James Webb Space Telescope


James Webb Space Telescope

James Webb Space Telescope

James Webb Space Telescope

Vue d'artiste du James Webb Space Telescope
Vue d'artiste du James Webb Space Telescope

Caractéristiques
Organisation NASA, ESA, ASC
Domaine {{{domaine}}}
Masse ~ 6 200 kg
Lancement 2014
Lanceur {{{lanceur}}}
Fin de mission {{{fin}}}
Durée {{{durée}}}
Durée de vie {{{durée de vie}}}
Désorbitage
Autres noms {{{autres_noms}}}
Programme {{{programme}}}
Index NSSDC {{{nssdc}}}
Site
Orbite Orbite solaire
Périapside {{{périapside}}}
Périgée {{{périgée}}}
Apoapside {{{apoapside}}}
Apogée {{{apogée}}}
Altitude {{{altitude}}}
Localisation L2
Période 1 an
Inclinaison {{{inclinaison}}}
Excentricité {{{excentricité}}}
Demi-grand axe {{{demi-grand axe}}}
Orbites {{{orbites}}}
Télescope
Type Réflecteur Cassegrain
Diamètre 6,5 m
Superficie 25 m2
Focale 131,4 m
Champ {{{télescope_champ}}}
Longueur d'onde Infrarouge
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Le James Webb Space Telescope (JWST), anciennement appelé « Next Generation Space Telescope » (NGST), est un télescope spatial développé par la NASA avec le concours de l'Agence spatiale européenne (ESA) et de l'Agence spatiale canadienne (CSA). Il doit succéder en 2014[1] au télescope spatial Hubble.

JWST est un télescope qui effectue ses observations dans l'infrarouge. Il est doté d'un miroir primaire de grande dimension qui lui permet de collecter une image 9 fois plus vite que Hubble (6,5 mètres de rayon pour 2,4 mètres pour Hubble). La résolution de ses instruments doit être utilisée, entre autres, pour observer les premières étoiles et galaxies qui se sont formées après le Big Bang.

Le projet qui a démarré en 2002 entre en phase de fabrication[Quand ?]. Le télescope doit être lancé par une fusée Ariane 5 depuis Kourou et sera positionné au point de Lagrange L2 à 1,5 millions de km de la Terre. Il est prévu que sa mission dure 5 ans avec une possibilité de prolongation.

Sommaire

Objectifs scientifiques

Les quatre principaux objectifs scientifiques du JWST sont[2] :

  • la recherche de la lumière des premières étoiles et galaxies qui sont apparues dans l'univers après le big bang,
  • l'étude de la formation de la galaxie et de son évolution ;
  • la compréhension des mécanismes de formation des étoiles ;
  • l'étude des systèmes planétaires et de la formation de la vie.

Tous ces objectifs sont remplis de manière plus efficace en étudiant le rayonnement infrarouge que la lumière visible. Le décalage vers le rouge, la présence de poussières et la température très faible de la majorité des objets étudiés nécessitent que le télescope fasse ses observations dans l'infrarouge sur une longueur d'ondes comprise entre 0,6 et 28 microns. Pour que ces mesures ne soient pas perturbées par les émissions dans l'infrarouge en provenance du télescope lui-même et des ses instruments, l'ensemble doit être maintenu dans une gamme de températures (aux alentours de 40° Kelvin (soit -233,15°C).

À cet effet le télescope comporte un vaste bouclier thermique métallisé qui renvoie les rayons infrarouges en provenance du Soleil, de la Terre et de la Lune. Le JWST sera positionné au point de Lagrange L2 ce qui permet au télescope d'avoir systématiquement le bouclier thermique entre ses capteurs et les 3 astres[3].

Le télescope JWST prend le relais du télescope spatial Hubble qui arrivera en fin de vie au moment de son lancement. Il ne couvre toutefois qu'une partie du spectre lumineux dans le visible que pouvait observer son prédécesseur.

