Le télescope spatial James Webb (JWST) est le télescope de «prochaine génération» tant attendu et attendu depuis longtemps. Lancement prévu en 2013 Octobre 2018, JWST a été présenté comme le successeur du télescope spatial Hubble. Avec cela, les astronomes espèrent remonter dans le temps lorsque l'univers n'avait que 200 millions d'années et voir les premières étoiles et galaxies. Le scientifique principal qui guide ce projet est le Dr John Mather, co-récipiendaire du prix Nobel de physique 2006 pour ses travaux avec le Cosmic Background Explorer (COBE), qui a mesuré la forme du corps noir et l'anisotropie du fond des micro-ondes cosmiques.
Nous avons été naturellement honorés lorsque le Dr Mather a contacté Space Magazine, disant qu'il aimerait nous parler du statut de JWST. «J'ai pensé qu'il serait peut-être temps de parler de ce que nous faisons», a-t-il dit, «car des choses passionnantes commencent à se produire.»
Magazine de l'espace: Dr. Mather, depuis plus d'une décennie, nous entendons parler du télescope spatial de nouvelle génération, qui a été officiellement nommé plus tard le télescope spatial James Webb. Pouvez-vous nous dire comment le concept de ce télescope a commencé?
John Mather: En 1989, avant même le lancement du Hubble, une conférence s'est tenue sur ce que devrait être le prochain télescope spatial. Ils ont discuté des grands télescopes de l'avenir et des travaux, ont publié un livre. Mais ils ne considéraient vraiment pas que l'infrarouge était la grande vague du futur. Puis, en 1993, il y avait un comité appelé HST and Beyond. Ils ont publié un joli petit rapport en 1996 qui disait qu'il y avait deux choses importantes à faire. L'une consistait à construire un télescope infrarouge, contrairement à ce que le livre précédent avait dit, et l'autre consistait à construire un télescope pour rechercher des planètes semblables à la Terre. À ce stade, les astronomes reconnaissaient simplement que la recherche de planètes extrasolaires était possible. Ainsi, en octobre 1995, le siège de la NASA m'a appelé, m'a donné une liste de scientifiques et d'ingénieurs à contacter et m'a dit de commencer à planifier. Nous l'avons donc fait et nous sommes immédiatement arrivés à une remarquable convergence de pensée et d'opinion. Nous nous sommes rapidement mis d'accord sur un concept qui répondait aux souhaits de la communauté scientifique et s'inscrivait dans les ambitions de la NASA. Vous constaterez que le télescope que nous voulions piloter à l'époque ressemble beaucoup à celui que nous allons piloter en 2013.
UTAH: Pouvez-vous nous donner une mise à jour sur l'état du JWST en ce moment?
Mather: Le matériel d'instruments de vol arrivera du monde entier à l'été 2010. Le capteur de guidage fin vient du Canada, un ensemble d'instruments et demi vient d'Europe et le reste vient des États-Unis. Ainsi, dans 18 mois, l'ensemble d'instruments commence à fonctionner ensemble, puis il rejoint le télescope environ un an plus tard. Les quatre instruments scientifiques sont une caméra proche infrarouge, un spectrographe multi-objet proche infrarouge, un instrument moyen infrarouge et un imageur à filtre accordable.
Nous venons de passer en revue la conception critique du module d'instrument. La semaine dernière, des centaines de personnes sont venues regarder tout et nous dire si nous le faisons correctement. Je pense que nous avons réussi, même si je n'ai pas encore vu les documents officiels. Mais même moi, j'ai été impressionné.
UTAH: Beaucoup de gens me posent la question: étant donné que Hubble a connu un tel succès, pourquoi JWST ne sera-t-il pas un télescope optique?
