MOSCOU, 17 décembre - RIA Novosti. L'observatoire orbital James Webb sera lancé dans l'espace à bord du lanceur européen Ariane 5, qui sera lancé dans l'espace proche de la Terre, vraisemblablement en octobre 2018, depuis le site de lancement de Kourou, a indiqué le bureau de presse de l'ESA.
Aujourd'hui, selon le PDG de l'ESA Johann-Dietrich Werner et le directeur du programme JWST de la NASA Eric Smith, les agences spatiales européenne et américaine ont signé un accord avec Arianespace en vertu duquel James Webb sera lancé dans l'espace à bord d'un lanceur européen.
Le nouveau télescope spatial James Webb (JWST) est le remplaçant officiel du télescope spatial Hubble, en orbite depuis 25 ans. Initialement, le nouveau véhicule devait être lancé en 2014, mais des dépassements de coûts importants et des retards de calendrier ont forcé la NASA à déplacer la date de lancement estimée de la mission d'abord à septembre 2015, puis à octobre 2018.
La conception du James Webb comprend un immense miroir d'un diamètre de 6,5 mètres (le diamètre du miroir Hubble est de 2,4 mètres) et un pare-soleil de la taille d'un court de tennis. En raison de leur taille, le miroir et le bouclier seront livrés au lanceur sous une forme pliée, puis ils s'ouvriront après le lancement du télescope dans l'espace. Les grandes dimensions du télescope et du bouclier, relevées par l'ESA, ont conduit au choix d'Ariane 5 comme système pour son lancement dans l'espace.
Scientifiques: les premières étoiles de l'Univers vivaient dans des familles proches et super brillantesLes grandes étoiles extrêmement brillantes qui ont éclaté dans les premiers instants de la vie de l'Univers n'étaient pas seules, comme on le pensait auparavant, et vivaient dans des familles stellaires proches, dont la luminosité totale pouvait être des centaines de millions de fois supérieure à la puissance de la lueur du Soleil.L'assemblage du télescope est maintenant arrivé au stade final et les ingénieurs de Lockheed Martin, qui est responsable de sa création, installent des miroirs hexagonaux James Webb, dont le polissage a été achevé il y a quatre ans. À ce jour, la NASA et la société aérospatiale ont installé cinq des 18 éléments de miroir primaire hexagonaux du télescope, ainsi que certains des miroirs secondaires et des instruments scientifiques.
La principale différence entre Hubble et James Webb réside dans les plages de fonctionnement : les instruments Hubble collectent des informations dans l'infrarouge, la lumière visible et l'ultraviolet, tandis que James Webb travaillera principalement dans l'infrarouge. À cet égard, le nouveau télescope peut également être considéré comme le successeur du plus grand observatoire infrarouge spatial au monde, Spitzer, lancé par la NASA le 25 août 2003.
Le télescope sera situé dans l'espace extra-atmosphérique au point de Lagrange L2, à 1,5 million de km de notre planète. Dans celui-ci, la Terre obscurcit presque complètement la lumière du soleil, sans interférer avec les observations, puisqu'elle fait face à L2 avec sa face non éclairée. Les forces gravitationnelles de la Terre et du Soleil feront en sorte que le télescope est relativement immobile par rapport à ces deux corps célestes.
De petits changements dans l'emplacement du James Webb, l'empêchant de quitter la zone de radioprotection, seront effectués à l'aide de moteurs correctifs. Être dans l'ombre de la Terre permettra au télescope de fonctionner sans refroidissement artificiel.
Avec chaque centimètre supplémentaire d'ouverture, chaque seconde supplémentaire de temps d'observation et chaque atome de fouillis atmosphérique supplémentaire retiré du champ de vision du télescope, l'Univers peut être vu mieux, plus profondément et plus clairement.
25 ans de Hubble
Lorsque le télescope Hubble est devenu opérationnel en 1990, il a inauguré une nouvelle ère en astronomie : l'espace. Il n'y avait plus de combats avec l'atmosphère, plus de soucis pour les nuages ou le scintillement électromagnétique. Il suffisait de déployer le satellite vers la cible, de le stabiliser et de collecter des photons. En 25 ans, les télescopes spatiaux ont commencé à couvrir tout le spectre électromagnétique, permettant pour la première fois de voir l'univers à toutes les longueurs d'onde de la lumière.
Mais à mesure que nos connaissances ont augmenté, notre compréhension de l'inconnu a augmenté. Plus nous regardons dans l'univers, plus le passé que nous voyons est profond : le temps fini depuis le Big Bang, combiné à la vitesse finie de la lumière, fournit une limite à ce que nous pouvons observer. De plus, l'expansion de l'espace elle-même travaille contre nous, étirant les étoiles alors qu'elles voyagent à travers l'univers jusqu'à nos yeux. Même le télescope spatial Hubble, qui nous donne l'image la plus profonde et la plus époustouflante de l'univers que nous ayons jamais découverte, est limité à cet égard.
