JAMES-WEBB, télescope spatial

Télescope et instruments scientifiques

Le JWST est constitué de quatre éléments principaux : le télescope lui-même, sa charge utile (les instruments embarqués), le bouclier thermique et le module de service.

Le télescope collecte le rayonnement infrarouge et l’envoie vers les instruments scientifiques embarqués. Il est composé principalement d’un miroir primaire de 6,5 mètres de diamètre, lui conférant une surface collectrice six fois plus grande que celle de Hubble, dont la taille du miroir est de 2,4 mètres. Pourtant, il a une masse légèrement plus faible (705 kg à comparer aux 826 kg de Hubble). La raison principale tient à sa conception : contrairement à la courbure du miroir de Hubble qui a été figée avant le lancement – ce qui fait que son miroir a dû être conçu avec une grande rigidité et donc une masse importante pour ne pas se déformer lors du lancement –, celle du miroir primaire du JWST est obtenue une fois le télescope envoyé dans l’espace. Le miroir est en fait un assemblage de 18 miroirs (appelés segments) hexagonaux en béryllium de 1,32 mètre de diamètre, et la courbure d’ensemble est acquise en ajustant individuellement celle de chacun des 18 segments à partir de 108 actionneurs (6 actionneurs sont placés derrière chaque segment).

Afin de satisfaire aux exigences scientifiques, le JWST embarque à son bord quatre instruments. Trois d’entre eux permettent des observations dans l’infrarouge proche (de 0,6 à 5 µm) : la caméra NIRCam (Near-InfraRed Camera), le spectromètre NIRSpec (Near-InfraRed Spectrograph) et le spectro-imageur NIRISS (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph). Le quatrième instrument, le spectro-imageur MIRI (Mid-InfraRed Instrument), est dédié aux observations dans l’infrarouge moyen (de 5 à 27 µm). Avec ces outils, les astronomes ont accès à 17 modes d’observations. Ils peuvent ainsi faire des images sur un champ relativement grand (2,2 × 4,4 minutes d'arc pour NIRCam et NIRISS, avec un champ de vue par pixel de 32 ou 65 millisecondes d’arc pour le premier instrument et de 65 millisecondes d’arc pour le second ; 1,2 × 1,88 minutes d’arc pour MIRI, avec un champ de vue par pixel de 110 millisecondes d’arc) et avec différents filtres (29 pour NIRCam, 12 pour NIRISS et 9 pour MIRI), des images à plus petit champ, mais à haut contraste, en utilisant le mode coronographique (MIRI, NIRCam), des images à haute résolution angulaire (NIRISS), des spectres avec un choix parmi différentes résolutions spectrales et la possibilité de faire de la spectroscopie multiobjets (NIRSPec) ou de chaque point d’un champ (MIRI).

Afin d’éviter que sa propre émission de lumière infrarouge ne vienne perturber les observations, le télescope et ses instruments travaillant dans l’infrarouge proche doivent être refroidis à environ –236 ⁰C. Pour atteindre cette température de façon passive, il faut empêcher les rayons du Soleil et de la Terre de venir chauffer le télescope. C’est pourquoi un bouclier thermique de la taille d’un terrain de tennis a été déployé derrière le télescope. Un bouclier encore plus grand aurait été nécessaire si le JWST n’avait pas été placé sur une orbite autour du point de Lagrange L2. En effet, ce point particulier, situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre, à l’opposé du Soleil, a pour caractéristique de tourner autour de celui-ci à la même vitesse angulaire que la Terre, si bien que le Soleil, la Terre et le satellite restent toujours alignés. Pour l’instrument MIRI, qui doit être refroidi à –266 ⁰C, il a été nécessaire d’installer un réfrigérateur cryogénique.

Le module de service regroupe les fonctions de support : alimentation électrique, contrôle et maintien de l’orbite, communication entre équipements de l’observatoire, communications avec la Terre…

L’Europe participe à ce programme[...]