Les premières cibles d'étude de James Webb seront près de chez lui

Les astronomes du monde entier bourdonnent d'anticipation pour la nouvelle science qui sera possible une fois que le télescope spatial James Webb, le télescope spatial le plus puissant du monde, aura terminé son mise en service. Depuis le lancement du télescope le 25 décembre 2021, il a déployé son matériel dans sa configuration finale, atteint son orbite finale autour du soleil et a terminé l'alignement de ses miroirs avec sa caméra principale, mais il reste encore des étapes comme l'étalonnage de ses instruments avant qu'il ne soit prêt pour usage scientifique.

Contenu

  • Tout un système à explorer
  • Regarder dans l'infrarouge
  • Tester les limites de Webb
  • Pourquoi Jupiter offre un tel défi
  • Étudier les planètes de notre système solaire et au-delà

Dès la fin de la phase de mise en service, qui devrait se terminer cet été, les observations scientifiques commenceront. Et c'est là que les choses deviennent passionnantes, car la haute sensibilité et les capacités infrarouges du télescope lui permettront pour observer des objets extrêmement éloignés, voire plus faibles que ceux observés par les télescopes spatiaux actuels comme Hubble. Il inaugurera une nouvelle ère d'observations astronomiques et pourrait aider à étudier des sujets tels que large que la façon dont les premières galaxies se sont formées et si les planètes d'autres systèmes stellaires ont des atmosphères ou non.

Des techniciens de la NASA soulèvent le télescope James Webb à l'aide d'une grue et le déplacent dans une salle blanche du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland.
Des techniciens de la NASA soulèvent le télescope James Webb à l'aide d'une grue et le déplacent dans une salle blanche du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. Successeur scientifique du télescope spatial Hubble de la NASA, Webb est le télescope spatial le plus puissant jamais construit.NASA/Désirée Stover

Treize projets ont été choisis pour tester les capacités de ce tout nouveau télescope au cours de ses cinq premiers mois de opérations, et comme vous pouvez l'imaginer, le concours pour lequel les projets devraient obtenir les premiers dibs sur ce nouvel outil était féroce.

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La plupart 13 projets sélectionnés regardera des objets éloignés comme des trous noirs ou des galaxies lointaines. Mais un projet se rapprochera de chez nous – à Jupiter, juste dans notre arrière-cour cosmique.

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Pour en savoir plus sur ce que les chercheurs espèrent découvrir sur cette grande et belle géante gazeuse, et découvrir pourquoi une cible aussi proche est utilisé pour tester un télescope aussi puissant, nous avons parlé à l'astronome de Berkeley Imke de Pater, responsable de l'observation de Jupiter équipe.

Tout un système à explorer

Le télescope spatial James Webb plane au-dessus de la Terre.
Nasa

Par rapport aux exoplanètes lointaines ou même aux planètes géantes de glace plus éloignées de notre système solaire, les astronomes en savent beaucoup sur Jupiter. Nous avons des trésors de données sur la planète grâce à la fois aux observations de télescopes au sol et à des missions comme Galileo, qui a tourné autour de la planète jusqu'en 2003, et Junon qui y orbite encore actuellement.

Mais comme c'est souvent le cas avec la science, chaque élément de données que nous obtenons sur la planète peut soulever plus de questions. "Nous y sommes allés avec plusieurs engins spatiaux et avons observé la planète avec Hubble et de nombreux télescopes au sol à des longueurs d'onde sur tout le spectre électromagnétique. (des longueurs d'onde UV aux mètres), nous avons donc beaucoup appris sur Jupiter lui-même, son atmosphère, son intérieur et sur ses lunes et ses anneaux », a déclaré de Pater. "Mais chaque fois que vous en apprenez davantage, il y a des choses que vous ne comprenez pas encore - vous avez donc toujours besoin de plus de données."

Certaines des plus grandes questions ouvertes que nous avons sur Jupiter concernent son atmosphère, comme la façon dont la chaleur se déplace entre les couches de l'atmosphère et la façon dont l'atmosphère interagit avec la magnétosphère.