Inconvénients de Hubble
Hubble est un télescope incroyable, mais il a un certain nombre de limitations fondamentales :
- Seulement 2,4 m de diamètre, ce qui le limite
- Bien qu'il soit recouvert de matériaux réfléchissants, il est constamment exposé à la lumière directe du soleil, ce qui le réchauffe. Cela signifie qu'en raison des effets thermiques, il ne peut pas observer des longueurs d'onde lumineuses supérieures à 1,6 microns.
- La combinaison d'une ouverture limitée et des longueurs d'onde auxquelles il est sensible signifie que le télescope ne peut voir que des galaxies datant de moins de 500 millions d'années.
Ces galaxies sont belles, lointaines et existaient lorsque l'univers n'avait qu'environ 4% de son âge actuel. Mais on sait que les étoiles et les galaxies existaient encore plus tôt.
Pour voir doit avoir une sensibilité plus élevée. Cela signifie passer à des longueurs d'onde plus longues et à des températures plus basses que Hubble. C'est pourquoi le télescope spatial James Webb est en cours de création.
Perspectives pour la science
Le télescope spatial James Webb (JWST) est conçu pour surmonter précisément ces limitations : avec un diamètre de 6,5 m, le télescope capte 7 fois plus de lumière que Hubble. Il ouvre la possibilité d'une ultra-spectroscopie haute résolution de 600 nm à 6 µm (4 fois la longueur d'onde que Hubble peut voir), effectuant des observations dans la région de l'infrarouge moyen avec une sensibilité plus élevée que jamais. Le JWST utilise un refroidissement passif à la température de surface de Pluton et est capable de refroidir activement les instruments à infrarouge moyen jusqu'à 7 K. Le télescope James Webb permettra la science d'une manière qui n'a jamais été réalisée auparavant.
Il permettra :
- observer les premières galaxies jamais formées;
- voir à travers le gaz neutre et sonder les premières étoiles et la réionisation de l'univers ;
- mener une analyse spectroscopique des toutes premières étoiles (population III) formées après le Big Bang ;
- obtenez des surprises incroyables comme la découverte des premiers quasars de l'univers.
Le niveau de recherche scientifique au JWST ne ressemble à rien dans le passé, c'est pourquoi le télescope a été choisi comme mission phare de la NASA dans les années 2010.
Chef-d'œuvre scientifique
D'un point de vue technique, le nouveau télescope James Webb est une véritable œuvre d'art. Le projet a parcouru un long chemin : il y a eu des dépassements de budget, des retards de calendrier et le risque d'annulation du projet. Après l'intervention de la nouvelle direction, tout a changé. Le projet a soudainement fonctionné comme sur des roulettes, les fonds ont été alloués, les erreurs, les échecs et les problèmes ont été pris en compte, et l'équipe JWST a commencé à respecter tous les délais, calendriers et budgets. Le lancement de l'appareil est prévu en octobre 2018 sur la fusée Ariane-5. Non seulement l'équipe respecte le calendrier, mais elle dispose de neuf mois pour tenir compte de toutes les éventualités afin de s'assurer que tout est mis en place et prêt pour cette date.
Le télescope James Webb se compose de 4 parties principales.
Bloc optique
Comprend tous les miroirs, dont les dix-huit miroirs dorés segmentés primaires sont les plus efficaces. Ils seront utilisés pour collecter la lumière des étoiles distantes et la concentrer sur des instruments d'analyse. Tous ces miroirs sont maintenant prêts et impeccables, réalisés dans les délais. Une fois assemblés, ils seront pliés en une structure compacte pour être lancés à plus d'un million de kilomètres de la Terre jusqu'au point de Lagrange L2, puis se déploieront automatiquement pour former une structure en nid d'abeille qui collectera la lumière à très longue portée pour les années à venir. C'est une très belle chose et le résultat réussi des efforts titanesques de nombreux spécialistes.
Caméra proche infrarouge
Webb est équipé de quatre instruments scientifiques 100% complets. La caméra principale du télescope est une caméra proche infrarouge allant de la lumière orange visible à l'infrarouge profond. Il fournira des images inédites des étoiles les plus anciennes, des galaxies les plus jeunes encore en formation, des jeunes étoiles de la Voie lactée et des galaxies proches, des centaines de nouveaux objets de la ceinture de Kuiper. Il est optimisé pour l'imagerie directe des planètes autour d'autres étoiles. Ce sera la caméra principale utilisée par la plupart des observateurs.
spectrographe proche infrarouge
Cet outil sépare non seulement la lumière en longueurs d'onde distinctes, mais est capable de le faire pour plus de 100 objets distincts en même temps ! Cet instrument sera un spectrographe Webba universel capable de fonctionner dans 3 modes de spectroscopie différents. Il a été construit mais de nombreux composants, dont des détecteurs et une batterie multi-portes, ont été fournis par le Space Flight Center. Godard (NASA). Cet appareil a été testé et est prêt à être installé.
instrument infrarouge moyen
L'appareil sera utilisé pour l'imagerie à large bande, c'est-à-dire qu'il produira les images les plus impressionnantes de tous les instruments Webb. D'un point de vue scientifique, il sera très utile pour mesurer les disques protoplanétaires autour des jeunes étoiles, mesurer et imager les objets de la ceinture de Kuiper et la poussière chauffée par la lumière des étoiles avec une précision sans précédent. Ce sera le seul instrument à être refroidi cryogéniquement à 7 K. Par rapport au télescope spatial Spitzer, cela améliorera les résultats d'un facteur 100.
Spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS)
L'appareil vous permettra de :
- spectroscopie grand angle dans le domaine proche infrarouge des longueurs d'onde (1,0 - 2,5 µm);
- spectroscopie grisme d'un objet dans le visible et l'infrarouge (0,6 - 3,0 µm) ;
- interférométrie à masque d'ouverture à des longueurs d'onde de 3,8 à 4,8 µm (où les premières étoiles et galaxies sont attendues) ;
- prise de vue large de tout le champ de vision.
Cet instrument a été créé par l'Agence spatiale canadienne. Après avoir passé les tests cryogéniques, il sera également prêt à être intégré dans le compartiment instrument du télescope.
dispositif de protection solaire
Les télescopes spatiaux n'en sont pas encore équipés. L'un des aspects les plus intimidants de chaque lancement est l'utilisation de tout nouveau matériel. Au lieu de refroidir activement l'ensemble du vaisseau spatial avec un liquide de refroidissement consommable unique, le télescope James Webb utilise une toute nouvelle technologie, un pare-soleil à 5 couches qui sera déployé pour refléter le rayonnement solaire du télescope. Cinq feuilles de 25 mètres seront reliées par des tiges de titane et installées après le déploiement du télescope. La protection a été testée en 2008 et 2009. Les modèles grandeur nature qui ont participé aux tests en laboratoire ont fait tout ce qu'ils étaient censés faire ici sur Terre. C'est une belle nouveauté.
C'est aussi un concept incroyable : non seulement bloquer la lumière du Soleil et mettre le télescope dans l'ombre, mais le faire de manière à ce que toute la chaleur soit rayonnée dans la direction opposée à l'orientation du télescope. Chacune des cinq couches dans le vide de l'espace deviendra froide à mesure qu'elle s'éloigne de l'extérieur, ce qui sera légèrement plus chaud que la température de la surface de la Terre - environ 350-360 K. La température de la dernière couche devrait tomber à 37 -40 K, ce qui est plus froid que la nuit à la surface de Pluton.
De plus, des précautions importantes ont été prises pour se protéger contre l'environnement hostile de l'espace lointain. L'une des choses dont il faut s'inquiéter ici, ce sont les minuscules cailloux de la taille d'un caillou, les grains de sable, les particules de poussière et même les plus petits qui volent dans l'espace interplanétaire à des vitesses de dizaines, voire de centaines de milliers de kilomètres par heure. Ces micrométéorites sont capables de faire de minuscules trous microscopiques dans tout ce qu'elles rencontrent : vaisseaux spatiaux, combinaisons d'astronautes, miroirs de télescope et plus encore. Si les miroirs n'ont que des bosses ou des trous, ce qui réduit légèrement la quantité de "bonne lumière" disponible, le pare-soleil peut se déchirer d'un bord à l'autre, rendant toute la couche inutile. Une idée brillante a été utilisée pour lutter contre ce phénomène.
L'ensemble du bouclier solaire était divisé en sections de telle sorte que s'il y avait une petite déchirure dans une, deux ou même trois d'entre elles, la couche ne se déchirerait pas davantage, comme une fissure dans un pare-brise de voiture. Le cloisonnement gardera toute la structure intacte, ce qui est important pour prévenir la dégradation.
Vaisseau spatial : systèmes d'assemblage et de contrôle
C'est le composant le plus courant, comme tous les télescopes spatiaux et les missions scientifiques. Chez JWST, c'est unique, mais aussi complètement prêt. Tout ce qui restait à l'entrepreneur général du projet, Northrop Grumman, était de terminer le bouclier, d'assembler le télescope et de le tester. L'appareil sera prêt à être lancé dans 2 ans.
10 ans de découvertes
Si tout va bien, l'humanité sera au seuil de grandes découvertes scientifiques. Le voile de gaz neutre qui a jusqu'à présent obscurci la vue des premières étoiles et galaxies sera éliminé par les capacités infrarouges de Webb et son énorme luminosité. Ce sera le télescope le plus grand et le plus sensible jamais construit, avec une vaste gamme de longueurs d'onde de 0,6 à 28 microns (l'œil humain voit de 0,4 à 0,7 microns). Il devrait fournir une décennie d'observations.
Selon la NASA, la mission Webb durera entre 5,5 et 10 ans. Il est limité par la quantité de propulseur nécessaire pour maintenir l'orbite et la durée de vie de l'électronique et de l'équipement dans l'environnement hostile de l'espace. Le télescope orbital James Webb transportera du carburant pendant toute la période de 10 ans, et 6 mois après le lancement, des tests d'assistance au vol seront effectués, ce qui garantit 5 ans de travail scientifique.