Mather: Pourquoi le comité est-il passé de l'optique à l'infrarouge? C'était double. L'un était que Hubble devenait si bon, ils pouvaient voir qu'il serait difficile de le battre, peu importe la taille de votre télescope. Une autre chose qui se passait était que les gens voyaient que vous pouviez construire de grands télescopes optiques au sol. Le télescope Keck fonctionnait très bien et les gens commençaient à parler d'optique adaptative, ce qui signifiait que des télescopes encore plus grands au sol en valaient la peine. Ces deux choses nous ont donc orientés vers un télescope infrarouge. Tous les scientifiques du JWST ont également déclaré que nous avions besoin de l'infrarouge. De la petite capacité que nous avions à l'époque, l'infrarouge était fascinant, constatant que l'univers le plus éloigné est excitant et est décalé vers le rouge du visible. Il commence dans l'ultraviolet et se rend dans l'infrarouge en raison des grandes distances de ces objets et de l'énorme décalage vers le rouge qu'ils ont. Donc, si vous voulez faire de l'astronomie ultraviolette aux confins de l'univers, vous avez besoin d'un télescope infrarouge.
UTAH: Maintenant que le télescope spatial Spitzer infrarouge fonctionne si bien, cela a-t-il changé d'avis, ou est-ce que cela donne envie aux scientifiques d'aller au niveau supérieur avec l'infrarouge?
Mather: Oui, Spitzer a prouvé qu'il s'agit en fait d'un territoire fascinant. Spitzer est en fait un petit télescope minuscule selon les normes modernes; il ne fait que 3 pieds de large, 85 cm. Mais cela a produit des surprises étonnantes. Ils peuvent voir les choses avec des décalages rouges très, très élevés, et aucune de ces choses n'était attendue. Donc, cela nous dit que c'est dans l'infrarouge que seront les merveilleuses découvertes. Nous savons maintenant que nous pouvons faire la technologie, alors obtenons un meilleur télescope. La science est très excitante, et il y a tellement de choses à découvrir.
UTAH: À votre avis, qu'est-ce qui distinguera le JWST des télescopes spatiaux précédents?
Mather: Chaque télescope dit: "Je suis meilleur que celui avant moi", et nous disons la même chose. Bien sûr, ce télescope verra plus loin dans le temps avec sa capacité infrarouge et sa grande ouverture; il verra à travers les nuages de poussière pour voir où naissent les étoiles; il verra naître des choses qui sont à température ambiante, comme vous et moi, des planètes ou de jeunes étoiles. Toutes ces choses peuvent être vues directement avec la capacité infrarouge que nous avons sur ce nouveau télescope. La plupart des travaux seront effectués dans l'infrarouge, avec une certaine capacité dans le domaine visible.
Mais nous avons construit un télescope à usage général. Après le lancement, les scientifiques peuvent rédiger des propositions comme ils le font pour Hubble, pour ce qu'ils aimeraient observer, afin qu'ils puissent observer quel que soit le sujet brûlant à ce moment-là.
UTAH: Avec votre expérience avec COBE et les honneurs que vous avez reçus par la suite, comment avez-vous appliqué cela au JWST?
Mather: Ce ne sont pas tant les honneurs qui ont affecté ma vie, c'est le fait d'avoir traversé le processus du début à la fin pour un observatoire très radicalement conçu, le COBE, qui m'a donné le culot de voir grand des choses. Alors, quand le siège de la NASA a dit qu'il voulait un successeur pour Hubble, j'ai pensé que ce serait intéressant, et j'avais assez de culot pour dire oui, je voudrais essayer. COBE était très ambitieux pour l'époque, mais suffisamment petit pour que je connaisse personnellement les ingénieurs et que je puisse leur parler de n'importe quoi n'importe quand. J'ai donc pensé que je pourrais passer à un plus grand projet.
UTAH: Et maintenant, vous travaillez avec des gens du monde entier?
Mather: Oui, c'est une affaire énorme. Notre équipe scientifique est composée d'environ 19 personnes, d'Europe, des États-Unis et du Canada. L'équipe d'ingénierie compte plus de 2 000 personnes réparties dans le monde entier. De toute évidence, je ne les connais pas tous. Je travaille le plus étroitement avec les scientifiques et je leur parle de ce que nous voulons accomplir, et je m'assure que nous y parvenons. J'ai donc un rôle différent maintenant. Je n'ai aucune responsabilité pratique pour tout matériel, mais je travaille avec les gens qui le font. Nous avons accès à certaines des meilleures personnes au monde sur tous les sujets.
