Ceci est le premier épisode d'une série d'articles sur le James Webb Space Telescope (JWST ou juste Webb).
Je présenterai d'abord le télescope dans cet article, puis dans un article suivant, j'expliquerai l'intérêt des images qu'il a prises: en quoi elles donnent plus d'informations sur l'Univers en général, et certains phénomènes en particulier.
Lancé le 25 décembre 2021, le James Webb Space Telescope vient d'être mis en service: c'est un télescope spatial qui vient prendre le relai du télescope spatial Hubble, avec quelques différences et des améliorations.
| Vue
d'artiste représentant le James Webb Space Telescope (JWST) dans
l'espace. La structure dorée en haut de l'image est le miroir du
téléscope, composé de 18 hexagones recouverts d'or. On a ensuite un miroir secondaire au bout d'une perche (en
haut à droite) et les boucliers thermiques sous le miroir. Les panneaux
solaires sont en bas de la structure. |
Quelle est la mission du JWST ?
Ce nouveau télescope nous permettra d'étudier des objets toujours plus lointains, toujours plus anciens, pour comprendre la formation et l'évolution des premières étoiles et des galaxies. Il permettra aussi d'étudier la composition de l'atmosphère des exoplanètes, et pourquoi pas de découvrir des mondes propices à la vie.
En quoi est-il différent de Hubble (taille du miroir, longueurs d'onde observées, instruments utilisés) ?
Le JWST a plusieurs différences avec Hubble, qui lui donnent d'autres capacités.
D'abord, le JWST a un miroir beaucoup plus grand: 6.5 m de diamètre contre 2.4m pour Hubble, ce qui en fait un télescope beaucoup plus sensible, avec un grand pouvoir de résolution.
Ensuite, le JWST observe l'Univers dans l'infrarouge proche et lointain, alors
que Hubble observe les UV, la lumière visible et les infrarouges
proches. Les différents instruments du JWST lui permettront d'étudier le spectre lumineux des objets visés, en plus de nous donner des images.
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| Schéma du spectre lumineux: correspondance entre la longueur d'onde et le type d'ondes créé. Plus la longueur d'onde est petite, plus la lumière émise contient d'énergie. Les différents types de lumière ne traversent pas les mêmes objets |
A retenir
- Le miroir du JWST est plus grand que celui de Hubble
- Le JWST regarde dans l'infrarouge proche et lointain
- Sa mission: regarder toujours plus loin, pour étudier la formation des galaxies et des systèmes planétaires. Il permettra aussi d'étudier les exoplanètes.
Pourquoi observer les infrarouges et pas la lumière visible ?
Le Webb observe les objets en infrarouge pour deux raisons.
La première, c'est qu'il va viser des objets très lointains qui, en s'éloignant de nous à cause de l'expansion de l'Univers, vont émettre une lumière qui sera énormément décalée vers le rouge. Cette lumière nous parvient sous forme de lumière infrarouge (voir dans la rubrique "Pour aller plus loin" le paragraphe "Red shift").
L'autre raison d'observer dans l'infrarouge, c'est que cette lumière passe à travers les nuages de poussière et les nébuleuses, et nous permet de voir des étoiles qui nous seraient invisibles sinon, cachées derrière une couche de nuages.
Et ce n'est pas fini. Les nuages aussi peuvent interagir avec la lumière des étoiles: ils vont servir de filtres, et en fonction de la lumière filtrée, ils nous donneront des informations sur leur composition.
A retenir
- Pour observer des objets très lointains, il faut regarder dans l'infrarouge
- L'infrarouge permet de voir à travers des nuages de gaz
- La lumière infrarouge indique la composition des nébuleuses
Et pourquoi ces panneaux isolants ?
Tous les objets émettent de la lumière, en fonction de leur composition et de leur température. En chauffant, ils émettent d'abord des ondes radio, puis des infrarouges, de la lumière visible, etc.
Ce qui veut dire que les instruments du télescope, à cause de leur propre chaleur, émettent eux aussi des rayons infrarouges, qui masquent les signaux émis par les objets observés.
Pour éviter ce problème, des précautions ont été prises.
D'abord, en plus du système de refroidissement embarqué, le télescope est placé sur un point particulier de l'espace, le point de Lagrange L2 (voir la section Pour aller plus loin, "Les points de Lagrange").
Cet endroit est assez particulier: ici, le Soleil est masqué par la Terre en permanence, et la Terre est assez loin pour ne pas chauffer le télescope par rayonnement.
Les boucliers thermiques, tournés vers le Soleil et la Terre, bloquent le reste de la lumière émise par le Soleil et la Terre.
Toutes ces précautions, permettent aux instruments du JWST de refroidir suffisamment (40 K donc environ -233 °C)
A retenir
- Le JWST a été envoyé au point de Lagrange L2 pour pouvoir refroidir suffisamment
- Pour observer dans l'infrarouge lointain, il faut refroidir les instruments (40 K environ, donc -233 °C)
Où en est-il dans sa mission
Le JWST a atteint sa destination et a terminé ses réglages. Aujourd'hui, les premières images qu'il a prises ont été publiées.
J'expliquerai plus tard, dans un autre article, quelles informations sont données par ces nouvelles images.
Pour aller plus loin
Les points de Lagrange
Quand un objet tourne autour d'un autre objet (typiquement, une planète qui tourne autour d'une étoile, ou une lune qui tourne autour d'une planète), des points particuliers se forment dans l'espace.