Qu'est-ce qui peut mal tourner ?
Le principal facteur limitant est la quantité de carburant à bord. Lorsqu'il se terminera, le satellite s'éloignera de L2, entrant dans une orbite chaotique à proximité immédiate de la Terre.
En plus de cela, d'autres problèmes peuvent survenir :
- la dégradation des miroirs, qui affectera la quantité de lumière collectée et créera des artefacts d'image, mais n'endommagera pas le fonctionnement ultérieur du télescope ;
- défaillance d'une partie ou de la totalité de l'écran solaire, ce qui augmentera la température de l'engin spatial et réduira la gamme de longueurs d'onde utilisables dans la région de l'infrarouge très proche (2-3 microns) ;
- endommagement du système de refroidissement de l'instrument mid-IR, le rendant inutilisable mais n'affectant pas les autres instruments (0,6 à 6 µm).
L'épreuve la plus difficile qui attend le télescope James Webb est le lancement et l'insertion sur une orbite donnée. Ces situations ont été testées et passées avec succès.
Révolution scientifique
Si le télescope Webb est opérationnel, il y aura suffisamment de carburant pour l'alimenter de 2018 à 2028. De plus, il existe un potentiel de ravitaillement en carburant, ce qui pourrait prolonger la durée de vie du télescope d'une autre décennie. Tout comme Hubble est en activité depuis 25 ans, JWST pourrait fournir une génération de science révolutionnaire. En octobre 2018, le lanceur Ariane 5 mettra en orbite le futur de l'astronomie qui, après plus de 10 ans de travail acharné, est prêt à commencer à porter ses fruits. L'avenir des télescopes spatiaux est presque là.
Webb scrutera le spectre infrarouge proche et moyen, aidé par sa position à L2 derrière la lune et les écrans solaires qui bloquent la lumière intrusive du soleil, de la terre et de la lune, affectant favorablement le refroidissement du véhicule. Les scientifiques espèrent voir les toutes premières étoiles de l'univers, la formation et la collision de jeunes galaxies, la naissance d'étoiles dans des systèmes protoplanétaires - qui pourraient contenir les composants chimiques de la vie.
Ces premières étoiles pourraient détenir la clé pour comprendre la structure de l'univers. Théoriquement, où et comment ils se forment sont directement liés aux premiers modèles de matière noire - une substance mystérieuse invisible qui est détectée par l'influence gravitationnelle - et leurs cycles de vie et de mort provoquent une rétroaction qui a influencé la formation des premières galaxies. Et puisque les étoiles supermassives à courte durée de vie sont environ 30 à 300 fois plus lourdes que notre Soleil en masse (et des millions de fois plus lumineuses), ces premières étoiles pourraient exploser en supernovae puis s'effondrer et former des trous noirs, qui occuperont progressivement les centres de la plupart des galaxies massives.
Tout voir est certainement un exploit pour les outils que nous avons fabriqués jusqu'à présent. Grâce à de nouveaux instruments, ainsi qu'à des engins spatiaux, nous pourrons en voir encore plus.
Visite du télescope spatial James Webb
Webb ressemble à un radeau en forme de losange, équipé d'un épais mât incurvé et d'une voile - s'il était construit par des abeilles géantes qui se nourrissent de béryllium. Dirigé par la partie inférieure vers le Soleil, d'en bas le "radeau" est constitué d'un bouclier - des couches de kapton, séparées par des fentes. Chaque couche est séparée par une fente à vide pour un refroidissement efficace, et ensemble, elles protègent le réflecteur principal et les instruments.
Kapton est un film polymère très fin (imaginez un cheveu humain) fabriqué par DuPont qui est capable de maintenir des propriétés mécaniques stables dans des conditions de chaleur et de vibrations extrêmes. Si vous le souhaitez, vous pouvez faire bouillir de l'eau d'un côté du bouclier et conserver de l'azote liquide de l'autre. Il se plie également assez bien, ce qui est important pour un lancement.
La "quille" du navire consiste en une structure qui stocke le bouclier solaire lors du lancement et des panneaux solaires pour alimenter le véhicule. Au centre se trouve une boîte qui contient toutes les fonctions de support importantes qui font fonctionner Webb, y compris la puissance, le contrôle d'attitude, les communications, la commande, le traitement des données et le contrôle thermique. L'antenne améliore l'apparence de la boîte et permet de s'assurer que tout est orienté dans la bonne direction. A une extrémité du bouclier thermique, perpendiculairement à celui-ci, se trouve un trimmer de moment qui compense la pression exercée par les photons sur l'appareil.
Du côté de l'espace du bouclier se trouve une "voile", un miroir Webb géant, une partie de l'équipement optique et une boîte avec de l'équipement. Les 18 sections hexagonales en béryllium se déploieront après le lancement pour devenir un grand miroir primaire de 6,5 mètres de diamètre.