UTAH: Pouvez-vous nous parler des problèmes que ce télescope a dû surmonter, des dépassements de coûts et des retards qu'il a connus?
Mather: Premièrement, le dépassement des coûts n'est pas aussi important que le décrivent certaines personnes qui voudraient de l'argent pour leurs propres idées de projet. À l'origine, Dan Goldin était le chef de la NASA lorsque nous avons commencé, et il a déclaré: «Nous voulons que vous réfléchissiez à un moyen de faire cet observatoire pour un demi-milliard de dollars en dollars de 1996». Nous avons dit que nous allions essayer. Mais nous avons rapidement réalisé que la construction allait être difficile. Au moment où nous nous sommes préparés à le présenter à l'enquête décennale en 2000, le coût ressemblait plus à un milliard de dollars. Puis, il y a trois ans, nous avons vu que le travail devenait plus difficile et nous avons dû replanifier et redéfinir les budgets. Maintenant, si vous comptez le coût total de la NASA du début de 1995 à la fin, quelque part après 2019 avec l'inflation et les fonctionnaires (que nous ne comptions pas auparavant), c'est maintenant environ 4,5 milliards de dollars en dollars réels réels, pas en dollars de 1996. Il y a donc une augmentation des coûts, mais nous avons eu un excellent succès et nous sommes sur la bonne voie pour lancer cette merveilleuse machine, qui sera utilisée par des milliers d'astronomes. Et nous n'avons pas eu à modifier notre plan ou notre budget total en trois ans, grâce au leadership constant du siège de la NASA et au brillant travail technique des équipes.
UTAH: C'est bon à savoir. Je pense que les gens ont un concept général que le JWST a eu un énorme dépassement de coûts.
Mather: Eh bien, ce n'est pas quelque chose de petit, et nous souhaitons que nous aurions pu faire mieux à ce sujet. Mais il s'agit d'un facteur de croissance de deux, et non du facteur de cinq qui a été annoncé par certaines personnes qui devraient mieux connaître. Ce télescope fonctionnera longtemps. L'exigence est de cinq ans, mais nous espérons l'exécuter pendant dix ans. Ainsi, notre projet s'étend de 1995 à peut-être 2024 lorsque les opérations prendront fin.
Permettez-moi de vous donner une idée de ce que nous devions faire pour nous préparer et de ce que nous avons fait tout ce temps. Nous avons développé une liste de dix technologies majeures dont nous avions besoin. Le plus difficile a été de développer les miroirs. Cela a nécessité douze contrats différents uniquement pour développer les concurrents là où leurs conceptions étaient suffisamment bonnes, ce qui a pris plusieurs années. Les détecteurs devaient clairement être améliorés par rapport à ce que nous avons sur les télescopes Spitzer et Hubble. Alors maintenant, nous avons des détecteurs plus grands et meilleurs, et ils sont fabuleux. Les astronomes ont une mesure: combien d'électrons parasites obtenez-vous des détecteurs. Si vous fermez toute la lumière, vous devriez obtenir zéro. Nous avons maintenant des détecteurs qui émettent quelques électrons parasites par pixel par heure, ce qui est presque parfait. Ce serait bien d'être encore meilleur, mais c'est fabuleux. Je suis impressionné.
Nous devions améliorer les réfrigérateurs dans l'espace. Nous avons commencé par dire que nous devions obtenir un télescope refroidi par rayonnement afin qu'il soit suffisamment frais par lui-même, et c'est surtout vrai. Mais il s'avère que nous avons toujours besoin d'un réfrigérateur actif pour garder au froid les détecteurs de longueur d'onde les plus longs, nous avons donc dû développer cela.
