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hubble et après …

Pourquoi le télescope spatial James-Webb;?

Après presque 30 ans la mission qui avait été impartie au télescope spatial Hubble (HST) pour scruter l’Univers proche a été accomplie summa cum laude (avec la plus haute louange). À tel point que l’heure de sa retraite est loin d’avoir sonné ! Elle est au contraire sans cesse repoussée.

Il reste que non seulement tous les télescopes vieillissent, mais à mesure que leurs utilisations nous aident à amplifier nos connaissances, elles suscitent en nous de nouvelles interrogations, auxquelles ceux-ci ne peuvent plus répondre, faute d’avoir été conçus pour ce faire.

La devise de l’astronome est simple :

voir toujours plus loin, et toujours mieux.

Non seulement le HST, mais aussi Chandra, XMM-Newton, et Spitzer depuis l’espace, et les très grands télescopes actuels au sol, le géant VLT, les jumeaux Gemini, le couple Magellan, et les télescopes siamois Keck ont aiguisé la gourmandise des astrophysiciens, dont l’appétit est insatiable.

Si l’on plaçait les objets de l’Univers local, vus par Hubble en lumière ultraviolette et visible, à des distances dites cosmologiques,  ils ne seraient visibles que dans la lumière émise à des longueurs d’onde qui correspondent au rouge lointain et à l’infrarouge.

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Et l’astronomie ne se réduit pas à la cosmologie ! De nombreux thèmes demandent à être explorés plus en avant. Pendant longtemps, l’existence d’exoplanètes n’avait pu être prouvée par l’observation. La distance, mais aussi le manque de luminosité de ces objets célestes rendent leur détection très difficile.


D’une part, une planète ne produit pas de lumière : elle ne fait que diffuser celle qu’elle reçoit de son étoile, ce qui est bien peu.


D’autre part, la distance qui nous sépare de l’étoile est de loin bien plus importante que celle qui sépare la planète de son étoile : le pouvoir séparateur de l’instrument de détection doit donc être très élevé pour pouvoir les distinguer.

Voir plus loin dans l’Univers cela ne consiste pas seulement à utiliser un télescope plus puissant : il faut prendre en compte l’expansion de l’Univers, qui décale le spectre des objets lointains vers le rouge.

Par conséquent, pour pouvoir répondre aux questions laissées en suspens par son illustre prédécesseur, le nouveau télescope spatial qu’il fallait construire ne devait pas être seulement un « Super-HST  », mais il devait aussi être spécialement adapté pour « voir » de tels rayonnements.

1989 - 2002

Du NGST au JWST

C’est en 1989 que Ricardo Giacconi (alors directeur du STScI, le centre des opérations du HST, à Baltimore, et futur Prix Nobel – 2002), réalisant quiil fallait un minimum de 20 ans entre les premières études et la mise en orbite d’un projet spatial, suggéra la tenue d’un atelier de travail qui préparerait l’après-HST, qui était alors prévu pour 2005. Cet atelier concluait que l’étude des galaxies à grandes distances (z=1, à l’époque) devrait constituer le premier objectif du successeur du HST, lequel devrait avoir un diamètre de 8 mètres et fonctionner dans l’infrarouge proche, en orbite haute ou sur la Lune. Ce télescope encore dans les limbes fut dès lors baptisé sous le nom de NGST (pour New Generation Space Telescope).

1989 - 2002

Du NGST au JWST

C’est en 1989 que Ricardo Giacconi (alors directeur du STScI, le centre des opérations du HST, à Baltimore, et futur Prix Nobel – 2002), réalisant quiil fallait un minimum de 20 ans entre les premières études et la mise en orbite d’un projet spatial, suggéra la tenue d’un atelier de travail qui préparerait l’après-HST, qui était alors prévu pour 2005. Cet atelier concluait que l’étude des galaxies à grandes distances (z=1, à l’époque) devrait constituer le premier objectif du successeur du HST, lequel devrait avoir un diamètre de 8 mètres et fonctionner dans l’infrarouge proche, en orbite haute ou sur la Lune. Ce télescope encore dans les limbes fut dès lors baptisé sous le nom de NGST (pour New Generation Space Telescope).

Riccardo Giacconi

Directeur du STScI en 1989

Les années qui suivirent virent les astronomes de Baltimore et la NASA aux prises avec les problèmes de vision du HST, et les études sur le NGST furent momentanément délaissées. Ce n’est qu’en 1993, après le succès de COSPAR  qui corrigeait spectaculairement l’astigmatisme du HST, que fut prise la décision de prolonger la durée de vie du HST jusqu’en 2010, et de reprendre les études de faisabilité d’un télescope de 4 mètres qui contribuerait au grand projet ORIGINS dont l’ambition est d’élucider les mécanismes de formation des galaxies, des étoiles et des planètes, et de l’apparition de la Vie. 

