Le nouveau télescope James Webb. Le successeur du télescope Hubble, le James Webb Telescope sera prêt à temps : confirmation de la NASA. Capteur de guidage précis

Webb examinera le spectre infrarouge proche et moyen, aidé par sa position au point L2 derrière la Lune et par des boucliers solaires qui bloquent la lumière intrusive du Soleil, de la Terre et de la Lune, affectant ainsi le refroidissement de l'appareil. Les scientifiques espèrent observer les toutes premières étoiles de l'univers, la formation et la collision de jeunes galaxies, ainsi que 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 elles se forment est directement lié aux premiers modèles de matière noire – une substance invisible et mystérieuse détectée par les influences gravitationnelles – et leurs cycles de vie et de mort provoquent une rétroaction qui a influencé la formation des premières galaxies. Et comme les étoiles supermassives à durée de vie courte ont environ 30 à 300 fois la masse de notre Soleil (et des millions de fois plus brillantes), ces premières étoiles auraient pu exploser sous forme de supernovae, puis s'effondrer pour former des trous noirs, qui occuperaient progressivement le centre de la plupart des étoiles. galaxies massives.

Voir tout cela est certainement un exploit pour les outils que nous avons réalisés jusqu'à présent. Grâce aux nouveaux instruments et vaisseaux spatiaux, nous pourrons voir encore plus.

Visite du télescope spatial James Webb

Webb ressemble à un radeau en forme de losange, équipé d'un mât et d'une voile épais et incurvés - s'il avait été construit par des abeilles géantes mangeuses de béryllium. Dirigé avec sa partie inférieure vers le Soleil, le « radeau » par le bas est constitué d'un bouclier - des couches de Kapton, séparées par des fentes. Chaque couche est séparée par un espace sous vide pour un refroidissement efficace et, ensemble, elles protègent le réflecteur principal et les instruments.

Kapton est un film polymère très fin (pensez aux cheveux humains) 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 l’azote sous forme liquide de l’autre. Il se plie également assez bien, ce qui est important pour le lancement.

La « quille » du navire se compose d'une structure qui stocke le bouclier solaire lors du lancement et de panneaux solaires pour alimenter le véhicule. Au centre se trouve une boîte contenant toutes les fonctions de support critiques qui alimentent Webb, notamment l'alimentation, le contrôle d'attitude, les communications, le commandement, le traitement des données et le contrôle thermique. L'antenne illumine l'apparence de la boîte et permet de garantir que tout est orienté dans la bonne direction. À une extrémité du bouclier thermique, perpendiculairement à celui-ci, se trouve un limiteur de couple, qui compense la pression exercée par les photons sur l'appareil.

Du côté spatial du bouclier se trouvent une "voile", un miroir Webb géant, une partie de l'équipement optique et une boîte avec 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 vers le sous-système optique arrière, une boîte en forme de coin dépassant du centre du miroir primaire. Cette structure dévie la lumière parasite et dirige la lumière du miroir secondaire vers les instruments situés à l'arrière du « mât », qui supporte également la structure segmentée du miroir primaire.

Une fois la période de mise en service de six mois terminée, le véhicule fonctionnera pendant 5 à 10 ans, peut-être plus longtemps, en fonction de la consommation de carburant, mais sera trop loin pour être réparé. En fait, Hubble constitue en quelque sorte une exception à cet égard. Mais comme Hubble et d'autres observatoires partagés, la mission de Webb sera de travailler sur des projets sélectionnés de manière compétitive par des scientifiques du monde entier. Les résultats seront ensuite intégrés aux recherches et aux données disponibles en ligne.

Examinons de plus près les outils qui rendent toutes ces recherches possibles.

Instruments : hors de vue

Bien qu’il voit quelque chose dans le champ visuel (lumière rouge et or), Webb est un télescope infrarouge fondamentalement grand.

Son principal imageur thermique, 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, de mener des études sur les galaxies proches et les objets locaux se précipitant à travers la ceinture de Kuiper - une étendue de corps glacés en orbite au-delà de Neptune, qui contient également Pluton et d'autres corps nains. planètes.

