Sciences · Astronomie et espace
Le télescope spatial James Webb
Le télescope spatial James Webb (JWST) est le plus grand télescope envoyé dans l’espace. Lancé le 25 décembre 2021, il observe en infrarouge les premières galaxies et les exoplanètes.
Mis à jour le 5 min de lecture
Fruit d’une collaboration entre la NASA, l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Agence spatiale canadienne, le James Webb a demandé plus de vingt ans de développement et coûté environ 10 milliards de dollars. Son objectif principal : voir la lumière des premières galaxies, formées quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, et que l’expansion de l’Univers a décalée vers l’infrarouge. Depuis ses premières images, en juillet 2022, il a renouvelé presque tous les domaines de l’astronomie.
Le James Webb en chiffres
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Lancement | 25 décembre 2021, par une fusée Ariane 5 depuis Kourou (Guyane) |
| Position | Point de Lagrange L2, à environ 1,5 million de km de la Terre, à l’opposé du Soleil |
| Miroir principal | 6,5 m de diamètre, 18 segments hexagonaux en béryllium recouverts d’or |
| Surface collectrice | environ 25 m², plus de six fois celle de Hubble |
| Pare-soleil | 5 couches de film plastique, environ 21 m × 14 m, la taille d’un court de tennis |
| Domaine d’observation | infrarouge, de 0,6 à 28 micromètres de longueur d’onde |
| Température de fonctionnement | environ −233 °C pour les instruments principaux, −266 °C pour l’instrument MIRI |
| Masse | environ 6,2 tonnes |
| Durée de mission | prévue pour au moins 10 ans ; réserves de carburant pour une vingtaine d’années |
Le télescope porte le nom de James E. Webb, administrateur de la NASA pendant le programme Apollo, dans les années 1960.
Pourquoi observer en infrarouge ?
La lumière visible ne représente qu’une petite partie du rayonnement. L’infrarouge offre trois avantages décisifs :
- Voir les objets les plus lointains : en raison de l'expansion de l’Univers, la lumière ultraviolette et visible des premières galaxies nous arrive étirée dans l’infrarouge. C’est le « décalage vers le rouge ».
- Voir à travers la poussière : l’infrarouge traverse les nuages de poussière où naissent les étoiles et les planètes, opaques en lumière visible.
- Analyser les molécules : l’eau, le dioxyde de carbone, le méthane ou l’ammoniac laissent des signatures caractéristiques dans le spectre infrarouge, ce qui permet d’étudier l’atmosphère des exoplanètes.
Mais tout objet tiède émet lui-même de l’infrarouge. Pour ne pas être aveuglé par sa propre chaleur, le télescope doit être maintenu à très basse température : c’est le rôle du pare-soleil géant, qui le protège en permanence de la lumière du Soleil, de la Terre et de la Lune. La face exposée atteint environ 85 °C, la face froide environ −233 °C.
Un déploiement à haut risque
Trop grand pour tenir dans la coiffe d’une fusée, le télescope a été lancé plié, comme un origami. Pendant les deux semaines suivant le lancement, il a dû déployer son pare-soleil, tendre ses cinq membranes, ouvrir les deux ailes de son miroir et aligner ses 18 segments avec une précision de quelques dizaines de nanomètres. Plus de 300 mécanismes devaient fonctionner sans une seule défaillance irréparable, car à 1,5 million de kilomètres, aucune réparation n’est possible. Le télescope est arrivé autour du point L2 le 24 janvier 2022.
La précision du lancement par Ariane 5 a permis d’économiser du carburant, ce qui prolonge la durée de vie possible de la mission.
Webb et Hubble : quelles différences ?
| Hubble | James Webb | |
|---|---|---|
| Lancement | 1990 | 2021 |
| Miroir | 2,4 m, d’un seul tenant | 6,5 m, 18 segments |
| Domaine | ultraviolet, visible, proche infrarouge | infrarouge (proche et moyen) |
| Orbite | autour de la Terre, à environ 540 km | autour du point L2, à 1,5 million de km |
| Maintenance | cinq missions de réparation par la navette spatiale | impossible |
Webb n’est pas le « remplaçant » de Hubble : les deux télescopes sont complémentaires et observent souvent les mêmes objets à des longueurs d’onde différentes.
Les principales découvertes
Les premières galaxies
Webb a détecté des galaxies formées moins de 300 millions d’années après le Big Bang, plus nombreuses, plus brillantes et plus évoluées que ne le prévoyaient les modèles. Il a aussi révélé une population inattendue de petits objets très compacts et rouges, surnommés « petits points rouges », dont la nature fait débat (galaxies très denses ou trous noirs en croissance rapide). Ces observations obligent à revoir la vitesse de formation des premières galaxies et des premiers trous noirs.
Les atmosphères d’exoplanètes
En 2022, Webb a fourni la première détection nette de dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une exoplanète, la géante gazeuse WASP-39 b. Il étudie aussi les planètes rocheuses du système TRAPPIST-1, pour savoir si elles possèdent une atmosphère. Il a également photographié directement plusieurs exoplanètes géantes.
La naissance des étoiles et des planètes
Ses images des « Piliers de la création » (nébuleuse de l’Aigle), de la nébuleuse de la Carène ou des disques de poussière autour de jeunes étoiles montrent avec un détail inédit comment les étoiles naissent dans les nuages de gaz et comment se forment les systèmes planétaires. Le cycle de vie des étoiles y est observé à toutes ses étapes.
Le système solaire
Webb observe aussi les planètes géantes, leurs anneaux et leurs lunes, les comètes et les objets de la ceinture de Kuiper, et a contribué à mesurer l’effet de l’impact de la sonde DART sur un astéroïde en 2022.
Questions fréquentes
Pourquoi le télescope James Webb est-il placé si loin ?
Au point L2, le Soleil, la Terre et la Lune se trouvent toujours du même côté du télescope, ce qui permet à un seul pare-soleil de le protéger en permanence de leur chaleur. L’orbite y est aussi très stable et demande peu de carburant pour être maintenue.
Les couleurs des images de Webb sont-elles vraies ?
L’infrarouge est invisible pour l’œil humain. Les images sont donc « traduites » : on attribue des couleurs visibles aux différentes longueurs d’onde infrarouges, en général du bleu pour les plus courtes au rouge pour les plus longues. Les couleurs sont représentatives, pas naturelles.
Le James Webb peut-il voir le Big Bang ?
Non. Aucun télescope ne peut voir au-delà du fond diffus cosmologique, la lumière émise 380 000 ans après le Big Bang, que l’on observe en micro-ondes. Webb voit les premières galaxies, quelques centaines de millions d’années plus tard.