A ces endroits particuliers, les forces de gravité des deux objets, et la force centrifuge, se compensent: si quelque chose se trouve à l'un de ces endroits - un astéroïde, un télescope, ou une voiture par exemple - il ne sentirait plus l'attraction des deux astres, et il resterait à cet endroit.
Ces endroits particuliers, ce sont les points de Lagrange. Il en existe 5 pour chaque couple d'objets. Ces points de Lagrange tournent autour du grand objet (l'étoile) en même temps que le petit objet (la planète).
Voici d'ailleurs un schéma qui montre où sont placés ceux de la Terre:
| Schéma représentant les points de Lagrange du système Soleil-Terre. Ces points correspondent aux zones d'équilibres entre les forces subies par un objet (gravité du Soleil, de la Terre, force centrifuge...) ce qui lui permet de rester au même endroit. Le JWST a été placé au point L2. |
Ce n'est peut-être pas très clair, alors je laisse AstronoGeek vous expliquer le concept correctement:
Une petite explication des points de Lagrange par AstronoGeek: c'est clair, et c'est en français.
Le JWST a été placé au point de Lagrange L2 de la Terre: il est donc en permanence dans l'ombre de la Terre.
Pour donner une idée des distances:
- La Station Spatiale Internationale (ISS) est en orbite autour de la Terre à 400 km d'altitude,
- La Lune est à 384 000 km de la Terre,
- Et le JWST est à ... 1.5 millions de km de la Terre, donc 1 % de la distance Terre-Soleil !
Spectre d'émission, spectre d'absorption
Quand un objet chauffe, il émet de la lumière. Mais pas n'importe comment.
La lumière qu'il émet dépend de sa composition chimique, et de sa température: on commence par des ondes radio, puis infra-rouges, visibles, etc.
Mais la lumière émise est très particulière: pour chaque élément chimique, si on s'amuse à décomposer la lumière, on obtient des bandes très nettes, très caractéristiques: c'est le spectre d'émission.
C'est ce phénomène qui donne le jaune si particulier des lampes au sodium, par exemple.
Une étoile, très chaude, aura des bandes d'émission plus large, jusqu'à avoir un spectre continu. Les différences d'intensité le long du spectre indiquent sa composition.
Un spectre d'absorption se forme si quelque chose se place devant une source lumineuse: cet objet, comme un abat-jour, va bloquer la lumière, et ne laissera passer que les bandes qui correspondent à sa composition.
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| Schéma explicatif du spectre d'émission et du spectre d'absorption. Le spectre d'émission est émis par une source lumineuse, c'est donc un spectre discontinu, composé de bandes qui indiquent la composition de l'objet. Le spectre d'absorption est créé quand de la lumière passe à travers un objet: il bloque les bandes du spectre qui correspondent à sa composition. |
"Red shift": décalage vers le rouge
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| Schéma du décalage de la lumière vers le rouge, ou "red shift". Quand un objet lumineux s'éloigne de l'observateur, la lumière qu'il émet devient plus rouge. Ce décalage est d'autant plus important que la vitesse de l'objet est importante. |
Détail des instruments du JWST:
-> La NIRcam (caméra en infrarouge proche) est utilisée
pour observer les systèmes planétaires en formation et les exoplanètes.
Un coronographe masque les étoiles et permet de voir les exoplanètes
près de leur étoile.
-> Le NIRspec (spectromètre en infrarouge proche) nous donne des informations sur la composition des objets observés (galaxies lointaines, exoplanètes...) en donnant des spectres de la lumière captée. Il peut réaliser jusqu'à 100 spectres à la fois, sur 100 objets différents.
-> Le MIRI
(instrument pour l'infrarouge moyen) donne à la fois des images et des
spectres. Comme c'est le seul instrument embarqué qui capte les
infrarouges moyens, il est utilisé sur beaucoup d'objets différents.
Sources
Sites Internet
Généralités
https://www.jwst.fr/
Orbite du James Webb
https://jwst.nasa.gov/content/about/orbit.html
Plein d'infos
https://fr.wikipedia.org/wiki/James-Webb_(t%C3%A9lescope_spatial)
Où en sont les réglages ?
https://blogs.nasa.gov/webb/2022/04/28/nasas-webb-in-full-focus-ready-for-instrument-commissioning/
Points de Lagrange
https://fr.wikipedia.org/wiki/Point_de_Lagrange
Images
Le télescope
https://tse2.mm.bing.net/th?id=OIP.OgxB12Bq0Or1WKHmFQr2KQHaFj&pid=Api
Les points de Lagrange
https://tse2.mm.bing.net/th?id=OIP.tTYwoKIhfd7AAs80vXZn1wHaGh&pid=Api
Schéma du spectre lumineux
https://www.ecosia.org/images?q=sch%C3%A9ma%20spectre%20lumineux#id=DC3D297EE2EC49CFBF56DEC38BA5950F08FDD9A1
Spectre d'absorption, spectre d'émission
http://metaphysik.fr/docs/4407spectre-absorption-emission.jpg
Red shift
https://media4.obspm.fr/public/FSU/pages_fizeau/decalagerouge.png
Vidéos
Points de Lagrange
Astronogeek: https://www.youtube.com/watch?v=KIw_KsEbl3g