Plusieurs projets de télescopes de 4 m furent alors proposés, mais, en 1995, le directeur de la NASA, Dan Goldin, mettait la communauté astronomique en instance de penser « Plus vite, Meilleur et Moins Cher » (le fameux « Faster, Better, Cheaper« ) et lui demandait de présenter un projet de télescope de 8 m à un coût inférieur à celui des télescopes précédents. 

C’est ainsi que, dès l’année suivante, plusieurs études envisageaient la réalisation de télescopes dont les miroirs de 8 m pourraient se déployer dans l’espace, dotés de grands parasols et placés en orbite haute, pour la modeste somme d’environ 500 millions de dollars. 


Des simulations basées sur les données obtenues avec le HST démontraient que de tels diamètres étaient non seulement nécessaires mais aussi suffisants pour observer les galaxies les plus lointaines. La NASA décida alors de financer des études complémentaires : le NGST entrait alors dans sa phase A, qui correspond à l’étude détaillée de la faisabilité d’un projet. 

En 1997, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (CSA) rejoignaient le projet. 

Durant les années 1997-2000, les grands objectifs scientifiques étaient définis : ils n’ont guère été modifiés depuis. 

Parallèlement, apparaissaient les premières avancées technologiques requises pour la bonne réalisation du projet, en matière, par exemple, de miroirs ultralégers, d’optique adaptive, de détecteurs de nouvelle génération, voire d’actuateurs cryogéniques. 

Hélas, les estimations budgétaires excédaient de plusieurs centaines de millions de dollars la somme qui pouvait être raisonnablement envisagée, et le miroir du NGST dut être réduit à un diamètre de 6m en 2001. 

L’année suivante, le NGST entrait dans sa phase B, qui est la définition finale du projet, et la NASA procédait à la répartition des tâches, en particulier en sélectionnant les équipes qui seraient chargées de la réalisation des différents instruments.

En septembre 2002, le NGST reçut le nom de télescope Spatial James Webb, et sera désormais connu sous le sigle de JWST. Ceci fut rendu nécessaire après que la construction du télescope a été confiée au groupe industriel Northrop Grumman et sa filiale Space Technologies dont le sigle était… NGST ! 

Au cours de l’été 2007, la NASA et l’ESA d’une part, et la NASA et la CSA d’autre part, signaient leurs protocoles d’accord respectifs, fixant les modalités de développement et d’opération du JWST. 

 

Le coût total du projet fut estimé, à l’époque, à 3,5 milliards de dollars. 

 

Le JWST devait fonctionner, pendant une durée minimum de 5 ans, mais les agences misaient sur au moins 5 années de plus : un budget de fonctionnement de 1 milliard pour 10 ans d’opération a donc été provisionné. 

 

À titre de comparaison, le HST aura coûté 4,1 milliards, entre la première phase de son étude et son lancement, auxquels il convient d’ajouter 250 millions par année pour son fonctionnement.   

Riccardo Giacconi

Directeur du STScI en 1989

Les années qui suivirent virent les astronomes de Baltimore et la NASA aux prises avec les problèmes de vision du HST, et les études sur le NGST furent momentanément délaissées. Ce n’est qu’en 1993, après le succès de COSPAR  qui corrigeait spectaculairement l’astigmatisme du HST, que fut prise la décision de prolonger la durée de vie du HST jusqu’en 2010, et de reprendre les études de faisabilité d’un télescope de 4 mètres qui contribuerait au grand projet ORIGINS dont l’ambition est d’élucider les mécanismes de formation des galaxies, des étoiles et des planètes, et de l’apparition de la Vie. 

 

Plusieurs projets de télescopes de 4 m furent alors proposés, mais, en 1995, le directeur de la NASA, Dan Goldin, mettait la communauté astronomique en instance de penser « Plus vite, Meilleur et Moins Cher » (le fameux « Faster, Better, Cheaper« ) et lui demandait de présenter un projet de télescope de 8 m à un coût inférieur à celui des télescopes précédents. 

 

C’est ainsi que, dès l’année suivante, plusieurs études envisageaient la réalisation de télescopes dont les miroirs de 8 m pourraient se déployer dans l’espace, dotés de grands parasols et placés en orbite haute, pour la modeste somme d’environ 500 millions de dollars.

Des simulations basées sur les données obtenues avec le HST démontraient que de tels diamètres étaient non seulement nécessaires mais aussi suffisants pour observer les galaxies les plus lointaines. La NASA décida alors de financer des études complémentaires : le NGST entrait alors dans sa phase A, qui correspond à l’étude détaillée de la faisabilité d’un projet. 

