James Webb, la relève du télescope spatial Hubble

Lancé dans l’espace le 25 décembre 2021, le télescope spatial James Webb (abrégé en JWST pour James Webb Space Telescope) a pour objectif d’assurer la succession du télescope Hubble, lancé en 1990, et ayant beaucoup contribué à l’obtention d’images et de données sur l’univers. James Webb a pris le nom d’un ancien administrateur de la Nasa présent notamment lors du programme Apollo visant à aller sur la Lune. Un premier cliché a été pris le 12 juillet, et représente un ensemble de galaxies lointaines. Voyons comment James Webb a été conçu et comment il fonctionne.

L’histoire mouvementée de Hubble

Hubble a été un outil capital pour les astronomes du monde entier, car il a servi à obtenir de nombreuses données sur l’univers (ce dernier est âgé de 13,8 milliards d’années). Malgré tout, il a connu de nombreux ratés au début de sa vie, notamment un défaut de conception du miroir qui rendait ses photos floues, et qui a été corrigé par un dispositif reproduisant le principe des lunettes. Il y a également eu une anomalie des panneaux solaires, qui se dilataient sous l’effet du passage du froid extrême à la chaleur, causant des secousses empêchant la stabilisation parfaite du télescope et donc la prise de photo correctement cadrée. Ces panneaux ont dû être changés par une équipe d’astronautes.

La conception de James Webb

Créé par l’agence spatiale de la Nasa avec l’aide de ses équivalents européen (ESA) et canadien (ASC), James Webb est le télescope le plus cher et le plus grand jamais envoyé dans l’espace. Il a coûté plus de 10 milliards de dollars, et mesure 21 mètres de long avec le bouclier solaire déployé, ce qui représente la taille d’un terrain de tennis.

Ce télescope possède des panneaux solaires pour s’alimenter en énergie, et un miroir composé de panneaux dorés hexagonaux. Ce miroir a un diamètre de 6,5 mètres et une surface totale de 25 mètres carrés. À titre de comparaison, le miroir de Hubble a un diamètre de seulement 2,4 mètres, ce qui ne l’a pas empêché de fournir des images à couper le souffle, comme la nébuleuse de l’aigle, où le télescope a capturé des images de la formation d’étoiles.

Le fonctionnement de James Webb

Une différence majeure sépare Hubble et James Webb : il s’agit de leurs instruments, qui ne détectent pas le même intervalle de longueurs d’onde de la lumière.

Hubble détecte la lumière dont la longueur d’onde est comprise entre 115 et 2500 nanomètres, ce qui correspond à la lumière visible par l’être humain et au début des infrarouges. James Webb, quant à lui, est sensible aux longueurs d’onde de 600 à 28000 nanomètres, ce qui équivaut à l’orange-rouge visible et aux infrarouges moyens.

La détection employée par James Webb permet de voir les astres émettant des rayonnements infrarouges, plus froids que les étoiles diffusant dans le visible, comme des planètes ou des naines brunes (étoiles froides). L’infrarouge possède aussi l’avantage de pouvoir traverser les nuages de poussières ou de gaz, ce qui permet de voir ce qui est caché derrière, comme par exemple des étoiles en cours de formation. Le télescope peut donc observer des étoiles lointaines dans les confins de l’univers, ou même découvrir des exoplanètes.

Pour utiliser ce type de détection, il est impératif d’utiliser un télescope spatial, car les rayonnements infrarouges sont absorbés par les gaz de l’atmosphère, qui émettent eux aussi ce type de rayonnement qui parasite les mesures, tout comme la Terre du fait de sa température.

C’est pour cela que James Webb doit être placé loin de notre planète et des satellites naturels, sur une orbite autour d’un point de l’espace nommé “point de Lagrange L2” situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre.

Le télescope a atteint sa destination le 24 janvier 2022. L’inconvénient de se trouver si loin est que s’il y a un problème, il est impossible de réparer le télescope. Heureusement, aucune défaillance n’est survenue pour le moment.

Les instruments de James Webb sont également très sensibles à la chaleur, ce qui est un problème, car il est constamment éclairé par la lumière du Soleil. C’est pour cela que le télescope est équipé d’un bouclier thermique pour bloquer les radiations de notre étoile et garder les instruments à la température du vide spatial (entre -230°c et -240°c).

Ce bouclier est constitué de Kapton, un matériau résistant à la chaleur, recouvert d’autres matériaux, tels que de l’aluminium, pour mieux réfléchir la lumière.

Pour que les instruments de James Webb reçoivent la lumière, celle-ci est collectée et concentrée par le miroir primaire (le grand miroir) vers le miroir secondaire (le petit miroir, il mesure 74 centimètres de diamètre), qui la reflète vers un troisième, puis un quatrième miroir par un trou dans le miroir primaire pour améliorer et stabiliser l’image avant de la transmettre aux instruments.

Ces instruments sont regroupés dans l’ISIM (Integrated Science Instrument Module), et sont au nombre de quatre :

• une caméra, nommée NIRCam, pour l’infrarouge proche ;
• un spectromètre (un instrument décomposant la lumière en différentes longueurs d’onde) utilisé lui aussi pour l’infrarouge proche, appelé NIRSpec ;
• deux spectro-imageurs (ils regroupent un spectromètre et une caméra) : MIRI destiné à l’infrarouge moyen, et NIRISS pour l’infrarouge proche.

James Webb dispose également d’un système de guidage fin pour se positionner lors de ses observations.

Le télescope est conçu pour résister à des collisions avec des micrométéorites (météoroïde dont la taille est comprise entre la poussière interplanétaire et l’astéroïde). Un tel choc a d’ailleurs eu lieu entre le 23 et le 25 mai 2022, mais aucun dégât n’a été fait, car l’objet mesurait 1 centimètre de diamètre.

Il avait initialement été prévu que la mission de James Webb dure 10 ans, mais le lancement ayant suivi parfaitement la trajectoire prévue, le carburant de secours n’a donc été que très peu utilisé, c’est pourquoi la mission peut durer 20 ans.

Antoine Miginiac
16 ans, seconde, Saint-Baldoph (73)