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 identifier les exoplanètes.

Le spectrographe proche infrarouge fonctionne dans la même gamme de longueurs d’onde que le NIRCam. Comme d'autres spectrographes, il analyse les propriétés physiques d'objets tels que les étoiles, en séparant 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 dont l’émission est si faible qu’il faudra des centaines d’heures à un seul spectrographe pour faire le travail. Pour simplifier cette tâche ardue, le spectrographe est équipé d'un dispositif remarquable : une grille de 62 000 stores individuels, chacun mesurant environ 100 x 200 microns (la largeur de quelques cheveux humains) et dont chacun peut être ouvert et fermé pour bloquer la lumière des étoiles les 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 regroupés ensemble. NIRISS comprend quatre modes, chacun 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 modèles d'interférence pouvant révéler la lumière exoplanétaire sur le fond lumineux de l'étoile.

FGS est une caméra sensible et sans clignotement qui prend des photos de navigation et les transmet aux systèmes de contrôle d'attitude qui maintiennent le télescope dans la bonne direction.

Le dernier instrument de Webb étend sa portée du spectre proche infrarouge à l'infrarouge moyen, ce qui est utile pour observer les objets redshift ainsi que les planètes, les comètes, les astéroïdes, la poussière chauffée par le soleil et les disques protoplanétaires. A 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 sera capable de prendre davantage de types d'images pour lesquelles nous aimons Hubble.

En outre, les observations infrarouges ont des implications importantes pour la compréhension de l'Univers. La poussière et les gaz peuvent bloquer la lumière visible des étoiles dans une pépinière stellaire, mais pas la lumière infrarouge. De plus, à mesure que l’Univers s’étend et que les galaxies s’éloignent, leur lumière est « étirée » et se décale vers le rouge, se déplaçant vers le spectre des ondes électromagnétiques à ondes longues telles que l’infrarouge. Plus une galaxie est éloignée, plus elle recule rapidement et plus son redshift augmente : c'est là que réside 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. Parce que 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 des substances à l'aide de spectrographes.

Le télescope spatial James Webb (JWST) est un observatoire infrarouge orbital qui devrait remplacer le télescope spatial Hubble. Le lancement du télescope est prévu pour 2014.

L'idée de créer un télescope spatial de nouvelle génération (NGST) a été annoncée pour la première fois à l'été 1996 lors d'une réunion d'un comité spécial de la National Aeronautics and Space Administration (NASA), qui comprenait d'éminents astronomes et astrophysiciens américains. Le 10 septembre 2002, le directeur de la NASA, Sean O'Keefe, a annoncé que le nouveau télescope porterait le nom de l'un des fondateurs du programme lunaire américain Apollo, James Edwin Webb (1906-1992), qui a dirigé la NASA de février 1961 à octobre 1968. .

Le design de James Webb comprend un immense miroir d'un diamètre de 6,5 mètres (le diamètre du miroir de Hubble est de 2,4 mètres) et un pare-soleil de la taille d'un court de tennis. Le miroir et le bouclier, en raison de leurs dimensions, seront livrés au lanceur pliés, puis dépliés après le lancement du télescope dans l'espace.

La principale différence entre Hubble et James Webb réside dans la plage de fonctionnement : les instruments de 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 au point de Lagrange L2, situé 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 le côté non éclairé. Les forces gravitationnelles de la Terre et du Soleil assureront la relative immobilité du télescope 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 de correction. Le fait d'être dans l'ombre de la Terre permettra au télescope de fonctionner sans refroidissement artificiel.

Les principaux objectifs du James Webb sont : découvrir les premières étoiles et galaxies formées après le Big Bang, étudier la formation et le développement des galaxies, des étoiles, des systèmes planétaires et l'origine de la vie, ainsi que le lien du Big Bang avec notre Voie lactée. C'est la raison du mode de fonctionnement infrarouge du télescope - les objets les plus lointains et les plus anciens de l'Univers ne peuvent pas être détectés dans la plage optique.