En face de ce miroir, maintenu en place par trois supports, se trouve un miroir secondaire qui concentre la lumière du miroir primaire dans le sous-système optique arrière, une boîte en forme de coin faisant saillie du centre du miroir primaire. Cette structure dévie la lumière parasite et dirige la lumière du miroir secondaire vers les instruments placés à l'arrière du « mât », qui supporte également la structure segmentée du miroir primaire.
Une fois que le véhicule aura terminé sa période de mise en service de six mois, il fonctionnera pendant 5 à 10 ans, voire plus, selon la consommation de carburant, mais son emplacement sera trop éloigné pour être réparé. En fait, Hubble est une sorte d'exception à cet égard. Mais, comme Hubble et d'autres observatoires partagés, la mission de Webb sera de travailler avec des projets de scientifiques du monde entier sélectionnés sur une base compétitive. Les résultats trouveront ensuite leur chemin dans la recherche et les données disponibles en ligne.
Examinons de plus près les outils qui rendent toutes ces recherches possibles.
Instruments : à l'abri des regards
Bien qu'il voie quelque chose dans la gamme visuelle (lumière rouge et or), Webb est fondamentalement un grand télescope infrarouge.
Son imageur thermique principal, une caméra proche infrarouge NIRCam, voit dans la plage de 0,6 à 5,0 microns (proche infrarouge). Il sera capable de détecter la lumière infrarouge dès la naissance des toutes premières étoiles et galaxies, d'étudier les galaxies voisines et les objets locaux se précipitant à travers la ceinture de Kuiper - des étendues de corps glacés en orbite autour de Neptune, qui correspondent également à Pluton et à d'autres planètes naines.
NIRCam est également équipé d'un coronographe qui permettra à la caméra d'observer le mince halo entourant les étoiles brillantes, bloquant leur lumière aveuglante - un outil essentiel pour détecter les exoplanètes.
Le spectrographe proche infrarouge fonctionne dans la même gamme de longueurs d'onde que NIRCam. Comme d'autres spectrographes, il analyse les propriétés physiques d'objets tels que les étoiles, divisant la lumière qu'ils émettent en spectres dont la structure change en fonction de la température, de la masse et de la composition chimique de l'objet.
NIRspec étudiera des milliers d'anciennes galaxies avec un rayonnement si faible qu'il faudrait des centaines d'heures à un seul spectrographe pour faire le travail. Pour faciliter cette tâche ardue, le spectrographe est équipé d'un dispositif remarquable : une grille de 62 000 stores individuels, chacun d'environ 100 microns sur 200 microns (quelques cheveux humains de large) et dont chacun peut être ouvert et fermé pour bloquer le lumière d'étoiles plus brillantes. Avec ce réseau, NIRSpec sera le premier spectrographe spatial capable d'observer simultanément des centaines d'objets différents.
Capteur de guidage fin et un spectrographe sans fente (FGS-NIRISS) sont essentiellement deux capteurs emballés ensemble. NIRISS comprend quatre modes, chacun étant associé à une longueur d'onde différente. Celles-ci vont de la spectroscopie sans fente, qui crée un spectre à l'aide d'un prisme et d'un réseau appelé grism, qui créent ensemble des motifs d'interférence qui révèlent la lumière exoplanétaire contre la lumière des étoiles.
FGS est une caméra sensible et non scintillante qui prend des images de navigation et les transmet aux systèmes de contrôle d'attitude qui maintiennent le télescope dans la bonne direction.
Le dernier instrument de Webb s'étend du proche infrarouge au moyen infrarouge, utile pour observer les objets redshift ainsi que les planètes, les comètes, les astéroïdes, la poussière chauffée par le soleil et les disques protoplanétaires. À la fois caméra et spectrographe, cet instrument MIRI couvre la plus large gamme de longueurs d'onde, 5-28 microns. Sa caméra à large bande pourra capturer davantage de types d'images pour lesquelles nous aimons Hubble.
De plus, les observations infrarouges sont importantes pour comprendre l'univers. La poussière et le gaz peuvent bloquer la lumière visible des étoiles dans une pépinière stellaire, mais pas l'infrarouge. De plus, à mesure que l'Univers s'étend et que les galaxies s'éloignent, leur lumière est "étirée" et devient redshift, entrant dans le spectre à grande longueur d'onde des ondes électromagnétiques comme l'infrarouge. Plus la galaxie s'éloigne, plus elle s'éloigne rapidement et plus son décalage vers le rouge devient important - c'est la valeur du télescope Webb.
Le spectre infrarouge peut également fournir une mine d'informations sur les atmosphères des exoplanètes et savoir si elles contiennent des composants moléculaires associés à la vie. Sur Terre, nous appelons la vapeur d'eau, le méthane et le dioxyde de carbone des "gaz à effet de serre" car ils absorbent la chaleur. Comme cette tendance est vraie partout, les scientifiques peuvent utiliser Webb pour détecter des substances familières dans les atmosphères de mondes lointains en observant les schémas d'absorption avec des spectrographes.
Le télescope James Webb est un observatoire infrarouge orbital destiné à remplacer le célèbre télescope spatial Hubble.
