Le télescope spatial James Webb est un observatoire spatial pour voir plus loin dans l’Univers que jamais auparavant. Il est conçu pour répondre à des questions en suspens sur l’Univers et pour faire des découvertes révolutionnaires dans tous les domaines de l’astronomie. Webb observera les premières galaxies de l’Univers, révélera la naissance des étoiles et des planètes et cherchera des exoplanètes ayant un potentiel de vie. Plus près de chez nous, Webb examinera également notre propre système solaire sous un nouveau jour. Webb est un partenariat international entre la NASA, l’ESA et l’ASC. La mission est lancée sur une Ariane 5 depuis le port spatial européen en Guyane française. En plus des services de lancement, l’ESA fournit deux des quatre instruments scientifiques, ainsi que du personnel pour soutenir les opérations de la mission. Crédit : ESA/ATG medialab
Entretien avec Oliver Krause de l’Institut Max Planck d’Astronomie sur le Télescope spatial James Webb.
Ce sera le plus grand observatoire jamais stationné dans l’espace. Le 25 décembre, le télescope spatial James Webb de six tonnes et demie est parti en mission depuis le cosmodrome européen de Kourou en Guyane française à bord d’une fusée Ariane 5. Il se rendra à son poste d’observation à plus d’un million de kilomètres de la Terre. Au cours des prochaines années, il scrutera plus profondément l’univers que n’importe quel télescope avant lui. Quelles sont les particularités de l’observatoire cosmique ? Et quelle technologie « Made in Germany » embarque-t-il ? Questions à Oliver Krause du Max Planck Institute for Astronomy à Heidelberg. Son équipe a joué un rôle clé dans le développement du télescope spatial.
Monsieur Krause, le télescope spatial James Webb est souvent appelé le « successeur de Hubble ». Mais il existe des différences considérables. Que sont-ils?
Olivier Krause : Premièrement, le télescope spatial James Webb a un miroir primaire beaucoup plus grand que Hubble – six mètres et demi contre un peu moins de deux mètres et demi de diamètre. Alors que Hubble fonctionne principalement en lumière visible, le télescope spatial James Webb est un télescope infrarouge extrêmement sensible pour maintenir ses objectifs scientifiques. Étant donné qu’un tel observatoire et ses instruments scientifiques doivent fonctionner à des températures allant de -266 à -223 °C, les deux télescopes spatiaux diffèrent également de manière significative dans leur conception. Par exemple, le télescope spatial James Webb est doté d’un bouclier solaire multicouche de la taille d’un court de tennis pour le protéger du rayonnement thermique du soleil, de la terre et de la lune. Les sites d’observation sont également différents. Contrairement à Hubble, le télescope Webb ne fera pas le tour de notre planète sur une orbite de seulement 500 km. Au lieu de cela, il se déplacera autour du soleil à 1,5 million de km de la terre au point de Lagrange L2.
Oliver Krause est scientifique à l’Institut Max Planck d’astronomie et dirige une équipe qui a effectué un travail considérable sur le télescope spatial James Webb. Crédit : MPIA
Pourquoi est-ce nécessaire ? Quel est l’intérêt de stationner le télescope au point de Lagrange ?
Le point de Lagrange L2 permet de positionner le Soleil, la Terre et le télescope James Webb comme s’ils étaient enfilés sur un collier de perles, permettant ainsi au télescope de toujours regarder dans l’univers froid à l’ombre du bouclier protecteur. Au cours d’une année, toute la zone du ciel sera alors également accessible au télescope. Cependant, contrairement à Hubble, l’observatoire ne peut pas être maintenu à cette grande distance. Par conséquent, tout à bord doit fonctionner avec une fiabilité maximale car les visites des astronautes ne seront pas possibles.
Les télescopes Hubble et James Webb fonctionnent tous les deux dans l’espace. Y voyez-vous des similitudes ?
Oui, il y a une caractéristique commune qui justifie finalement la désignation de « successeur de Hubble » : les deux observatoires sont équipés d’instruments puissants qui permettent des observations en utilisant diverses méthodes issues de l’astronomie et de l’astrophysique. Les deux satellites sont également exploités par le Space Telescope Science Institute de Baltimore. Et qui plus est : comme Hubble, le télescope spatial James Webb étendra ce qui peut être observé de plusieurs ordres de grandeur. On s’attend à ce que le télescope spatial James Webb fournisse de nouvelles informations fondamentales et révolutionnaires sur le cosmos, un peu comme l’a déjà fait Hubble.
Le télescope spatial James Webb opère dans la partie infrarouge du spectre, qui est invisible à l’œil humain. Sera-t-il capable de fournir des images ?
À bord, il y a plusieurs caméras dont la sensibilité commence dans le domaine spectral rouge. Celle-ci est encore perceptible à l’œil nu et s’étend jusqu’à une longueur d’onde de 28 µm. En particulier, les images obtenues dans le proche infrarouge seront assez similaires aux photos dans le domaine spectral visible. Cependant, il est important de se rappeler qu’il s’agit de composites en fausses couleurs qui sont traduits dans le domaine visuel.
Comment l’Institut Max Planck d’astronomie est-il impliqué dans le télescope James Webb ?