Le télescope dispose de divers instruments pour l'exploration spatiale, parmi lesquels : un dispositif pour travailler dans le domaine infrarouge moyen (MIRI), une caméra dans le domaine proche infrarouge (NIRCam), un spectrographe dans le domaine proche infrarouge (Near -Infrared Spectrographe, NIRSpec), capteur de guidage de précision (vers l'objet d'observation) avec filtres personnalisables (Fine Guidance Sensor/Tuneable Filter Imager, FGS/TFI).

On pensait initialement que la création de James Webb ne coûterait que 0,5 milliard de dollars, soit trois fois moins cher que la production de Hubble. Actuellement, le coût du projet du télescope est de 4 à 4,5 milliards de dollars. Malgré le fait que pendant la crise, le financement de certains programmes spatiaux a été réduit, le projet James Webb, selon le directeur de la NASA Michael Griffin, reste l'une des principales priorités de l'administration aérospatiale américaine.

Télescope spatial James Webb. Crédit : NASA.

Le télescope spatial James Webb (JWST) est encore loin de lancer sa mission, mais son miroir doré scintillant a déjà atteint le statut d'icône. Ce miroir segmenté ressemble à l'œil d'un insecte, et à l'avenir, lorsque « l'œil » commencera son travail au point de Lagrange (L2), il fournira à l'humanité des données détaillées sur notre Univers. Le miroir du télescope a déjà été assemblé et se trouve dans une pièce stérile du Goddard Space Flight Center, nous donnant un aperçu de ce à quoi ressemblera le télescope lorsqu'il commencera sa mission.

Même si vous ne savez rien de JWST, de ses capacités ou de sa mission, vous serez impressionné rien qu'en le regardant. Il est évident qu’il s’agit d’un instrument de haute technologie et unique en son genre. En fait, on peut même le confondre avec un exemple d’art. Malheureusement, j'ai vu des créations d'art moderne moins attrayantes, et vous ?

Bien entendu, beaucoup d’entre vous savent que le JWST surpassera son prédécesseur, le télescope spatial Hubble. Et cela est tout à fait compréhensible, étant donné que Hubble a été lancé en avril 1990. Mais comment exactement JWST peut-il battre Hubble, et quels sont ses principaux objectifs ?

Les principaux objectifs de la mission JWST peuvent être divisés en quatre domaines :

1. Des observations infrarouges comparables à une machine à voyager dans le temps. Ils nous donnent un aperçu des premières étoiles et galaxies qui se sont formées dans l’Univers, il y a plus de 13 milliards d’années ;
2. Une étude comparative des galaxies spirales et elliptiques brillantes, ainsi que des premières galaxies plus faibles ;
3. Sonder l'espace, nous permettant de scruter les nuages ​​de gaz et de poussière pour étudier la formation des étoiles et des planètes ;
4. Etude des exoplanètes et de leurs atmosphères, ainsi que découverte de biomarqueurs.

C’est une liste assez impressionnante, même à une époque où les gens tiennent pour acquis le progrès technologique et scientifique. Mais à côté de ces objectifs prévus, il y aura sans aucun doute quelques surprises. Deviner que cela pourrait être une chose stupide à faire, mais essayons quand même.

Nous pensons que le processus d'abiogenèse sur Terre s'est produit assez rapidement, mais, malheureusement, nous n'avons rien à comparer. Trouverons-nous des analogies en étudiant les exoplanètes lointaines et leurs atmosphères, ferons-nous la lumière sur les conditions nécessaires à l’émergence de la vie ? Cela semble incroyable, mais qui sait.

Nous sommes convaincus que l’Univers est en expansion, et il existe des preuves assez convaincantes de cela. Allons-nous apprendre quelque chose de nouveau sur ce processus ? Ou trouverons-nous quelque chose qui fasse la lumière sur la matière noire ou l’énergie noire et son rôle dans la vie de l’Univers primitif ?

Bien sûr, il n’est pas nécessaire que tout soit incroyable pour être passionnant. Trouver des preuves qui étayeraient les théories actuelles est également intrigant. Et « James Webb » doit nous fournir cette preuve.