Donc, ce ne sont que quelques-unes des choses que nous avons dû concevoir, et tout le développement technologique a finalement été terminé en 2007 et a été approuvé par la commission d'examen, qui a déclaré: «Oui, ces choses sont enfin prêtes à être construites.»
Donc, atteindre 2007 était long, et je ne pense pas que les gens aient vraiment apprécié ce qu'il faut pour préparer de nouvelles technologies. D'un autre côté, nous avons eu la chance de ne pas avoir à "reculer". Nous avons mis suffisamment de planification et d'efforts dans ces technologies pour qu'elles fonctionnent maintenant. C'est l'une des choses que nous avons apprises du projet Hubble, à savoir, ne finissez pas votre conception avant de savoir ce que vous êtes censé construire.
UTAH: Que diriez-vous de votre processus de test. Est-ce assez rigoureux?
Mather: C'est une autre leçon que nous avons dû tirer de Hubble. Si vous ne le testez pas, cela ne fonctionnera pas. Nous avons appris à avoir un processus très déterminé et rigoureux. Ils ont fait suffisamment de tests sur le Hubble qu'ils auraient pu connaître les problèmes de mise au point du miroir. Le fabricant de miroirs a eu deux tests qui n'étaient pas d'accord et ils ont décidé d'ignorer l'un d'entre eux au lieu de rechercher la raison, et cela s'est avéré stupide et coûteux.
Nous avons une généralisation que si quelque chose compte vraiment, faites-le deux fois. Nous allons en fait tester le télescope à froid dans le grand réservoir à vide du Johnson Space Center. Ce sera donc une sorte de test de bout en bout «lumière au début, lumière à la fin», quelque chose qu'ils ne pouvaient pas faire pour Hubble. Mais ils savaient qu'ils pouvaient réparer Hubble dans l'espace, et nous savons que nous ne pouvons pas réparer JWST, car le télescope sera au point L-2, à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, soit environ quatre fois plus loin du La Terre que la Lune.
C'est un projet compliqué, mais notre approche pour faire un projet compliqué est radicalement différente de quand j'étais jeune. Quand je suis arrivé à Goddard, nous avons utilisé des crayons et des règles de diapositives, et les ordinateurs étaient assez nouveaux et la plupart des gens n'en avaient pas. Maintenant, nous avons partout des ordinateurs qui gardent une trace de nos documents. Nous pouvons faire de l'ingénierie des systèmes, et même faire des simulations très précises et complètes pour savoir si quelque chose va s'emboîter et fonctionner avant même de le construire. Le monde a donc changé, et c'est une chose merveilleuse à voir. C'est pourquoi nous sommes maintenant en mesure de construire cet observatoire pour environ le même coût réel qu'il a fallu pour que le Hubble soit lancé et fonctionne. Mais JWST est tellement plus grand et plus puissant.
UTAH: Pouvez-vous nous parler du design du miroir pour le JWST?
Mather: La chose la plus difficile à construire était le miroir, car nous avions besoin de quelque chose de bien plus grand que Hubble. Mais vous ne pouvez pas soulever quelque chose d'aussi gros ou l'installer dans une fusée, vous avez donc besoin de quelque chose de plus léger mais néanmoins plus gros, donc il doit avoir la capacité de se replier.
Le miroir est en béryllium léger et comporte 18 segments hexagonaux. Le télescope se replie comme un papillon dans sa chrysalide et devra se défaire complètement. C’est un processus assez élaboré qui prendra plusieurs heures. Le télescope est énorme, à 6,5 mètres (21 pieds), il est donc assez impressionnant.
Le pare-soleil est complètement nouveau et devra également se déployer. Donc, ce qui était enveloppé dans un petit cylindre devient, relativement parlant, un bouclier géant à peu près aussi grand qu'un court de tennis. C'est énorme. Tout cela se déroule en plusieurs étapes et prendra des jours. Nous avons embauché une entreprise, Northrop Grumman, qui avait de l'expérience dans le déroulement des choses dans l'espace, et ils nous disent que ce n'est certainement pas la chose la plus compliquée qu'ils ont déployée dans l'espace, ce qui est rassurant.