C'est un mécanisme très complexe. Les travaux durent depuis environ 20 ans ! "James Webb" aura un miroir composite de 6,5 mètres de diamètre et coûtera environ 6,8 milliards de dollars. A titre de comparaison, le diamètre du miroir de Hubble n'est "que" de 2,4 mètres.
Voyons voir?
1. Le télescope James Webb doit être placé sur une orbite de halo au point de Lagrange L2 du système Soleil-Terre. Et il fait froid dans l'espace. Voici les tests effectués le 30 mars 2012 pour étudier la capacité à résister aux températures froides de l'espace. (Photo de Chris Gunn | NASA):
2. "James Webb" disposera d'un miroir composite de 6,5 mètres de diamètre avec une surface collectrice de 25 m². Est-ce beaucoup ou un peu ? (Photo de Chris Gunn):
3. Comparez avec Hubble. Miroir "Hubble" (à gauche) et "Webb" (à droite) dans la même échelle :
4. Un modèle grandeur nature du télescope spatial James Webb à Austin, Texas, le 8 mars 2013. (Photo de Chris Gunn) :
5. Le projet de télescope est une collaboration internationale de 17 pays, dirigée par la NASA, avec des contributions importantes des agences spatiales européenne et canadienne. (Photo de Chris Gunn):
6. Initialement, le lancement était prévu pour 2007, puis reporté à 2014 et 2015. Cependant, le premier segment du miroir n'a été installé sur le télescope qu'à la fin de 2015, et le miroir composite principal n'a été entièrement assemblé qu'en février 2016. (Photo de Chris Gunn) :
7. La sensibilité d'un télescope et son pouvoir de résolution sont directement liés à la taille de la surface du miroir qui collecte la lumière des objets. Les scientifiques et les ingénieurs ont déterminé que le miroir primaire doit avoir un diamètre minimum de 6,5 mètres afin de mesurer la lumière des galaxies les plus éloignées.
Fabriquer simplement un miroir comme celui du télescope Hubble, mais plus grand, était inacceptable, car sa masse serait trop importante pour lancer un télescope dans l'espace. Une équipe de scientifiques et d'ingénieurs devait trouver une solution pour que le nouveau miroir ait 1/10 de la masse du miroir du télescope Hubble par unité de surface. (Photo de Chris Gunn):
8. Non seulement dans notre pays, tout devient plus cher à partir de l'estimation initiale. Ainsi, le coût du télescope James Webb a dépassé les calculs initiaux d'au moins 4 fois. Il était prévu que le télescope coûterait 1,6 milliard de dollars et serait lancé en 2011, mais selon de nouvelles estimations, le coût pourrait être de 6,8 milliards de dollars, avec un lancement au plus tôt en 2018. (Photo de Chris Gunn):
9. Il s'agit d'un spectrographe proche infrarouge. Il analysera le spectre des sources, ce qui permettra d'obtenir des informations à la fois sur les propriétés physiques des objets étudiés (par exemple, la température et la masse) et sur leur composition chimique. (Photo de Chris Gunn):
Le télescope permettra de détecter des exoplanètes relativement froides avec une température de surface allant jusqu'à 300 K (ce qui est presque égal à la température de la surface de la Terre), situées à plus de 12 UA. c'est-à-dire de leurs étoiles et éloignées de la Terre à une distance pouvant atteindre 15 années-lumière. Plus de deux douzaines d'étoiles les plus proches du Soleil tomberont dans la zone d'observation détaillée. Grâce à James Webb, une véritable percée dans l'exoplanétologie est attendue - les capacités du télescope seront suffisantes non seulement pour détecter les exoplanètes elles-mêmes, mais même les satellites et les raies spectrales de ces planètes.
