Mise à jour le 2 Mars 2020

CONFÉRENCE
« LE TÉLESCOPE JAMES WEBB ET LES EXOPLANETES »

Par Pierre-Olivier LAGAGE Astrophysicien CEA

Co-PI de l’instrument MIRI

Organisée par l'IAP   98 bis Bd Arago, Paris 14^ème

Le Mardi 25 Février 2020 à 19H30

Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos ou illustrations.

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BREF COMPTE RENDU

Je m’inspire de textes que j’ai déjà écrit sur le JWST.

Pierre-Olivier Lagage est astrophysicien au CEA Saclay, il est spécialiste de la physique des planètes.

Il commence son exposé par des rappels sur la lumière et sur le prédécesseur du JWST, c’est-à-dire Hubble.

Le James Webb Space Telescope ou JWST ou Webb, tire son nom du célèbre administrateur de la NASA de l’époque Apollo (de 1961 à 1968).

Les coûts de ce super télescope n’a fait qu’augmenter depuis l’origine, son coût est passé maintenant à 10 milliards de $.

De même sa date de lancement n’a fait qu’être repoussée, maintenant on vise plutôt Mars 2021 ! Il devait être lancé en Octobre 2018 par une Ariane 5 de Kourou, et placé au point L2 (Lagrange, à 1,5 millions de km de la Terre) du système Terre-Soleil.

Pourquoi si loin ? (rendant pour le moment toute réparation impossible).

Pour des questions thermiques ; plus près il nécessiterait un système cryogénique de refroidissement plus poussé que celui prévu, qui est un refroidissement passif.

Durée de vie prévue : 5 à 10 ans, due à la consommation d’ergol toutes les 3 semaines, pour maintenir l’orbite.

Voici une vue du télescope spatial James Webb, on reconnaît dans la partie supérieure le miroir primaire constitué de 18 miroirs hexagonaux en Béryllium recouvert d’or (3 groupes de 6 miroirs) et le miroir secondaire.

L'ensemble constituant le télescope (OTE = Optical Telescope Element) qui fonctionne dans l’IR.

Le côté Soleil et Terre se trouve bien entendu du côté opposé aux miroirs, donc vers la partie inférieure de l'image.

Ces écrans servent donc bien à protéger le télescope et ses précieux instruments de la chaleur solaire ;

Illustration : NASA/JWST

Le miroir primaire et les protections solaires sont de très loin supérieurs à ce que la coiffe d'une fusée peut contenir aussi un système astucieux de pliage a été mis au point afin qu'un déploiement sans problème dans l'espace se produise.

Son miroir fait 6,5m de diamètre (2,4m pour Hubble).

Derrière le miroir primaire se trouve la baie d'instruments (ISIM =Integrated Science Instruments Module) la partie inférieure contient les protections solaires (sunshield) qui sont 5 membranes fines de polyester chargées de garder le reste du télescope à des basses températures.

Voici une vidéo explicative du déploiement du miroir et de la protection solaire dans l’espace.

 vidéo :

https://youtu.be/vpVz3UrSsE4

Le JWST possède principalement 4 instruments :

·         La caméra dans le proche infrarouge (NIRCam), fournie par la NASA par l’intermédiaire de l’Université de l’Arizona

·         Le spectrographe dans le proche infrarouge (NIRSpec), qui fonctionnera dans des longueurs d’onde similaires fabriqué par Astrium GmbH et fourni par l’ESA et dont les détecteurs et l’ensemble de micro-volets seront, eux, fournis par la NASA.

·         L’instrument dans l’infrarouge moyen (MIRI) – est fourni par un consortium d’organismes européens financés sur des fonds publics et par la NASA, la coordination étant assurée par l’ESA.

·         Le détecteur de guidage de précision/caméra à filtre accordable (FGS/NIRISS), est fourni par les Canadiens de l’ASC

Un des instruments les plus importants est celui fourni par l’ESA, le NIRSpec conçu pour détecter le rayonnement émis par les premières étoiles et galaxies qui se sont formées au début de l’existence de l’Univers, quelque 400 millions d’années après le Big Bang.

Le spectrographe décompose le rayonnement infrarouge de ces objets lointains en fonction de ses différentes couleurs, générant ainsi un spectre qui fournira aux scientifiques des données capitales sur la composition chimique, les propriétés dynamiques, et l’âge de ces objets, ainsi que sur la distance qui les sépare de la Terre. 

Le NIRSpec sera capable d’observer simultanément pas moins de 100 de ces objets. 

Il fonctionne dans la gamme de 0,6 à 5 microns.

Chaque segment de miroir mesure 1,3m et pèse 40kg. Une fois montés ensemble, les 18 miroirs seront équivalents à un énorme miroir unique de 6,5m. Ils sont en Béryllium, matériau très léger.

Ils sont construits par Ball Aerospace & Technologies Corp., Boulder, Colorado

Une photo explicative de l’arrière des miroirs.

Les principales observations du JWST se feront en IR, et notre conférencier joignant le geste à la parole, nous montre à l’aide d’une caméra thermique l’intérêt de cette longueur d’onde.

Les sujets d’observation principaux du Webb sont :

·         Les premiers instants de l’Univers et la période de réionisation.

·         La naissance des premières étoiles

·         Les galaxies

·         Les systèmes planétaires et l’origine de la vie.

Et notamment les exoplanètes ; à ce jour nous en avons découvert plus de 4000 !

Leur principale caractéristique : une énorme diversité !

Le système Trappiste semblant de loin le plus intéressant.

Il comporte 7 planètes, mais trois d’entre elles sont dans la zone habitable au moins (e, f et g), peut-être même 4 (d, e, f et g). Elles sont toutes très proches de l’étoile (naine rouge), bien plus proche que Mercure ne l’est du Soleil.

L’Europe participant au projet JWST aura droit en tout à 900 heures d’observation !

On rappelle que c’est John Mather, du GSFC, le prix Nobel de physique qui est le responsable scientifique de ce télescope. C’est un spécialiste de la cosmologie et il a reçu avec son collègue G Smoot, le prix Nobel de Physique en 2006 pour sa contribution à l’étude du bruit de fond cosmologique (CMB) grâce aux mesures du satellite COBE.

Première lumière attendue deux mois après la mise à poste.

POUR ALLER PLUS LOIN :

L’actualité du JWST sur votre site préféré.

NASA's James Webb Space Telescope Science Instruments Begin Final Super Cold Test at Goddard

James Webb space telescope’s giant sunshield test unit unfurled first time par Universe Today

Le site de JWST à la NASA.

JWST (James Webb Space Telescope) par Earth Observatory. Très complet.

Big year ahead for James Webb telescope par la BBC.

By the Dozen: NASA's James Webb Space Telescope Mirrors

Cryogenic Testing of JWST’s Instruments Under Way par l’AAS.

Status of the James Webb Space Telescope par John Stansberry du STScI pdf

The JWST mission: status and overview  par P. Ferruit de l’ESA pdf

Bon ciel à tous !

Jean Pierre Martin. Commission de Cosmologie de la SAF.

www.planetastronomy.com

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