Fantômes de l'espace lointain
Quelqu'un a dit un jour: les créateurs de Hubble doivent ériger un monument dans chaque grande ville de la Terre. Il a beaucoup de mérites. Par exemple, à l'aide de ce télescope, des astronomes ont pris une photo de la galaxie très lointaine UDFj-39546284. En janvier 2011, les scientifiques ont découvert qu'il était situé plus loin que le précédent détenteur du record - UDFy-38135539 - d'environ 150 millions d'années-lumière. La galaxie UDFj-39546284 est distante de 13,4 milliards d'années-lumière de nous. Autrement dit, Hubble a vu des étoiles qui existaient il y a plus de 13 milliards d'années, 380 millions d'années après le Big Bang. Ces objets ne sont probablement pas "vivants" depuis longtemps: nous ne voyons que la lumière des étoiles et des galaxies mortes depuis longtemps.
Mais malgré tous ses mérites, le télescope spatial Hubble est la technologie du dernier millénaire: il a été lancé en 1990. Bien sûr, la technologie a fait de grands progrès au fil des ans. Si le télescope Hubble était apparu à notre époque, ses capacités auraient dépassé de manière colossale la version originale. C'est ainsi qu'est né James Webb.
Pourquoi "James Webb" est utile
Le nouveau télescope, comme son ancêtre, est également un observatoire infrarouge en orbite. Cela signifie que sa tâche principale sera d'étudier le rayonnement thermique. Rappelons que les objets chauffés à une certaine température émettent de l'énergie dans le spectre infrarouge. La longueur d'onde dépend de la température de chauffage: plus elle est élevée, plus la longueur d'onde est courte et plus le rayonnement est intense.
Cependant, il existe une différence conceptuelle entre les télescopes. Hubble est en orbite terrestre basse, c'est-à-dire qu'il orbite autour de la Terre à une altitude d'environ 570 km. James Webb sera lancé sur une orbite de halo au point L2 de Lagrange du système Soleil-Terre. Il tournera autour du Soleil et, contrairement à la situation avec Hubble, la Terre n'interférera pas avec lui. Le problème se pose immédiatement: plus un objet est éloigné de la Terre, plus il est difficile de le contacter, donc plus le risque de le perdre est élevé. Par conséquent, "James Webb" se déplacera autour de l'étoile en synchronisation avec notre planète. Dans ce cas, la distance du télescope à la Terre sera de 1,5 million de km dans la direction opposée au Soleil. A titre de comparaison, la distance de la Terre à la Lune est de 384 403 km. Autrement dit, si l'équipement James Webb tombe en panne, il ne sera probablement pas réparé (sauf à distance, ce qui impose de sérieuses limitations techniques). Par conséquent, un télescope prometteur est rendu non seulement fiable, mais extrêmement fiable. Cela est en partie dû au report constant de la date de lancement.
James Webb a une autre différence importante. L'équipement lui permettra de se concentrer sur des objets très anciens et froids que Hubble ne pouvait pas voir. De cette façon, nous découvrirons quand et où les premières étoiles, quasars, galaxies, amas et superamas de galaxies sont apparus.
Les découvertes les plus intéressantes que le nouveau télescope peut faire sont les exoplanètes. Pour être plus précis, il s'agit de déterminer leur densité, ce qui nous permettra de comprendre quel type d'objet se trouve devant nous et si une telle planète peut être potentiellement habitable. Avec l'aide de James Webb, les scientifiques espèrent également collecter des données sur les masses et les diamètres des planètes lointaines, ce qui ouvrira de nouvelles données sur la galaxie d'origine.
L'équipement du télescope permettra de détecter des exoplanètes froides avec des températures de surface jusqu'à 27°C (la température moyenne à la surface de notre planète est de 15°C)."James Webb" pourra trouver de tels objets situés à une distance de plus de 12 unités astronomiques (c'est-à-dire la distance de la Terre au Soleil) de leurs étoiles et distants de la Terre à une distance pouvant atteindre 15 lumière années. Les plans sérieux concernent l'atmosphère des planètes. Les télescopes Spitzer et Hubble ont pu collecter des informations sur une centaine d'enveloppes de gaz. Selon les experts, le nouveau télescope pourra explorer au moins trois cents atmosphères de différentes exoplanètes.
Un autre point à souligner est la recherche d'hypothétiques populations stellaires de type III, qui devraient constituer la première génération d'étoiles apparue après le Big Bang. Selon les scientifiques, il s'agit de luminaires très lourds à courte durée de vie, qui, bien entendu, n'existent plus. Ces objets avaient une masse importante en raison du manque de carbone requis pour la réaction thermonucléaire classique, dans laquelle l'hydrogène lourd est converti en hélium léger, et l'excès de masse est converti en énergie. En plus de tout cela, le nouveau télescope sera capable d'étudier en détail des lieux jusqu'alors inexplorés où naissent les étoiles, ce qui est également très important pour l'astronomie.
- Recherche et étude des galaxies les plus anciennes;
- Recherche d'exoplanètes semblables à la Terre;
- Détection de populations stellaires du troisième type;
- Exploration des « berceaux des étoiles »
Caractéristiques de conception
L'appareil a été développé par deux sociétés américaines - Northrop Grumman et Bell Aerospace. Le télescope spatial James Webb est un chef-d'œuvre d'ingénierie. Le nouveau télescope pèse 6, 2 tonnes - à titre de comparaison, le Hubble a une masse de tonnes 11. Mais si l'ancien télescope peut être comparé en taille à un camion, alors le nouveau est comparable à un court de tennis. Sa longueur atteint 20 m et sa hauteur est la même que celle d'un bâtiment de trois étages. La plus grande partie du télescope spatial James Webb est un énorme bouclier solaire. C'est la base de toute la structure, créée à partir d'un film polymère. D'un côté, il est recouvert d'une fine couche d'aluminium et de l'autre de silicium métallique.