11. Les ingénieurs testent dans la chambre. système de levage du télescope, 9 septembre 2014. (Photo de Chris Gunn) :
12. Recherche de miroirs, 29 septembre 2014. La forme hexagonale des segments n'a pas été choisie par hasard. Il a un facteur de remplissage élevé et une symétrie de sixième ordre. Un facteur de remplissage élevé signifie que les segments s'emboîtent sans espace. En raison de la symétrie, les 18 segments de miroir peuvent être divisés en trois groupes, dans chacun desquels les réglages de segment sont identiques. Enfin, il est souhaitable que le miroir ait une forme proche du circulaire afin de focaliser la lumière sur les détecteurs de la manière la plus compacte possible. Un miroir ovale, par exemple, donnerait une image allongée, tandis qu'un miroir carré enverrait beaucoup de lumière depuis la zone centrale. (Photo de Chris Gunn):
13. Nettoyer le miroir avec de la neige carbonique carbonique. Personne ne frotte avec des chiffons ici. (Photo de Chris Gunn):
14. La chambre A est une chambre d'essai sous vide géante qui simulera l'espace extra-atmosphérique lors des essais du télescope James Webb, le 20 mai 2015. (Photo de Chris Gunn) :
17. La taille de chacun des 18 segments hexagonaux du miroir est de 1,32 mètre d'un bord à l'autre. (Photo de Chris Gunn):
18. La masse du miroir lui-même dans chaque segment est de 20 kg et la masse du segment entier en tant qu'ensemble est de 40 kg. (Photo de Chris Gunn):
19. Un type spécial de béryllium est utilisé pour le miroir du télescope James Webb. C'est une poudre fine. La poudre est placée dans un récipient en acier inoxydable et pressée en une forme plate. Une fois le conteneur en acier retiré, un morceau de béryllium est coupé en deux pour faire deux ébauches de miroir d'environ 1,3 mètre de diamètre. Chaque ébauche de miroir est utilisée pour créer un segment. (Photo de Chris Gunn):
20. Ensuite, la surface de chaque miroir est meulée pour donner une forme proche de celle calculée. Après cela, le miroir est soigneusement lissé et poli. Ce processus est répété jusqu'à ce que la forme du segment de miroir soit proche de l'idéal. Ensuite, le segment est refroidi à une température de -240 ° C et les dimensions du segment sont mesurées à l'aide d'un interféromètre laser. Ensuite, le miroir, compte tenu des informations reçues, subit un polissage final. (Photo de Chris Gunn):
21. Une fois le traitement du segment terminé, l'avant du miroir est recouvert d'une fine couche d'or pour une meilleure réflexion du rayonnement infrarouge dans la plage de 0,6 à 29 microns, et le segment fini est retesté à des températures cryogéniques. (Photo de Chris Gunn):
22. Travaux sur le télescope en novembre 2016. (Photo de Chris Gunn):
23. La NASA a terminé l'assemblage du télescope spatial James Webb en 2016 et a commencé à le tester. C'est une photo du 5 mars 2017. Lors de longues expositions, les véhicules ressemblent à des fantômes. (Photo de Chris Gunn):
26. La porte de la même chambre A de la 14e photo, dans laquelle l'espace extra-atmosphérique est modélisé. (Photo de Chris Gunn):
28. Les plans actuels prévoient le lancement du télescope sur une fusée Ariane 5 au printemps 2019. Interrogé sur ce que les scientifiques s'attendent à apprendre avec le nouveau télescope, le scientifique principal John Mather a répondu: "J'espère que nous trouverons quelque chose dont personne ne sait rien." UPD. Le lancement du télescope James Webb a été reporté à 2020.(Photo de Chris Gunn).
Personnellement, je suis arrivé à la conclusion que le télescope James Webb comporte trop d'inventions, trop de risques et est un projet au-delà de la raison.- ce sont les mots directs du chef de la commission de contrôle indépendante, Tom Young, lors d'une réunion du Comité d'astronomie et d'astrophysique du Conseil pour la recherche spatiale de l'Académie nationale des sciences des États-Unis le 29 octobre. Cependant, il a immédiatement précisé qu'il n'était pas opposé au télescope et qu'il ne doutait pas que le projet puisse être mené à bien. En effet, l'état des lieux provoque des sentiments contradictoires - d'une part, il s'agit d'un projet intéressant qui devrait donner à la science de nouvelles opportunités, d'autre part, les délais et les coûts ont atteint des valeurs véritablement astronomiques. En général, l'histoire du projet nous fait réfléchir à l'opportunité de la mise en œuvre des technologies et aux critères pour savoir quand il vaut mieux s'arrêter. Et enfin, les leçons de "James Webb" sont absolument nécessaires pour apprendre, en commençant un projet beaucoup plus vaste d'une station orbitale lunaire.
Photo de la NASA/Desiree Stover
Pour rendre le commentaire de Young plus compréhensible, il convient de clarifier le contexte. En 2010, lorsque le projet du télescope James Webb a de nouveau violé les délais et les coûts annoncés précédemment, la sénatrice Barbara Mikulski a exigé la convocation d'un comité d'examen indépendant. À la suite de son travail, la NASA a restructuré le projet et a assuré au Congrès américain que le coût ne dépasserait pas 8 milliards de dollars et que le télescope serait lancé au plus tard à l'automne 2018. Mais à l'automne 2017, la date limite a été déplacée. à 2019, et au printemps 2018 - à 2020. La NASA, sans attendre la colère sénatoriale , a réuni seule une nouvelle commission indépendante. Il comprenait des experts aérospatiaux faisant autorité, et Tom Young, qui travaillait chez Lockheed Martin, en est devenu le chef.
Tom Young, photo de la NASA/Bill Ingales
La commission a terminé ses travaux en mai 2018 et a rendu un rapport le 31. Dans celui-ci, sur la base d'estimations de la complexité et du calendrier du projet dans diverses conditions, il était recommandé de fixer la date de lancement à mars 2021. Le résultat serait de dépasser le plafond de 8 milliards fixé par le Congrès. Le rapport a également formulé 32 recommandations pour l'amélioration des processus.