Il ne fait aucun doute que JWST sera capable de surpasser le télescope Hubble. Mais pour une génération ou deux de personnes, Hubble aura toujours une place à part. Il a étonné et intrigué beaucoup d'entre nous avec ses images époustouflantes de nébuleuses, galaxies et autres objets lors de sa célèbre mission Deep Field et, bien sûr, avec ses recherches scientifiques. Hubble est probablement le premier télescope à atteindre le statut de célébrité.

James Webb ne bénéficiera probablement jamais du statut spécial acquis par Hubble. C'est quelque chose comme : « Il ne peut y avoir qu'un seul Beatle » ou « unique en son genre ». Mais JWST sera un instrument beaucoup plus puissant et nous révélera beaucoup de choses dont Hubble n’avait pas accès.

Si tout se passe comme prévu, JWST constituera une réalisation technologique monumentale pour toute l’humanité. Sa capacité à scruter les nuages ​​de gaz et de poussière, ou à remonter le temps pour nous montrer les premiers jours de l’univers, en fera un outil scientifique puissant.

Télescope James Webb

Les télescopes spatiaux seront toujours à l'avant-garde de l'exploration spatiale : ils ne sont pas gênés par les distorsions et les nuages, ni par les vibrations et le bruit à la surface de la planète. Ce sont des appareils extraterrestres qui ont permis d'obtenir des photographies détaillées et magnifiques de nébuleuses et de galaxies lointaines qui ne sont même pas visibles à l'œil humain dans le ciel nocturne. Cependant, en 2018, une nouvelle ère dans l'exploration spatiale commencera, qui repoussera encore plus les limites visibles de l'Univers : le télescope spatial James Webb, détenteur du record de l'industrie, sera lancé. De plus, il bat des records non seulement en termes de caractéristiques : le coût du projet atteint aujourd'hui 8,8 milliards de dollars.

Avant de parler de la structure et des fonctionnalités du James Webb, il convient de comprendre à quoi il sert. Il semblerait que l’étude de l’Univers soit entravée uniquement par l’atmosphère terrestre, et vous pouvez simplement mettre en orbite un télescope équipé d’une caméra et profiter de la vie. Mais en même temps, « James Webb » est en développement depuis plus d'une décennie, et le budget final, même au début de la projection, dépassait le coût de son prédécesseur ! Par conséquent, un télescope orbital est quelque chose de plus complexe qu'un télescope amateur sur trépied, et ses découvertes seront des centaines de fois plus précieuses. Mais qu’y a-t-il de si spécial qui puisse être exploré avec un télescope, notamment spatial ?

En levant la tête vers le ciel, tout le monde peut voir les étoiles. Mais étudier des objets distants de plusieurs milliards de kilomètres est une tâche assez difficile. La lumière des étoiles et des galaxies, qui voyage sur des millions, voire des milliards d'années, subit des changements importants – voire ne nous atteint pas du tout. Ainsi, les nuages ​​​​de poussière, souvent courants dans les galaxies, sont capables d'absorber complètement tout le rayonnement visible d'une étoile. L'expansion constante de l'Univers conduit à la lumière - ses ondes deviennent plus longues, changeant la portée vers le rouge ou l'infrarouge invisible. Et l'éclat même des plus gros objets, ayant parcouru une distance de plusieurs milliards d'années-lumière, devient comme la lumière d'une lampe de poche parmi des centaines de projecteurs - la détection de galaxies ultra-éloignées nécessite des appareils d'une sensibilité sans précédent.

Droit d’auteur des illustrations NASA Légende Depuis octobre de l'année dernière, les instruments scientifiques du télescope ont été testés dans la chambre à vide du Centre Goddard.

Les travaux préparatoires au lancement du successeur du télescope orbital Hubble, l'Observatoire spatial James Webb, sont entrés dans une étape décisive.

Les ingénieurs de la NASA terminent l'assemblage du miroir principal du nouveau télescope. Le lancement du nouveau télescope est désormais prévu pour octobre 2018.