Déroulement de la mission

Position du point de Lagrange L2, sur lequel sera positionné le télescope

D'une masse d'environ 6 200 kg, l'observatoire spatial doit être mis en orbite en juin 2014 par une Ariane 5 ECA depuis le centre spatial de Kourou en Guyane française. Après avoir rejoint le point de Lagrange L2 distant de 1,5 millions km de la Terre, il doit subir une phase de recette de 6 mois destinée à vérifier le fonctionnement de ses instruments et les étalonner. Le télescope entame alors sa mission scientifique. Il est prévu que sa durée de vie soit au minimum de 6 ans mais son fonctionnement peut être prolongé au delà de cette durée et le télescope a été conçu à cet effet.

Contrairement au télescope spatial Hubble situé à 600 km d'altitude seulement, il n'est pas prévu de réaliser des opérations maintenance ou de correction en cas d'erreur de conception.

Historique

Le développement du télescope, à l'époque baptisé « Next Generation Space Telescope » (NGST) est envisagé par la NASA depuis de nombreuses années mais n'a été lancé qu'en 2002 avec une date de mise en service prévue en 2010. À cette époque il a été rebaptisé « James Webb Space Telescope », en hommage au second administrateur de la NASA, James E. Webb[4].

Caractéristiques

Taille du miroir primaire comparée à celle du télescope Hubble

Le télescope comprend 4 sous-ensembles :

  • la plate-forme (ou bus) qui regroupe toutes les fonctions de support : contrôle et maintien de l'orbite, alimentation électrique, contrôle thermique et communications avec la Terre et entre les équipements de l'observatoire ;
  • le bouclier thermique qui doit protéger les parties les plus sensibles du télescope des infrarouges en provenance du Soleil, de la Terre et de la Lune ainsi que de ses propres équipements ;
  • le télescope qui collecte le rayonnement infrarouge et le renvoie vers les instruments scientifiques ;
  • la charge utile qui porte l'appellation d'ISIM (Integrated Science Instrument Module) qui prend la forme d'un boitier quadrangulaire dans lequel sont regroupés les 4 instruments scientifiques qui doivent analyser le rayonnement infrarouge collecté.

La plate-forme

L'observatoire s'articule autour de la plate-forme qui comprend les panneaux solaires pour produire l'énergie électrique, les petits moteurs-fusée et les réservoirs d'ergols qui permettent à l'observatoire spatial de corriger son orbite et participent au pointage du télescope, les antennes permettant de recevoir les instructions depuis la Terre et de renvoyer les données scientifiques et les paramètres de fonctionnement, l'électronique et l'informatique qui gère le fonctionnement du télescope et enfin un système de réfrigération utilisé pour refroidir un des instruments. Le contrôle de l'orientation est primordial pour effectuer les observations de longue durée qui exigent une précision de 0,01µrad[5].

Le bouclier thermique

Le bouclier thermique est composé d'une grande surface de forme hexagonale allongée, de la taille d'un court de tennis constitué de 6 couches de polymère métallisé. Un ensemble de poutrelles et de câbles permet son déploiement une fois le télescope en orbite. Il divise l'observatoire spatial en deux parties : une partie chaude exposée au rayonnement en provenance du Soleil de la Terre et de la Lune. De ce ce côté se trouve également la plate-forme qui est elle-même une source d'infrarouge. La partie froide sur l'autre face du bouclier thermique comprend le télescope et les instruments scientifiques. Le bouclier permet également de réduire les variations thermiques qui pourraient déformer le miroir primaire[6].

Le télescope

La partie optique comprend 2 miroirs. Le réflecteur primaire d'un diamètre de 6,5 m environ et d'une masse de 705 kg, qui se compose de 18 éléments hexagonaux en béryllium, un peu moins de trois fois le diamètre du télescope Hubble (2,4 m). Son pouvoir de résolution atteint 0,1 seconde d'arc dans le domaine infrarouge (0,6' à 27 microns de longueur d'onde). Il est lancé replié pour tenir sous la coiffe de la fusée. Le miroir secondaire concentre la lumière du miroir primaire et la renvoie vers les instruments stockés dans l'ISIM. Le miroir primaire, qui a une surface 6 fois plus importante que Hubble permet au télescope de collecter 9 fois plus vite une image que son prédécesseur[7].

