Orbite
Vidéo montrant l’orbite du JWST par rapport à la Terre et au Soleil (NASA: site en langue anglaise)
Alors que le HST est en orbite proche autour de la Terre (à environ 570 kilomètres), le JWST sera positionné beaucoup plus loin. Pour être plus froid. Ceci, non seulement parce que la température de fonctionnement des détecteurs infrarouge est très basse (–266° C), mais surtout parce que tous les objets (y compris les télescopes!) émettent un rayonnement dans un domaine de longueurs d’onde qui dépend de leur température, et qu’aux températures qui nous sont familières (celles du HST, par exemple) ce domaine correspond à celui couvert par les instruments du JWST.
A + DE 570 kM
Orbite
Alors que le HST est en orbite proche autour de la Terre (à environ 570 kilomètres), le JWST sera positionné beaucoup plus loin. Pour être plus froid. Ceci, non seulement parce que la température de fonctionnement des détecteurs infrarouge est très basse (–266° C), mais surtout parce que tous les objets (y compris les télescopes!) émettent un rayonnement dans un domaine de longueurs d’onde qui dépend de leur température, et qu’aux températures qui nous sont familières (celles du HST, par exemple) ce domaine correspond à celui couvert par les instruments du JWST.
Pour éviter que le signal infrarouge extrêmement faible des objets distants que le JWST se propose d’observer ne soit noyé dans le rayonnement ambiant provenant du télescope et de l’instrument, ceux-ci doivent être maintenus à une température la plus basse possible. Ils émettront alors dans des longueurs d’onde supérieures à celles auxquelles seront effectuées les observations. C’est pourquoi le JWST sera équipé d’un grand écran qui bloquera la lumière du Soleil, de la Terre et de la Lune, qui sinon ne manqueraient pas de réchauffer le télescope, et par conséquent d’interférer avec les observations. Et pour masquer ces trois objets ensemble de la manière la plus simple, le plus facile est qu’ils soient vus par le télescope dans la même direction.
L’endroit le plus propice pour que cela soit, est ce que les mathématiciens appellent le “Second Point de Lagrange (L2)” du système Soleil-Terre: un point de Lagrange, ou point de libration, est une position de l’espace où les champs de gravité de deux corps en orbite l’un autour de l’autre, et de masses substantielles, se combinent de manière à fournir un point d’équilibre à un troisième corps de masse négligeable, c’est-à-dire un point où toutes les forces de gravitation se compensent, ce qui fait que les positions relatives des trois corps restent fixes.
Le point L2 reste à l’extérieur de l’orbite de la Terre tandis qu’elle effectue sa révolution autour du Soleil, et les trois corps sont alignés en permanence. Une telle orbite d’autre part garantit la continuité des observations, ce qui n’est pas le cas pour Hubble. Notons que le point L2 est une destination très recherchée, puisque c’est là qu’ont été mis en orbite les satellite WMAP, Herschel, Planck et Gaia. Il y d’autres avantages à positionner le JWST en L2 : non seulement l’accès y est direct, ce qui facilite énormément les problèmes de navigation, mais de plus, les forces gravitationnelles combinées de la Terre et du Soleil permettant à elles seules de maintenir le satellite en position, cela évitera d’avoir trop souvent recours à des fusées auxiliaires, comme c’est hélas le cas pour Hubble dont les gyroscopes sont mis à rude épreuve (et ont une durée de vie limitée !).
D’autre part, comme nous l’avons vu, s’il fut possible de lancer le HST avec la navette spatiale, cela ne l’est pas pour le JWST, qui devra utiliser la fusée européenne Ariane 5 ECA pour rejoindre son orbite. Et comme celle-ci est beaucoup plus éloignée de la Terre que ne l’est celle du HST, cela signifie en particulier qu’aucune mission de sauvetage ou d’entretien, comme celles qui ont assuré le succès du HST ne pourra être envisagée. Ceci est une différence fondamentale entre les deux télescopes, et un lourd handicap pour le JWST.
À tel point que la NASA a finalement décidé (le 24 mai 2007) d’étudier la possibilité que des missions robotisées puissent le cas échéant effectuer certaines tâches de réparation et de maintenance.
Pour éviter que le signal infrarouge extrêmement faible des objets distants que le JWST se propose d’observer ne soit noyé dans le rayonnement ambiant provenant du télescope et de l’instrument, ceux-ci doivent être maintenus à une température la plus basse possible. Ils émettront alors dans des longueurs d’onde supérieures à celles auxquelles seront effectuées les observations. C’est pourquoi le JWST sera équipé d’un grand écran qui bloquera la lumière du Soleil, de la Terre et de la Lune, qui sinon ne manqueraient pas de réchauffer le télescope, et par conséquent d’interférer avec les observations. Et pour masquer ces trois objets ensemble de la manière la plus simple, le plus facile est qu’ils soient vus par le télescope dans la même direction.
L’endroit le plus propice pour que cela soit, est ce que les mathématiciens appellent le “Second Point de Lagrange (L2)” du système Soleil-Terre: un point de Lagrange, ou point de libration, est une position de l’espace où les champs de gravité de deux corps en orbite l’un autour de l’autre, et de masses substantielles, se combinent de manière à fournir un point d’équilibre à un troisième corps de masse négligeable, c’est-à-dire un point où toutes les forces de gravitation se compensent, ce qui fait que les positions relatives des trois corps restent fixes.
Le point L2 reste à l’extérieur de l’orbite de la Terre tandis qu’elle effectue sa révolution autour du Soleil, et les trois corps sont alignés en permanence. Une telle orbite d’autre part garantit la continuité des observations, ce qui n’est pas le cas pour Hubble. Notons que le point L2 est une destination très recherchée, puisque c’est là qu’ont été mis en orbite les satellite WMAP, Herschel, Planck et Gaia. Il y d’autres avantages à positionner le JWST en L2 : non seulement l’accès y est direct, ce qui facilite énormément les problèmes de navigation, mais de plus, les forces gravitationnelles combinées de la Terre et du Soleil permettant à elles seules de maintenir le satellite en position, cela évitera d’avoir trop souvent recours à des fusées auxiliaires, comme c’est hélas le cas pour Hubble dont les gyroscopes sont mis à rude épreuve (et ont une durée de vie limitée !).
D’autre part, comme nous l’avons vu, s’il fut possible de lancer le HST avec la navette spatiale, cela ne l’est pas pour le JWST, qui devra utiliser la fusée européenne Ariane 5 ECA pour rejoindre son orbite. Et comme celle-ci est beaucoup plus éloignée de la Terre que ne l’est celle du HST, cela signifie en particulier qu’aucune mission de sauvetage ou d’entretien, comme celles qui ont assuré le succès du HST ne pourra être envisagée. Ceci est une différence fondamentale entre les deux télescopes, et un lourd handicap pour le JWST.
À tel point que la NASA a finalement décidé (le 24 mai 2007) d’étudier la possibilité que des missions robotisées puissent le cas échéant effectuer certaines tâches de réparation et de maintenance.