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Pourquoi le télescope spatial James Webb est plus froid que votre frigo

Le télescope James Webb doit peu à peu se refroidir dans l'espace, aidé par son bouclier thermique. Pourquoi est-il indispensable de maintenir ses instruments scientifiques dans le froid ?

Tout en voyageant vers sa destination finale dans l'espace, le télescope James Webb se prépare progressivement à devenir opérationnel. L'une des phases de son déploiement surveillées étroitement était celle du dépliage du bouclier thermique. La cinquième membrane de cette structure a été tendue le 4 janvier 2022.

Cet élément doit permettre au télescope de ne pas être chauffé directement par la lumière de notre étoile (à noter que le télescope ne pourrait pas être placé dans l'ombre de la Terre, car il a besoin que ses panneaux solaires continuent de lui fournir de l'énergie) et de se refroidir à une température d'environ -223°CC'est moins que l'azote liquide (-196°C). Et c'est évidemment beaucoup moins que la température de nos réfrigérateurs. Pourquoi est-ce si essentiel de maintenir les instruments du JWST dans ce froid de canard ?

La protection apportée par ce pare-soleil est indispensable pour que le James Webb observe l'Univers. C'est plus précisément, « la température du miroir primaire [qui] est le premier élément qui détermine comment les objets ténus peuvent être détectés dans l'infrarouge », expliquait sur Twitter Klaus Pontoppidan, astronome au Space Telescope Science Institute et responsable scientifique du JWST. Il ajoute que « s'il fait chaud, cela à revient à jeter par la fenêtre la sensibilité acquise par le grand miroir ».

« Ce serait comme utiliser le télescope par une belle journée d'été »

L'expert rappelle que n'importe quelle matière émet de la lumière, en fonction de sa température. On peut retenir cette phrase qui résume assez bien son propos : « Plus chaud = plus de lumière, lumière plus bleue. Plus frais = moins de lumière, lumière plus rouge. » Un objet plus frais va principalement briller dans la lumière infrarouge. « Si ce grand miroir du JWST était maintenu à une température ambiante comme Hubble, il serait d'une luminosité aveuglante dans la lumière infrarouge. [...] Ce serait comme utiliser le télescope par une belle journée d'été », poursuit Klaus Pontoppidan.

On voit ici ce qui se passerait si le miroir primaire du James Webb fonctionnait à température ambiante, au lieu d'être refroidi comme prévu. On ne verrait tout simplement pas cette galaxie éloignée.

https://twitter.com/pontoppi/status/1476669534983573516

Le miroir du télescope doit donc être assez froid pour détecter la lumière des premières galaxies (l'un de ses objectifs). « Pour ne pas être immédiatement submergé par la lumière du miroir, il doit faire plus froid qu'environ 50 Kelvin », indique l'astronome -- soit -223°C.

Le déploiement réussi du pare-soleil va permettre de faire baisser progressivement la température du miroir pendant plusieurs semaines. Un radiateur, qui ressemble à une sorte de trappe, a aussi été déployé pour rejeter la chaleur émise par les instruments scientifiques. Dans plusieurs semaines, les scientifiques verront enfin si leurs modèles ont bien anticipé avec précision quelle sera la température finale de l'observatoire James Webb.

https://www.youtube.com/watch?v=4p9DwmpQslA