Gros plan sur la tache rouge de Jupiter.
NASA/JPL/Institut des sciences spatiales

Mais le groupe ne se contentera pas de regarder Jupiter lui-même, en se concentrant sur des détails comme la Grande Tache Rouge (une tempête turbulente si vaste qu'il peut être vu comme un endroit assez grand pour engloutir la Terre entière) et le pôle sud de la planète (avec son aurores). Ils examineront également l'ensemble du système jovien, y compris les faibles anneaux de la planète et ses lunes, y compris Io et Ganymède.

Chacune de ces cibles est intrigante en soi - Io est l'endroit le plus volcaniquement actif du système solaire, par exemple, et Ganymède est la seule lune connue pour produire sa propre magnétosphère. Pris dans son ensemble, le système Jovian est l'endroit idéal pour tester les limites des capacités de Webb.

Regarder dans l'infrarouge

Vue d'artiste du télescope spatial James Webb
Nasa

Pour aider à en savoir plus sur ces sujets complexes, le groupe de de Pater tirera parti des capacités infrarouges de James Webb, qui permettent aux chercheurs de regarder plus profondément dans l'atmosphère de la planète.

Ces capacités permettent d'étudier l'atmosphère au-delà de ce qui serait possible en regardant dans la longueur d'onde de la lumière visible. "Dans la gamme de longueurs d'onde visibles, vous voyez essentiellement des nuages", a-t-elle expliqué. « Aux longueurs d'onde infrarouges, vous pouvez sonder au-dessus des nuages ​​et au-dessous des nuages, selon la longueur d'onde. À différentes longueurs d'onde, vous pouvez voir différentes altitudes dans l'atmosphère, en fonction de l'opacité de la atmosphère (c'est-à-dire la quantité de "lumière" absorbée à la longueur d'onde particulière détermine la profondeur à laquelle on peut regarder dans l'atmosphère) planète)."

Les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen, qui peuvent être visualisées à l'aide du MIRI ou de l'instrument infrarouge moyen de Webb, seront particulièrement utiles pour cette recherche.

"Le plus grand avantage se situe dans les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen", a expliqué de Pater. "Nous pouvons observer à certaines de ces longueurs d'onde depuis le sol, mais l'atmosphère terrestre est si turbulente que ce que nous obtenons sur le terrain, nous ne pouvons pas très bien calibrer les observations. Cela signifie plus d'incertitude dans le données; un problème qui est exacerbé par le rayonnement infrarouge de fond sur Terre.

Mais avec un télescope spatial comme James Webb, il n'y a pas d'atmosphère et moins de rayonnement de fond pour gêner, ce qui signifie que les données recueillies seront beaucoup plus précises. De plus, Webb offre une stabilité exceptionnelle, ce qui signifie qu'il peut pointer vers une cible et ne pas vaciller, grâce à son positionnement dans l'espace. Tout cela signifie qu'il peut collecter certaines des données les plus précises à ce jour sur Jupiter.

Tester les limites de Webb

Les principaux sous-systèmes et composants de Webb.
Nasa

Lors de l'évaluation des propositions sur la manière dont James Webb pourrait être utilisé, a expliqué de Pater, le comité décidant de quels projets poursuivre en premier voulait voir les idées de la communauté astronomique sur ce que le télescope pourrait faire. "Alors ils ont vraiment cherché des projets qui poussaient JWST à ses limites", a-t-elle déclaré. "C'est ce que fait notre projet."

Ils utiliseront les quatre instruments de Webb dans différentes combinaisons pour différentes cibles du système, afin de sélectionner différentes caractéristiques telles que les volcans, les anneaux et les couches de l'atmosphère de la planète.

Le plan était d'observer Jupiter, ses anneaux et ses lunes Io et Ganymède, mais plusieurs années après que l'équipe a soumis leur proposition, un problème inattendu est survenu - le télescope était en fait trop sensible pour une grande partie des travaux prévus sur Jupiter. "Le télescope était beaucoup plus sensible qu'ils ne l'avaient prévu, nous avons donc dû modifier un certain nombre de nos observations sur Jupiter - et nous pouvons faire moins sur Jupiter lui-même que nous ne l'avions initialement prévu."