Notre Institut est un partenaire principal de l’instrument MIRI. Il s’agit d’une caméra et d’un spectromètre pour la gamme des ondes longues entre 5 et 28 µm. L’ensemble de l’instrument a été développé et construit par un consortium d’instituts de recherche européens. Les détecteurs et la machine de refroidissement du MIRI viennent des États-Unis. En raison de son expertise technologique, l’Institut d’astronomie Max Planck est responsable de toutes les pièces mobiles – ou mécanismes de roue – qui peuvent être utilisées pour basculer optiquement entre les différentes méthodes d’observation. Un autre instrument du télescope James Webb, le spectrographe multi-objets NIRSpec, a été construit par un consortium industriel européen dirigé par l’agence spatiale ESA. L’ESA a insisté pour que l’équipe de notre institut soit également responsable du développement du filtre et de la roue à grille. Parce que les mécanismes des pièces mobiles peuvent facilement tomber en panne, leur construction est particulièrement critique. Nous sommes donc assez fiers d’avoir contribué ces composants sophistiqués à la mission. Car ce n’est qu’alors que les instruments à bord peuvent être utilisés à leur pleine capacité.
Origami dans l’espace : en raison de sa taille, le télescope spatial James Webb ne peut pas être transporté « en un seul morceau ». Il est plié et rangé dans la fusée Ariane 5 et ne sera pleinement déployé qu’une seule fois dans l’espace. Crédit : NASA / Chris Gunn
Combien de temps avez-vous passé à construire ces composants ? Et avez-vous eu des partenaires ?
La construction de ces mécanismes a été réalisée en collaboration avec Hensoldt – anciennement Carl Zeiss Optronics – à Oberkochen. Le développement a été financé par la société Max Planck et le Centre aérospatial allemand. Le projet a commencé à Heidelberg en 2000. La première phase de travail intensive a duré jusqu’en 2012/2013, lorsque les instruments ont été livrés à Nasa. Cependant, il y a eu des retards répétés de la part de l’agence spatiale américaine. Depuis lors, notre équipe a été principalement impliquée dans le développement du pipeline d’analyse des données et dans la préparation du fonctionnement de l’instrument. Et, bien sûr, dans la définition et la préparation des observations scientifiques du télescope.
Les composants doivent être « spatiaux qualifiés », pour ainsi dire. Comment et où se sont déroulés les tests correspondants ?
Le test des mécanismes et de leurs composants pour leur aptitude à l’utilisation dans l’espace a été effectué à l’Institut Max Planck à Heidelberg ainsi que dans la salle blanche et les laboratoires environnementaux des sociétés Hensolt et Carl Zeiss à Oberkochen. Nous avons utilisé de manière optimale les installations de laboratoire sur les deux sites afin d’effectuer les mesures longues et techniquement exigeantes à des températures extrêmement basses d’environ -266 °C et d’établir la fiabilité et le respect de toutes les exigences de performance pour un fonctionnement ultérieur dans l’espace.
Quel est le calendrier après le lancement ? Quand attendez-vous les premiers résultats ?
Au cours des deux premières semaines après le lancement, le grand pare-soleil puis le miroir principal avec ses 18 segments individuels se déploieront. Après cela, les instruments refroidiront lentement jusqu’à la température de fonctionnement. Cela prendra quelques semaines. En tant qu’instrument le plus froid à bord, l’instrument à ondes les plus longues MIRI devra attendre le plus longtemps. La mise en service de tous les instruments, dans laquelle notre équipe Heidelberg MIRI est également étroitement impliquée, sera achevée six mois après le lancement. Dès lors, des résultats scientifiques peuvent être attendus. Cependant, la “première lumière” du télescope spatial James Webb viendra plus tôt dans le cadre de la mise en service du miroir principal. Je m’attends à ce que ce soit environ trois mois après le lancement.
Dans quels domaines de recherche espérez-vous tirer de nouvelles connaissances de cette mission ?
Il y a deux domaines en particulier : l’observation des premières galaxies de l’univers peu après la Big Bang et étudier les atmosphères des planètes extrasolaires. Dès le départ, le télescope spatial James Webb a été conçu pour capturer l’émission de rayonnement extrêmement faible de la première génération de galaxies, qui doit s’être formée 100 à 200 millions d’années après la naissance de l’univers. En raison du décalage cosmique vers le rouge dans l’infrarouge, seul le JWST a une sensibilité suffisante pour détecter ces objets depuis le berceau de notre univers et les étudier en détail.
Et l’observation des exoplanètes ?
Lorsque le télescope spatial James Webb a été lancé il y a plus de 25 ans, les premières planètes autour d’étoiles lointaines venaient à peine d’être découvertes. Au cours des deux dernières décennies, ce domaine de recherche a explosé, et nous connaissons maintenant plusieurs milliers de telles exoplanètes. Après une époque de découvertes, nous pouvons maintenant étudier en détail les atmosphères et les origines de ces objets. Le télescope spatial James Webb jouera un rôle crucial dans l’étude de la composition chimique et des conditions physiques dans les enveloppes de gaz de ces mondes lointains.