 

En 1997, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (CSA) rejoignaient le projet. 

 

Durant les années 1997-2000, les grands objectifs scientifiques étaient définis : ils n’ont guère été modifiés depuis. 

Parallèlement, apparaissaient les premières avancées technologiques requises pour la bonne réalisation du projet, en matière, par exemple, de miroirs ultralégers, d’optique adaptive, de détecteurs de nouvelle génération, voire d’actuateurs cryogéniques. 

 

Hélas, les estimations budgétaires excédaient de plusieurs centaines de millions de dollars la somme qui pouvait être raisonnablement envisagée, et le miroir du NGST dut être réduit à un diamètre de 6m en 2001. 

 

L’année suivante, le NGST entrait dans sa phase B, qui est la définition finale du  

projet, et la NASA procédait à la répartition des tâches, en particulier en sélectionnant les équipes qui seraient chargées de la réalisation des différents instruments.

 

En septembre 2002, le NGST reçut le nom de télescope Spatial James Webb, et sera désormais connu sous le sigle de JWST. Ceci fut rendu nécessaire après que la construction du télescope a été confiée au groupe industriel Northrop Grumman et sa filiale Space Technologies dont le sigle était… NGST ! 

 

Au cours de l’été 2007, la NASA et l’ESA d’une part, et la NASA et la CSA d’autre part, signaient leurs 

protocoles d’accord respectifs, fixant les modalités de développement et d’opération du JWST. 

 

Le coût total du projet fut estimé, à l’époque, à 3,5 milliards de dollars. 

Le JWST devait fonctionner, pendant une durée minimum de 5 ans, mais les agences misaient sur au moins 5 années de plus : un budget de fonctionnement de 1 milliard pour 10 ans d’opération a donc été provisionné. 

 

À titre de comparaison, le HST aura coûté 4,1 milliards, entre la première phase de son étude et son lancement, auxquels il convient d’ajouter 250 millions par année pour son fonctionnement. 

1902 - 1992

James Webb

Le miroir du JWST aura un diamètre de 6,5 m. Or, si fabriquer un miroir de cette dimension ne pose plus de problème de nos jours, le placer en orbite est une toute autre histoire : en effet, si le HST, qui n’a “qu’un” diamètre de 2,4 m, était mis à l’échelle du JWST, il serait beaucoup trop lourd pour pouvoir être placé dans l’espace ! De plus, aucune fusée n’est actuellement assez grande pour contenir un miroir monolithique de cette taille puisque le diamètre utile d’Ariane 5 ne dépasse pas 5 m.

1902 - 1992

James Webb

Le miroir du JWST aura un diamètre de 6,5 m. Or, si fabriquer un miroir de cette dimension ne pose plus de problème de nos jours, le placer en orbite est une toute autre histoire : en effet, si le HST, qui n’a “qu’un” diamètre de 2,4 m, était mis à l’échelle du JWST, il serait beaucoup trop lourd pour pouvoir être placé dans l’espace ! De plus, aucune fusée n’est actuellement assez grande pour contenir un miroir monolithique de cette taille puisque le diamètre utile d’Ariane 5 ne dépasse pas 5 m.

James Edwin Webb

Les années qui suivirent virent les astronomes de Baltimore et la NASA aux prises avec les problèmes de vision du HST, et les études sur le NGST furent momentanément délaissées. Ce n’est qu’en 1993, après le succès de COSPAR  qui corrigeait spectaculairement l’astigmatisme du HST, que fut prise la décision de prolonger la durée de vie du HST jusqu’en 2010, et de reprendre les études de faisabilité d’un télescope de 4 mètres qui contribuerait au grand projet ORIGINS dont l’ambition est d’élucider les mécanismes de formation des galaxies, des étoiles et des planètes, et de l’apparition de la Vie. 

Plusieurs projets de télescopes de 4 m furent alors proposés, mais, en 1995, le directeur de la NASA, Dan Goldin, mettait la communauté astronomique en instance de penser « Plus vite, Meilleur et Moins Cher » (le fameux « Faster, Better, Cheaper« ) et lui demandait de présenter un projet de télescope de 8 m à un coût inférieur à celui des télescopes précédents. 

C’est ainsi que, dès l’année suivante, plusieurs études envisageaient la réalisation de télescopes dont les miroirs de 8 m pourraient se déployer dans l’espace, dotés de grands parasols et placés en orbite haute, pour la modeste somme d’environ 500 millions de dollars.

Nombreuses innovations (et prouesses) techniques

Ne serait-ce qu’en ce qui concerne la fabrication du miroir primaire, en particulier avec l’utilisation de béryllium pour qu’il soit ultra-léger, mais aussi pour le rendre pliable et, surtout, pour que sa forme puisse être ajustée, une fois les segments assemblés dans l’espace. 