Des tests cryogéniques et l'étalonnage des quatre blocs principaux de l'équipement scientifique du télescope sont également en cours.

Le projet de la NASA visant à lancer un nouvel observatoire orbital est ainsi entré dans sa phase finale, et les phases de pré-lancement restantes devraient être rapidement achevées dans les mois à venir.

Le lancement du télescope est prévu à l'aide du lanceur européen Ariane 5, qui a déterminé de nombreuses caractéristiques de conception du télescope, notamment le fait que son miroir principal est constitué de segments.

Le télescope orbital James Webb, du nom du deuxième directeur de la NASA, est financé par l'Agence aérospatiale américaine, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale canadienne.

Les principaux objectifs du nouveau télescope sont de détecter la lumière des premières étoiles et galaxies formées après le Big Bang, d'étudier la formation et le développement des galaxies, des étoiles, des systèmes planétaires ainsi que l'origine de la vie. Webb pourra également parler du moment et du lieu où la réionisation de l'Univers a commencé et de ses causes.

Le télescope permettra de détecter des exoplanètes relativement froides avec des températures de surface allant jusqu'à 300 K (ce qui est presque égal à la température de surface de la Terre), situées à plus de 12 unités astronomiques (UA) de leurs étoiles et à une distance de jusqu'à 15 années-lumière de la Terre.

Plus de deux douzaines d'étoiles les plus proches du Soleil tomberont dans la zone d'observation détaillée. Grâce au nouveau télescope, une véritable avancée 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, ce qui sera un indicateur inaccessible pour n'importe quel sol. -télescope basé et orbital jusqu'au début des années 2020, lorsque le télescope européen de très grande taille avec un diamètre de miroir de 39,3 m est mis en service.

Le télescope fonctionnera pendant au moins cinq ans.

Ces dernières semaines, les ingénieurs de la NASA se sont employés à coller des segments de miroir primaire en béryllium sur la structure de support du miroir.

Au cours des prochains jours, les deux derniers segments octogonaux seront installés dans la position souhaitée pour la fixation.

Pendant ce temps, dans la salle adjacente du Goddard Center dans le Maryland, à côté de l'atelier d'assemblage, se terminent les tests sous vide cryogénique de l'équipement scientifique du futur télescope.

James Webb disposera des instruments scientifiques suivants pour l'exploration spatiale :

• Caméra proche infrarouge ;
• Dispositif permettant de travailler dans la gamme moyenne du rayonnement infrarouge (Mid-Infrared Instrument) ;
• Spectrographe proche infrarouge ;
• Capteur de guidage fin/imageur proche infrarouge et spectrographe sans fente.

Depuis octobre de l'année dernière, ces appareils se trouvent dans une chambre à vide dont la température a été réduite à moins 233 degrés Celsius.

Des données d'étalonnage des instruments ont déjà été obtenues, ce qui sera d'une grande importance pour le contrôle du télescope dans l'espace lointain.

Ces tests ont permis d'identifier un certain nombre de défauts et de remplacer des équipements et des pièces peu fiables. Le télescope comporte 250 mille couvercles et volets, dont certains présentent le désagréable défaut de « coller » dans le vide sous l'influence des vibrations lors du lancement depuis la Terre.

Les vibrations du lanceur ont été simulées lors des tests en cours et les pièces remplacées se sont révélées plus fiables.

Il reste à réaliser des tests optiques, vibratoires et acoustiques plus généraux de tous les systèmes de télescopes.

Le miroir et les instruments scientifiques seront ensuite transportés au Johnson Center pour d'autres tests sous vide cryogénique dans une chambre construite dans les années 1960 pour tester la fusée Apollo. Ces tests débuteront dans environ un an.

Une fois leur achèvement terminé, un module de systèmes de contrôle sera fixé au télescope, dans lequel seront installés des ordinateurs de bord et des systèmes de communication.

La dernière étape consistera à installer sur le télescope un bouclier solaire géant de la taille d’un court de tennis, qui protégera les systèmes optiques de l’exposition au soleil.

Il ne faudra pas attendre longtemps avant octobre 2018.