Vidéo du déploiement de JWST dans l'espace:
UTAH: Y a-t-il eu une discussion sur la première lumière et sur quoi le JWST se penchera en premier?
Mather: Oui un peu. Ce sera la partie amusante une fois que nous aurons mis la chose en place.
UTAH: Avez-vous des suggestions préférées?
Mather: Je pense que nous devrions commencer par des cibles faciles qui seront jolies, qui permettront au public de dire: "Oh, je vois que ça marche!" Certaines des premières observations peuvent être faites lorsque nous installons le télescope, avant même qu'il ne soit complètement réglé. Parce qu'il est déployé après le lancement et que le miroir n'est pas près de la bonne forme au début, nous allons y travailler progressivement. Il y a un modèle de test chez Ball Aerospace à Boulder Colorado, où nous pouvons nous entraîner à mettre en place les 18 segments de miroir. Chaque segment a 7 moteurs pour contrôler la position et la courbure, nous devons donc répéter celui-ci.
C'est quelque chose qu'ils ne pouvaient pas faire avec Hubble. Ils souhaitaient pouvoir, et il avait des moteurs mais ils ne pouvaient pas pousser assez fort. C’est une histoire intéressante. Nous avons appris de Hubble comment corriger l'optique en fonction des images que nous obtenions, donc nous le faisons exprès pour ce télescope.
UTAH: Il y a eu une certaine controverse sur la façon dont le JWST sera lancé.
Mather: Nous allons prendre le télescope en Guyane française et le charger dans la fusée là-bas. L'ESA achète le lanceur pour nous; il s’agit de la fusée Ariane 5, un produit commercial en provenance d’Europe et ils ont bien fonctionné récemment, c’est donc très fiable.
Naturellement, cela a suscité beaucoup de controverse. Même si l'Europe nous donnait le lanceur, pour ainsi dire, il y avait des gens ici qui ne voulaient pas l'accepter. Il a fallu deux ans au siège pour l'accepter. Cela nous a coûté de l'argent. La seule raison pour laquelle il a été accepté est que nous avons obtenu un nouvel administrateur qui l'accepterait. C'était Mike Griffin, donc je veux dire, "merci beaucoup Mike Griffin!"
UTAH: Votre équipe a encore beaucoup à faire avant 2013, qui sera probablement là avant que vous le sachiez!
Mather: Oui je sais. Cela fait maintenant plus de 13 ans que la NASA m'a contacté à ce sujet, mais maintenant la fin approche à grands pas. Nous avons de nombreux défis techniques devant nous pour tout assembler. Et nous ne sommes pas allés assez loin pour savoir combien de choses nous avons cassées ou combien d'erreurs nous avons faites, mais je pense que nous sommes assez bons pour les comprendre avant de les faire.
Ce sera très excitant de rassembler l'équipement pour la première fois. Nous avons les morceaux, nous avons l'image sur la boîte pour montrer où ils vont, et très bientôt nous pourrons prouver qu'ils travaillent ensemble ou non. Au moment où nous recevrons toutes les parties ici à Goddard, elles auront toutes été testées individuellement, donc elles sont censées jouer ensemble très bien. Mais la nature n'aime pas l'arrogance, nous devons donc tester le tout du début à la fin, tout comme nous allons l'utiliser en vol. Après l'avoir assemblé ici, nous le descendons au Johnson Spaceflight Center, et le mettons dans le réservoir à vide géant là-bas. Ce sera un processus extraordinaire.
UTAH: Merci beaucoup d'avoir parlé avec nous.
Mather: Ça a été amusant. J'adore raconter mon histoire et je suis contente que tu veuilles la raconter avec nous. J'ai pensé qu'il serait peut-être temps de parler de ce que nous faisons parce que des choses passionnantes commencent à se produire. Des choses magnifiques se produisent. Nous avons maintenant l'observatoire Kepler, et j'espère qu'ils trouveront une poignée de planètes semblables à la Terre à traquer et nous les examinerons de plus près.
