Le téléscopes JWST : En quoi les avancées technologiques permettent la découverte de l'univers ?

Présentation oral du brevet

Sujet : Le téléscopes JWST

Problèmatique : En quoi les avancées technologiques permettent la découverte de l'univers ?

Introduction: 

Bonjour nous sommes Daumas Angel, Navarro Romain et Podsiadlo Mattéo, nous sommes tout les trois en 3E. Aujourd'hui nous allons vous parler d'une des dernières innovation technologique dans le domaine de la recherche spatiale, le téléscope James Webb aussi appellé JWST et ce pourquoi il permet de decouvrir l'univers grâce à ces innovations dans le milieu technologiques. Nous avions vu ce sujet en cours de physique-chimie et nous avons donc décidé de le chosir comme sujet puisque pour nous il s'agissait d'un sujet particulièrement intéressant. Nous allons tout d'abord vous expliquez le contexte scientifique au niveau des recherches,ensuite nous vous parlerons de l'histoire de ce projet, puis nous allons voir les objectifs scientifiques de la mission, après cela nous verrons l'architecture technique de se téléscopes et enfin nous verrons le déroulement de la mission.

Contexte :

Dans notre vaste univers, le rayonnement infrarouge émis par les astres (planètes, étoiles, galaxies, astéroïdes...) est une source d'information importante pour mieux comprendre ce qui se déroule dans l'espace. Mais les molécules de l'atmosphère terrestre bloquent une majoritée de ces rayonnements, ce qui empêche de faire des observations plus poussées depuis la Terre. Aussi l'astronomie infrarouge connait une grande montée dans les années 1980, grâce au développement des télescopes spatiaux, qui permettent d'éloigner la contrainte atmosphérique. L’astronomie dans l'infrarouge devient la source de nombreuses découvertes, notamment sur la formation des étoiles et des planètes. La NASA, joue un rôle majeur dans le développement des télescopes spatiaux infrarouge, grâce à ses énormes moyens financiers et à sa maîtrise des technologies nécessaires. Au début des années 1990, lorsque la communauté des astronomes est consultée par la NASA sur les caractéristiques du successeur du télescope Hubble, leur choix c'est porté sur un téléscope optimisée sur l'observation des rayons infrarouges. C'est en effet dans ce domaine spectral qu'on espère trouver des réponses à de nombreuses questions soulevées par les dernières avancées dans les domaines de l'astronomie et de la cosmologie.

Histoire du projet:

En 1989, le directeur du Space Telescope Science Institute, le centre chargé des opérations du télescope spatial Hubble, initie une réflexion sur le télescope qui devra en prendre la relève vers 2005. Le rapport issu des travaux, organisés avec le soutien de la NASA, propose que l'agence spatiale mette à l'étude un télescope de huit mètres de diamètre, observant dans le proche infrarouge grâce à un système de refroidissement passif. Les problèmes rencontrés par Hubble, peu après son lancement , la diminution du budget de la NASA et le changement dans la présidence des États-Unis mettent provisoirement fin à l'étude du nouveau télescope. Les études de celui-ci sont relancées en 1993. À la demande de la NASA, l'Association des universités pour la recherche en astronomie crée le comité HST and Beyond pour définir les caractéristiques du successeur de Hubble qui doit entrer en service au cours des premières décennies du siècle suivant. En parallèle, des simulations effectuées par la suite permettent de préciser l'instrumentation scientifique nécessaire. Ces simulations mettent en évidence la nécessité de faire de la spectroscopie, car les instruments situés sur Terre ne peuvent prendre en charge cet aspect de l'observation , du fait de l'absorption du rayonnement lumineux, par l'atmosphère, de la bande spectrale infrarouge observée par le futur télescope.
De 1997 à 2000, un groupe de travail représentant la communauté des astronomes, le Science Working Group, s'attelle à la définition des principaux objectifs scientifiques que doit pouvoir remplir le futur télescope et de l'instrumentation qui lui permettra de les atteindre. Sont retenus une caméra à grand champ dans l'infrarouge proche, un spectrographe dans l'infrarouge proche multi-objets et un spectro-imageur fonctionnant dans l'infrarouge moyen. En septembre 2002, le télescope est rebaptisé James Webb Space Telescope (JWST), en l'honneur de cet administrateur à la tête de la NASA à l'époque du programme Apollo. Celui-ci a joué un rôle majeur dans la réussite de ce projet. En mai 2021, une pétition, signée par 1 200 personnes dont au moins quatre astronomes, vient contester l'hommage ainsi rendu. Il lui est reproché sa participation, en tant que sous-secrétaire d'État dans le gouvernement Truman , à la chasse aux employés homosexuels de l'administration américaine, ainsi que l'exclusion d'un salarié de la NASA sous sa législature pour la même raison. La NASA répond en octobre avoir effectué des recherches approfondies sur le sujet dans ses archives et dans celles du gouvernement et n'avoir pas trouvé de motif pour changer l'appellation du télescope spatial.
Durant cette phase du projet les caractéristiques du télescope spatial se précisent tout en continuant d'évoluer.

Objectifs scientifiques:

Les premières étoiles et galaxies commencent à se former plusieurs centaines de millions d'années après le Big Bang.Le rayonnement de ces premières étoiles réionise le gaz ambiant d'hydrogène et d'hélium. La lumière de certaines de ces premières étoiles et galaxies parvient sans doute jusqu'à la Terre.
Les galaxies structurent la matière de l'Univers à grande échelle.Elles fournissent des indices sur la nature et l'histoire de l'Univers.Elles se sont formées sur plusieurs milliards d'années et résultent de l'enchaînement de plusieurs processus, dont la collision entre des galaxies de plus petites tailles. Elles sont petites et ramassées, avec des régions très denses, où se forment de nouvelles étoiles. Par contre, le rayonnement infrarouge émis n'est pas intercepté par les nuages de poussières et il est ainsi possible d'observer la formation des étoiles et des planètes à l’intérieur de ces amas. Il y a cinquante ans , les astronomes ignoraient que de nouvelles étoiles continuaient à se former dans l'Univers .
Un des principaux objectifs du JWST est l'étude de l'atmosphère des exoplanètes afin de déterminer si les constituants permettant l'apparition de la vie sont présents dans d'autres systèmes solaires que le nôtre. L'analyse du spectre du rayonnement infrarouge reçu fera apparaître des raies d'absorption , qui permettront de déduire la composition moléculaire de l'atmosphère de l'exoplanète18. Le JWST doit être également utilisé pour étudier les planètes de notre Système solaire, car sa sensibilité et sa résolution lui permettent de compléter les informations recueillies par les observatoires existants . Le JWST observera Mars, les planètes géantes, les planètes naines et les petits corps du Système solaire, mais, par contre, ne pourra pas observer Vénus ni Mercure, trop proches du Soleil.
Les observations porteront notamment sur les matériaux organiques présents à l'état de traces dans l'atmosphère de Mars et les cycles saisonniers des planètes géantes. Le JWST fournira des données spectrales sur les petits corps que les observatoires terrestres sont incapables de produire.