Le pare-soleil a plusieurs couches. Les vides entre eux sont remplis de vide. Ceci est nécessaire pour protéger l'équipement du "coup de chaleur". Cette approche permet de refroidir des matrices ultrasensibles jusqu'à –220 °C, ce qui est très important lorsqu'il s'agit d'observer des objets distants. Le fait est que, malgré les capteurs parfaits, ils ne pouvaient pas voir les objets en raison d'autres détails "chauds" de "James Webb".
Au centre de la structure se trouve un immense miroir. C'est une "superstructure" qui est nécessaire pour focaliser les faisceaux de lumière - le miroir les redresse, créant une image claire. Le diamètre du miroir principal du télescope James Webb est de 6,5 m. Il comprend 18 blocs: lors du lancement du lanceur, ces segments seront de forme compacte et ne s'ouvriront qu'une fois l'engin spatial entré en orbite. Chaque segment a six coins pour tirer le meilleur parti de l'espace disponible. Et la forme arrondie du miroir permet la meilleure focalisation de la lumière sur les détecteurs.
Pour la fabrication du miroir, le béryllium a été choisi - un métal relativement dur de couleur gris clair, qui se caractérise, entre autres, par un coût élevé. Parmi les avantages de ce choix, il y a le fait que le béryllium conserve sa forme même à très basse température, ce qui est très important pour la bonne collecte des informations.
Instruments scientifiques
L'examen d'un télescope prometteur serait incomplet si l'on ne se concentrait pas sur ses principaux instruments:
MIRI. Il s'agit d'un appareil à infrarouge moyen. Il comprend une caméra et un spectrographe. MIRI comprend plusieurs réseaux de détecteurs arsenic-silicium. Grâce aux capteurs de cet appareil, les astronomes espèrent envisager le décalage vers le rouge d'objets lointains: étoiles, galaxies et même de petites comètes. Le décalage vers le rouge cosmologique est appelé diminution des fréquences de rayonnement, ce qui s'explique par la distance dynamique des sources les unes des autres en raison de l'expansion de l'Univers. Ce qui est le plus intéressant, c'est qu'il ne s'agit pas seulement de réparer tel ou tel objet distant, mais d'obtenir une grande quantité de données sur ses propriétés.
La NIRCam, ou caméra proche infrarouge, est la principale unité d'imagerie du télescope. NIRCam est un complexe de capteurs mercure-cadmium-tellure. La plage de fonctionnement de l'appareil NIRCam est de 0,6 à 5 microns. Il est même difficile d'imaginer quels secrets NIRCam aidera à percer. Les scientifiques, par exemple, veulent l'utiliser pour créer une carte de la matière noire en utilisant la méthode dite de lentille gravitationnelle, c'est-à-dire trouver des caillots de matière noire par leur champ gravitationnel, perceptible par la courbure de la trajectoire du rayonnement électromagnétique voisin.
NIRSpec. Sans un spectrographe proche infrarouge, il serait impossible de déterminer les propriétés physiques des objets astronomiques, telles que la masse ou la composition chimique. NIRSpec peut fournir une spectroscopie à moyenne résolution dans la plage de longueurs d'onde de 1 à 5 m et une spectroscopie à basse résolution avec des longueurs d'onde de 0,6 à 5 m. L'appareil se compose de nombreuses cellules avec contrôle individuel, ce qui vous permet de vous concentrer sur des objets spécifiques, "filtrer" les rayonnements inutiles.
FGS / NIRISS. Il s'agit d'une paire composée d'un capteur de visée de précision et d'un appareil d'imagerie proche infrarouge avec un spectrographe sans fente. Grâce au capteur de guidage de précision (FGS), le télescope pourra se concentrer le plus précisément possible, et grâce à NIRISS, les scientifiques entendent effectuer les premiers tests orbitaux du télescope, qui donneront une idée générale de son état.. On pense également que le dispositif d'imagerie jouera un rôle important dans l'observation des planètes lointaines.
Officiellement, ils ont l'intention d'exploiter le télescope pendant cinq à dix ans. Cependant, comme le montre la pratique, cette période peut être prolongée indéfiniment. Et "James Webb" peut nous fournir des informations beaucoup plus utiles et simplement intéressantes que quiconque pourrait imaginer. De plus, il est maintenant impossible d'imaginer quel genre de "monstre" remplacera "James Webb", et combien coûtera sa construction.
Au printemps 2018, le prix du projet a augmenté pour atteindre un montant inimaginable de 9,66 milliards de dollars. À titre de comparaison, le budget annuel de la NASA est d'environ 20 milliards de dollars et le Hubble au moment de la construction valait 2,5 milliards de dollars. En d'autres termes, James Webb est déjà entré dans l'histoire comme le télescope le plus cher et l'un des projets les plus coûteux de l'histoire de l'exploration spatiale. Seuls le programme lunaire, la Station spatiale internationale, les navettes et le système de positionnement global GPS coûtent plus cher. Pourtant, « James Webb » a tout devant lui: son prix risque d'augmenter encore plus. Et bien que des experts de 17 pays aient participé à sa construction, la part du lion du financement repose toujours sur les épaules des États-Unis. Vraisemblablement, cela continuera d'être ainsi.