Passons maintenant à l'automne 2018. Le 29 octobre, une réunion du Comité d'astronomie et d'astrophysique du Conseil pour la recherche spatiale de l'Académie nationale des sciences des États-Unis a eu lieu. Pas étonnant que Tom Young y ait joué. Le portail SpaceNews le cite comme disant :
Il y a des gens qui soutiendront JWST à tout prix, et il y a ceux qui le soutiennent mais qui sont mécontents de l'augmentation du temps et des coûts. Je crois que le projet ne sera pas fermé et que le processus politique ne fera rien de mal au télescope.Il a également ajouté qu'il n'excluait pas les "dommages collatéraux" à d'autres programmes de la NASA, mais ne prévoyait pas de solutions spécifiques. Explication : la NASA et l'administration américaine envisagent maintenant de retarder ou d'annuler le télescope infrarouge WFIRST afin de transférer de l'argent à JWST.
Je sais que nous commençons des projets en ce moment qui feront paraître James Webb petit. Et ces missions devraient tenir compte de l'expérience du JWST. Je pense que dans la prochaine décennie, nous devrons réfléchir à ce problème.Young a également parlé des difficultés à persuader la NASA de la validité des recommandations. De nombreux efforts ont été déployés pour prouver que la NASA peut et doit superviser la préparation du vol de la fusée européenne Ariane 5, qui doit lancer le télescope. Initialement, la NASA a affirmé que c'était impossible, mais les représentants de la commission ont finalement réussi à convaincre l'agence.
Si ce programme n'avait pas un haut potentiel scientifique et ne concernait pas les questions de leadership américain, je pense qu'il aurait été fermé.
Cauchemar exceptionnel
Le télescope James Webb devait initialement coûter 500 millions de dollars et aller dans l'espace en 2007. Mais les estimations initiales des coûts ont été multipliées par 19 et les durées ont diminué de 14 ans.
Illustration de Grant Tremblay
On s'attend à ce que maintenant il soit dommage de jeter les milliards de dollars déjà dépensés, alors le James Webb sera lancé et, je l'espère, deviendra un excellent télescope. Mais ses frères dans les grandes missions spatiales stratégiques de la NASA font des progrès bien plus importants. Par exemple, la Parker Solar Probe lancée cette année n'a coûté qu'un milliard et demi. Et les missions de plus petit calibre avec de petits budgets semblent très bien dans le contexte de James Webb - TESS, qui a récemment commencé à travailler en orbite et a déjà trouvé les premières exoplanètes, a coûté 200 millions, tout en économisant 40 et achevé deux mois plus tôt que prévu. Des calculs simples indiquent que pour le coût de JWST, vous pourriez lancer près de 50 véhicules avec un budget TESS, six analogues de la Parker Solar Probe ou 3 analogues du rover Curiosity. Et je soupçonne qu'il y aurait plus d'avantages scientifiques dans ce cas.
Un humour triste distinct réside dans le fait que l'analyse des reports donne une date de lancement de 2026. Le calcul, bien sûr, n'est pas sérieux, mais dans la région de 2021, il convient de s'en souvenir.
Illustration par Corey S. Powell
Dernières pensées
La triste histoire de « James Webb » conduit à plusieurs conclusions :Les sauts technologiques sont mieux réalisés sur des appareils de test relativement bon marché. La NASA a eu une excellente expérience avec la sonde Deep Space 1, qui a testé douze nouvelles technologies qui ont été appliquées avec succès plus tard lors de missions ultérieures. Soit dit en passant, la sonde a coûté un peu plus de deux cents millions de dollars aux prix d'aujourd'hui. L'Agence spatiale européenne a un bon exemple - le succès de LISA Pathfinder. Cet appareil montre la possibilité de créer un détecteur d'ondes gravitationnelles spatiales à partir de plusieurs satellites, et le fait que leur conception ne différera pas beaucoup de l'appareil déjà opérationnel augmente la précision de l'estimation du calendrier et du coût du projet. Oui, bien sûr, l'objection est possible que le "mini-JWST" ne sera pas d'une grande utilité, mais il s'agit de concevoir l'appareil et d'inventer des tâches pour lui. La pratique est le critère de la vérité, et seule la mise en œuvre réussie de la technologie montre sa véritable préparation et sa valeur.
Une augmentation douce et imperceptible du coût et du calendrier du projet peut aller très loin, et il est nécessaire d'avoir des critères clairs pour savoir quand la situation va au-delà de la raison. Ce conseil, soit dit en passant, est universel, d'autant plus que l'évitement irrationnel des pertes est inhérent à la psyché humaine (rappelez-vous l'expérience de Max Bazerman avec un billet de vingt dollars lors d'une vente aux enchères). Plus précisément, dans le cas de "James Webb" en 2010-11, le coût est progressivement passé de 5 à 6,5, puis à 8 milliards. Et à ce moment-là, ils ont réussi à dépenser environ 3 milliards, ce qui, bien sûr, est devenu dommage de le jeter. Et jusqu'en 2011, il n'y a pas de fourche avec un audit et une chance de clore le projet. 2006 donne une estimation de coût de 3,3 milliards, moins que Hubble, et ressemble désormais à une illustration très claire.
