abord autour de la Terre, mais de petites fusées seront lancées au cours du premier jour pour ajuster la trajectoire, puis une dernière mise à feu insérera l’observatoire en orbite autour de L2 un mois plus tard.

Au cours de son voyage vers sa destination, il exécutera un déploiement délicat, dansant sur une chorégraphie qui a nécessité des années de préparation. Pour extraire la faible lumière infrarouge des étoiles et galaxies lointaines, l’observatoire doit être froid afin de ne pas être aveuglé par sa propre chaleur infrarouge. Pour ce faire, il tourne le dos au Soleil et utilise un énorme parasol – un bouclier solaire de la taille d’un court de tennis, composé de cinq couches de plastique fin recouvert d’aluminium réfléchissant et de silicium dopé, durable pour résister aux chocs d’une nuée de minuscules météorites. Ce pare-soleil sera le premier à se déployer, environ une semaine après le lancement.

Cette étape sera suivie par le déploiement des pétales du miroir primaire. Les dix-huit segments doivent être alignés dans l’espace, en les ajustant et en les focalisant pour qu’ils fonctionnent ensemble comme un miroir géant. Ces déploiements impliqueront 344 étapes individuelles, ce qui rendra l’attente très éprouvante pour l’équipe sur Terre. Si quelque chose se passe mal, nous ne pouvons pas aller le réparer, car c’est tout simplement trop loin.

Des mois de tests, d’étalonnage, d’alignement et d’autres tests suivront, alors que le télescope sera refroidi à 40K (-233°C). L’un des instruments, appelé MIRI, doit être encore plus froid, à seulement 7K (-266°C). Cela sera possible en l’isolant thermiquement du reste de l’observatoire sur de longues jambes, et en utilisant un réfrigérateur spécial à l’hélium.

Une abondance astronomique attendue

Quelque six mois après son lancement, le JWST ouvrira enfin les yeux sur le cosmos. Il remontera dans le temps, jusqu’à quelques millions d’années après le Big Bang, pour assister à la fin de l’âge des ténèbres, lorsque la matière s’est unie pour former les plus simples étoiles d’hydrogène et d’hélium. Cette époque inexplorée a ouvert la voie aux origines des galaxies, façonnant notre cosmos moderne et ensemençant l’univers d’éléments complexes.

Le télescope étudiera également les atmosphères des planètes autour d’autres étoiles afin de comprendre leurs origines et leur habitabilité potentielle. Plus près de nous, le JWST tournera son regard vers les mondes de notre système solaire et explorera les vestiges rocheux et glacés laissés par la naissance des planètes.

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L’instrument MIRI, sur lequel nous avons travaillé ici à l’université de Leicester, est essentiel à cet égard. Il s’agit de l’un des quatre instruments qui permettront de tenir les promesses scientifiques du JWST. MIRI a été construit par un partenariat transatlantique de dix pays européens et des États-Unis, dirigé conjointement par le professeur Gillian Wright du Centre de technologie astronomique (ATC) du STFC à Édimbourg et le professeur George Rieke de l’université d’Arizona.

Seul instrument dans l’infrarouge moyen de la trousse à outils du JWST, MIRI fournira des images et une spectroscopie – une technique qui décompose la lumière en longueurs d’onde spécifiques – permettant de dégager les signatures chimiques des cibles astronomiques du JWST.

Il ne fait aucun doute que le JWST ouvrira les écluses de la science et pourrait conduire à des découvertes inattendues que les visionnaires du JWST n’ont même pas encore imaginées. Nous nous tenons sur ce seuil, en espérant que cet observatoire complexe pourra enfin réaliser nos ambitions.

Traduction : la Rédaction de Citizen4Science – Lien vers l’article original

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