Le béryllium a été retenu parce que c'est un métal résistant, léger et d'une bonne tenue mécanique aux températures très froides prévues. La couche de béryllium est épaisse de 1 mm ce qui permet de limiter la masse totale du miroir primaire à 625 kg contre 1 tonne pour le miroir en verre de Hubble. L'optique est optimisée pour le proche et le moyen infrarouge mais permet de recueillir une partie des rayonnements du spectre visible[8].

Les instruments scientifiques

L'ISIM comprend 3 instruments principaux et un instrument secondaire :

  • NIRCam (Near-InfraRed Camera) est une caméra grand champ fonctionnant dans proche infrarouge de 0,6 à 5 µm ;
  • NIRSpec (Near-InfraRed Sprectrometer) : est un spectromètre multi-objets fonctionnant dans le proche infrarouge de 1 à 5 µm ;
  • MIRI (Mid InfraRed Instrument) : est un ensemble comportant une caméra et spectromètre fonctionnant dans le proche infrarouge de 5 à 28 µm ;
  • le FGS (Fine Guidance System), système de guidage fin, inclue un filtre imageur proche infrarouge couvrant les longueurs d'ondes de 0,6 à 5 µm.

Avancement du projet

Une maquette à l'échelle 1 devant l'équipe projet

Le programme JWST se trouve dans la phase finale de conception et de fabrication (Phase C). La prochaine étape est le revue critique de conception actuellement programmée en mars 2010. Northrop Grumman est l'industriel chef de file pour la construction du télescope. Le miroir est fourni par la firme américaine Ball Aerospace. Les instruments scientifiques sont construits par des laboratoires et des universités.

En 2005 le cout du projet était estimé à 4,5 milliards de dollars dont 3,3 milliards pour la conception, la construction, le lancement et la mise en marche et environ 1 milliard pour la phase opérationnelle estimée à 10 ans[9].

L'Agence Spatiale Européenne ESA contribue à hauteur de 300 millions d'euros[10]. Ce budget comprend :

  • la prise en charge du lancement par une fusée Ariane 5 ;
  • la réalisation de l'instrument MIRI (Mid InfraRed Instrument) dont l'un des deux sous-ensembles, l'imageur MIRI, est développé sous maitrise d'œuvre du CNES ;
  • la réalisation de l'instrument NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph).

L'agence spatiale canadienne contribue au projet à hauteur de 39 millions de dollars canadiens. Le Canada doit développer l'instrument FGS (Fine Guidance Sensor)[11].

Notes et références

  1. (en) The James Webb Space Telescope sur le site de la NASA
  2. Maggie Masetti; Anita Krishnamurthi, « JWST Science », 2009, NASA
  3. Maggie Masetti; Anita Krishnamurthi, « Why does JWST need to be at [[{{{1}}}] [[Discussion {{{1}}}| ]]·] », 2009, NASA
  4. NASA Announces Contract for Next-Generation Space Telescope Named After Space Pioneer, 2002, Site Hubble
  5. Télescope JWST, 2009, CNES
  6. JWST Observatory: The Sunshield, 2009, NASA
  7. JWST Observatory: Webb Telescope's Mirrors, 2009, NASA
  8. JWST Observatory: Frequently Asked Questions (FAQ), 2009, NASA
  9. James Webb Space Telescope (JWST), National Academy of Science
  10. (9 June 2004). European agreement on James Webb Space Telescope’s Mid-Infrared Instrument (MIRI) signed. Communiqué de presse.
  11. Canadian Space Agency: Canada's Contribution to NASA's James Webb Space Telescope., Canadian Corporate News

Voir aussi

Lien externe

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