Toute une horlogerie pour scruter les confins de l’univers

Le télescope James Webb sera lancé dans l’espace le 18 décembre prochain, et déjà la tension est palpable chez les scientifiques qui ont participé à sa conception, car il y aura de nombreux moments critiques à la suite de ce lancement, dont notamment le déploiement du télescope et de ses différentes composantes.

Lorsqu’il sera en fonction, le télescope James Webb occupera un espace aux dimensions équivalentes à celles d’un terrain de tennis. Mais pour l’acheminer dans l’espace, il a fallu le rendre beaucoup plus compact. Il a ainsi été conçu de façon à pouvoir être plié, comme on le fait en origami, afin de pouvoir tenir dans la fusée la plus volumineuse dont on dispose actuellement, soit la fusée Ariane 5 dont le diamètre du carénage ne mesure que 5,4 mètres.

La partie la plus délicate de la mission sera donc celle où le télescope se dépliera, une fois qu’il sera dans l’espace, ont souligné des artisans de la mission lors d’une séance d’information technique virtuelle organisée par la NASA. Ce déploiement comprendra environ 50 étapes majeures, et 178 mécanismes de libération devront fonctionner adéquatement pour que le télescope atteigne son état de marche.

Peu de temps après le lancement, ce sera le panneau solaire et l’antenne émettrice qui se déploieront pour, respectivement, fournir de l’énergie à l’engin spatial et établir les communications avec le centre de contrôle sur Terre, situé à Baltimore, aux États-Unis. La fusée Ariane 5 déposera ensuite le télescope Webb sur une orbite précise à partir de laquelle ce dernier poursuivra par lui-même sa trajectoire jusqu’à sa destination finale, qui sera le second point de Lagrange L2, situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre, soit quatre fois plus loin que la Lune. Le télescope Webb se retrouvera donc énormément plus loin de notre planète que le télescope Hubble, qui tourne autour de la Terre à 590 km d’altitude.

Le point L2 a été choisi parce que la température y est stable, les influences gravitationnelles y sont faibles et le télescope pourra être maintenu dans un angle toujours constant par rapport au positionnement du Soleil, contrairement à Hubble qui est affecté par les grandes variations de température auxquelles il est exposé puisqu’il se trouve parfois dans l’ombre de la Terre, parfois du côté illuminé, explique Martin Bergeron, gestionnaire des missions d’exploration planétaire et d’astronomie à l’Agence spatiale canadienne (ASC).

Comme les instruments à bord du télescope Webb ne peuvent fonctionner correctement qu’à une très basse température (- 233 °C), celui-ci a été équipé d’un immense écran solaire (21 mètres sur 15 mètres) qui jouera le rôle de parasol permettant de protéger les miroirs et les instruments de la chaleur du Soleil, et de celle émanant de la lumière de la Terre et de la Lune.

Composé de cinq feuilles très minces (de l’épaisseur d’un cheveu) constituées de matériaux réfléchissants, cet écran solaire est vital pour le bon fonctionnement du télescope. Son déploiement représente donc un autre moment crucial qui inquiète les scientifiques. Une centaine de mécanismes de libération, 400 poulies, 90 câbles et une panoplie de charnières, ressorts et autres quincailleries interviendront dans le dépliage de ces bâches protectrices.

On procédera ensuite à l’ouverture du miroir, qui est composé de 18 sections hexagonales. Ces unités de béryllium plaqué or seront alignées précisément afin de former un grand miroir de 6,5 mètres de diamètre. Le télescope Hubble était peut-être trois fois moins grand avec son diamètre de 2,4 mètres, mais la capacité à capter la lumière du télescope Webb sera 9 à 10 fois plus puissante, souligne M. Bergeron. Une telle puissance et l’emplacement du télescope au point L2 permettront « de voir encore plus loin, dans les premiers moments de l’Univers ».

Le télescope recherchera donc les premières étoiles et galaxies qui se sont formées après le Big Bang. « Ces objets très éloignés ont une très faible luminosité, car leur lumière a parcouru une très grande distance au cours de laquelle elle s’est beaucoup atténuée. Pour les voir, il faut donc disposer d’un très grand miroir, ce qui est le cas avec le télescope Webb, et les observer très longtemps pour accumuler le plus possible de lumière. Mais pour observer un point de faible luminosité très longtemps, le miroir doit être très stable. Or, comme ce télescope est dans l’espace et non bien campé sur Terre, il fallait trouver une façon de pointer le télescope vers une cible de façon stable, c’est ce que va faire le détecteur de guidage de précision (FGS) », explique M. Bergeron.

« Le FGS est un instrument canadien qui va permettre de maintenir stable tout le télescope avec une précision de l’ordre du millionième de degré, soit l’équivalent d’une pièce de monnaie à mille kilomètres de distance, et ce, pendant de longues heures, voire des jours », précise-t-il.

L’Agence spatiale canadienne fournit également un autre instrument conçu par l’équipe de René Doyon, de l’Université de Montréal : un imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS) qui permettra de déterminer la composition de l’atmosphère d’exoplanètes lointaines.

Cette contribution du Canada à la mission du télescope James Webb, laquelle résulte de la collaboration de la NASA, de l’Agence spatiale européenne (ESA) et de l’ASC, garantira un accès privilégié des Canadiens au télescope durant toute la durée de vie de la mission. « Les Canadiens auront droit à 5 % du temps d’observation, ce qui est exceptionnel, car ce télescope sera énormément sollicité », dit M. Bergeron.

Mais ces chercheurs devront patienter, car ce n’est que l’été prochain (en 2022) que les premières lumières captées par le télescope seront transmises à la Terre pour être analysées par des scientifiques. « Car une fois lancé, le télescope James Webb mettra quatre semaines à atteindre le second point de Lagrange, où il sera complètement déployé. Il devra ensuite être refroidi pour que les instruments ne contaminent pas le signal infrarouge venant des objets célestes. Il faudra ensuite tout tester et valider. Tout ça prendra autour de six mois avant que le télescope soit opérationnel », fait remarquer M. Bergeron.

Le télescope James Webb sera lancé depuis la base européenne située à Kourou, en Guyane française, où il est arrivé par bateau le 14 octobre dernier depuis la Californie où il a été construit et assemblé. Les scientifiques procèdent actuellement aux tout derniers tests avant le jour J.

La version originale de cet article a été modifiée pour corriger la citation de Martin Bergeron qui avait d'abord indiqué que la précision du FGS était de l'ordre du soixantième de degré. Il s'agit plutôt de l'ordre du millionième de degré.
 

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