Mais l'équipe savait toujours qu'elle pouvait obtenir des données précieuses et trouver des moyens de faire le travail qu'elle voulait. Ils ont changé des facteurs tels que les filtres qu'ils utiliseraient et ont examiné des champs de vision plus petits.

Pourquoi Jupiter offre un tel défi

Une image de la planète Jupiter.
Nasa

L'idée qu'un télescope est trop sensible peut sembler contre-intuitive. Mais pensez-y comme si vous preniez une photo face au soleil: toutes les couleurs sont soufflées, donc tout semble blanc et délavé et il est difficile de voir les détails. La lumière provenant du soleil est tout simplement trop brillante, ce qui donne une image surexposée.

La même chose se produit lors de l'étude des corps astronomiques. Les planètes n'émettent pas beaucoup de lumière par rapport aux étoiles, car elles ne produisent pas de lumière par elles-mêmes, mais réfléchissent simplement la lumière de leurs étoiles. Cela rend les planètes beaucoup plus sombres que les étoiles dans l'ensemble. Mais lorsque vous regardez de minuscules détails ou que vous recherchez des corps encore plus petits comme des lunes, ou des détails fins comme des anneaux, la lumière d'une planète peut créer un éblouissement dans les données que vous collectez.

C'est le grand défi lorsque l'on utilise Webb pour étudier les lunes ou les anneaux de Jupiter: essayer de permettre la lumière de la planète afin que ces petits objets puissent être vus en détail. Jupiter est l'un des objets les plus brillants du ciel, ce n'est donc pas une tâche facile.

Heureusement, les astronomes ont beaucoup d'expérience dans l'observation des anneaux planétaires à l'aide d'autres outils comme le télescope spatial Hubble. "Nous utilisons donc ces connaissances pour les observations du JWST", a expliqué de Pater. L'équipe observera les anneaux à différents "angles de roulis", ce qui signifie que les anneaux seront décalés dans des orientations légèrement différentes sur le détecteur. En observant les anneaux sous différents angles, ils peuvent voir comment la lumière diffusée de la planète tombe sur les anneaux. Ensuite, cette lumière peut être soustraite, ne laissant que la lumière des anneaux eux-mêmes.

Étudier les planètes de notre système solaire et au-delà

Utiliser Webb pour étudier Jupiter n'est pas seulement un moyen de tester les limites de ce tout nouveau télescope. L'étude des planètes de notre propre système solaire peut également aider à comprendre les planètes extérieures à notre système solaire, appelées exoplanètes.

Aujourd'hui, l'un des grands objectifs de la science des exoplanètes est d'aller au-delà de l'identification d'une planète et de l'estimation de sa sa taille ou sa masse, et d'en acquérir une compréhension plus complète en examinant s'il a une atmosphère.

Mais pour comprendre les planètes dans des systèmes distants, il est utile de comprendre les planètes dans le nôtre. Webb examinera les atmosphères de géantes gazeuses lointaines, que nous pourrons ensuite comparer à ce que nous savons des atmosphères de Jupiter et de Saturne.

De plus, en utilisant Webb pour étudier Jupiter, l'équipe de de Pater développera un ensemble d'outils qui pourront être utilisés par d'autres membres de la communauté astronomique pour étudier d'autres planètes dans notre système solaire, et donnent un aperçu de ce que Webb pourrait être en mesure de découvrir à leur sujet - y compris les planètes lointaines intrigantes et rarement étudiées d'Uranus et Neptune.

« Notre équipe développera un logiciel qui pourra être utilisé pour le système Jovian, mais aussi pour le système Saturne, pour Uranus et Neptune. Et nous pouvons montrer aux gens ce à quoi vous pouvez vous attendre sur la base de nos observations », a déclaré de Pater. "C'est définitivement un pionnier de cette façon."

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