Le JWST a aussi bénéficié de développements récents réalisés sur les détecteurs, qui doivent pouvoir enregistrer des signaux extrêmement faibles, du contrôle de micro-obturateurs par des systèmes de micro-électromécanique (pour le positionnement des objets à observer avec le spectrographe), et le système cryogénique requis pour refroidir le détecteur de MIRI jusqu’à une température de 7 K ! 

Toutes ces technologies « de pointe » ont été « qualifiées », c’est-à-dire que leur efficacité et fiabilité ont été dûment démontrées, certifiées conformes aux spécifications requises, et aptes pour leur utilisation dans l’espace, et ce, depuis janvier 2007.

James Webb (1902–1992) fut le second administrateur général de la NASA et le principal artisan du programme Apollo qui a connu son apogée avec l’alunissage de Neil Armstrong le 20 juillet 1969. 

 

C’est la première fois que la NASA baptise un de ses véhicules spatiaux du nom d’une personne qui n’était pas un scientifique.

Il est d’usage de dire que le JWST est le successeur de Hubble. Est-ce vraiment légitime ?

Il y a, bien sûr, des similitudes : les deux télescopes sont placés dans l’espace. Les deux ont pour objectif de parfaire nos connaissances des phénomènes astrophysiques, par exemple les mécanismes qui gouvernent la formation d’une étoile et de son système planétaire, ou la formation et l’évolution des galaxies. Mais il existe cependant des différences fondamentales entre le HST et le JWST.

Les années qui suivirent virent les astronomes de Baltimore et la NASA aux prises avec les problèmes de vision du HST, et les études sur le NGST furent momentanément délaissées. Ce n’est qu’en 1993, après le succès de COSPAR  qui corrigeait spectaculairement l’astigmatisme du HST, que fut prise la décision de prolonger la durée de vie du HST jusqu’en 2010, et de reprendre les études de faisabilité d’un télescope de 4 mètres qui contribuerait au grand projet ORIGINS dont l’ambition est d’élucider les mécanismes de formation des galaxies, des étoiles et des planètes, et de l’apparition de la Vie. 

Plusieurs projets de télescopes de 4 m furent alors proposés, mais, en 1995, le directeur de la NASA, Dan Goldin, mettait la communauté astronomique en instance de penser « Plus vite, Meilleur et Moins Cher » (le fameux « Faster, Better, Cheaper« ) et lui demandait de présenter un projet de télescope de 8 m à un coût inférieur à celui des télescopes précédents. 

C’est ainsi que, dès l’année suivante, plusieurs études envisageaient la réalisation de télescopes dont les miroirs de 8 m pourraient se déployer dans l’espace, dotés de grands parasols et placés en orbite haute, pour la modeste somme d’environ 500 millions de dollars.

James Edwin Webb

Nombreuses innovations (et prouesses) techniques

Ne serait-ce qu’en ce qui concerne la fabrication du miroir primaire, en particulier avec l’utilisation de béryllium pour qu’il soit ultra-léger, mais aussi pour le rendre pliable et, surtout, pour que sa forme puisse être ajustée, une fois les segments assemblés dans l’espace. 

Le JWST a aussi bénéficié de développements récents réalisés sur les détecteurs, qui doivent pouvoir enregistrer des signaux extrêmement faibles, du contrôle de micro-obturateurs par des systèmes de micro-électromécanique (pour le positionnement des objets à observer avec le spectrographe), et le système cryogénique requis pour refroidir le détecteur de MIRI jusqu’à une température de 7 K ! 

Toutes ces technologies « de pointe » ont été « qualifiées », c’est-à-dire que leur efficacité et fiabilité ont été dûment démontrées, certifiées conformes aux spécifications requises, et aptes pour leur utilisation dans l’espace, et ce, depuis janvier 2007.

James Webb (1902–1992) fut le second administrateur général de la NASA et le principal artisan du programme Apollo qui a connu son apogée avec l’alunissage de Neil Armstrong le 20 juillet 1969. 

 

C’est la première fois que la NASA baptise un de ses véhicules spatiaux du nom d’une personne qui n’était pas un scientifique.

Il est d’usage de dire que le JWST est le successeur de Hubble. Est-ce vraiment légitime ?

Il y a, bien sûr, des similitudes : les deux télescopes sont placés dans l’espace. Les deux ont pour objectif de parfaire nos connaissances des phénomènes astrophysiques, par exemple les mécanismes qui gouvernent la formation d’une étoile et de son système planétaire, ou la formation et l’évolution des galaxies. Mais il existe cependant des différences fondamentales entre le HST et le JWST.

JWST - James Webb Space Telescope

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