Vous pouvez voir où le télescope Webb a reçu un coup direct d’une micrométéorite sur l’un de ses miroirs

Le monde est encore sous le choc de la sortie des premières images du télescope spatial James Webb (JWST). Celles-ci ont fourni un aperçu complet du type d’opérations scientifiques que Webb mènera au cours de sa mission de 20 ans. Ils comprenaient le regard le plus sensible et le plus détaillé sur certains objets astronomiques emblématiques, les spectres d’une atmosphère d’exoplanète et une vue en champ profond de certaines des galaxies les plus éloignées de l’univers. Depuis leur sortie, nous avons également eu droit à des aperçus d’objets du système solaire capturés par les instruments infrarouges de Webb.

Pendant ce temps, la collaboration JWST a publié un rapport complet intitulé “Caractérisation des performances scientifiques du JWST à partir de la mise en service”, dans lequel ils ont examiné tout ce que Webb a accompli jusqu’à présent et ce qu’ils anticipent tout au long de la mission. Ce document est récemment apparu en ligne et couvre tout, de la navigation du télescope aux performances de ses nombreux instruments. Une friandise intéressante, qui n’a pas été publiée auparavant, est la façon dont Webb a subi une série d’impacts de micrométéoroïdes, dont l’un a provoqué un “changement non corrigible” dans un segment de miroir.

L’équipe à l’origine de cette étude comprenait des chercheurs des trois agences spatiales participantes – la NASA, l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Agence spatiale canadienne (ASC) – et des nombreuses agences partenaires de la mission. Il s’agit notamment du Space Telescope Science Institute (STScI), du Niels Bohr Institute, du Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), du UK Astronomy Technology Centre (UK ATC), du National Research Council Canada (NRCC), de l’Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), le Centro de Astrobiología (CAB) et de nombreuses entreprises aérospatiales, universités, instituts de recherche et agences du monde entier.

Le document qu’ils ont compilé évalue les performances du JWST au cours de la période de mise en service de six mois avant son entrée en service le 12 juillet 2022. Il s’agissait de caractériser les performances en orbite de l’observatoire, la conception et l’architecture du JWST, ainsi que les performances prévues avant le lancement. Celles-ci ont ensuite été comparées aux performances du vaisseau spatial, des télescopes, des instruments scientifiques et du système au sol. La section 4 du rapport, Performances optiques, traite du fonctionnement des divers instruments de Webb pendant la période de mise en service.

Les JWST miroir primaire se compose de dix-huit segments hexagonaux disposés dans une configuration en nid d’abeille. Chaque segment est composé de béryllium plaqué or, et tous sont alignés pour assurer la résolution et la sensibilité les plus élevées possibles. La performance globale est mesurée en termes d’erreur de front d’onde (WFE), qui fait référence à la manière dont la lumière collectée par les miroirs du télescope s’écarte de la longueur d’onde attendue de la lumière. L’étendue globale est déterminée en calculant l’écart de la lumière collectée par rapport à l’erreur Root-Mean-Square (RMS) – la moyenne sphérique de l’ensemble du front d’onde.

Ceci est exprimé mathématiquement en utilisant les unités de la longueur d’onde particulière, mesurée en nanomètres (nm) lorsqu’il s’agit de longueurs d’onde infrarouges. La section 4.7 traite des impacts des micrométéoroïdes et de leur effet potentiel sur les performances optiques à long terme de Webb. L’évaluation commence par rappeler aux lecteurs que tout vaisseau spatial rencontrera inévitablement des micrométéoroïdes, puis énumère comment plusieurs impacts étaient attendus pendant la période de mise en service :

“Lors de la mise en service, la détection du front d’onde a enregistré six déformations de surface localisées sur le miroir primaire qui sont attribuées à l’impact des micrométéoroïdes. Celles-ci se sont produites à un rythme (environ un par mois) conforme aux attentes de pré-lancement. Chaque micrométéoroïde a provoqué une dégradation du front d’onde du segment de miroir impacté, tel que mesuré lors de la détection régulière du front d’onde. Une partie de la dégradation du front d’onde qui en résulte peut être corrigée par un contrôle régulier du front d’onde; une partie comprend des termes de haute fréquence spatiale qui ne peuvent pas être corrigés.

Ils indiquent en outre que ces impacts de micrométéoroïdes ont été détectés jusqu’à présent par détection de front d’onde. Cinq des six impacts détectés ont eu des effets négligeables, contribuant à un total combiné de moins de 1 nanomètre à l’erreur globale du front d’onde. Cependant, l’impact restant, qui s’est produit entre le 22 et le 24 mai, a provoqué un “changement significatif non corrigible” du chiffre global du segment C3. Ce segment est situé sur le côté inférieur droit du miroir principal de Webb (vu de face), et l’effet est illustré dans le rapport (voir l’image ci-dessus).

Heureusement, l’effet global était faible car seule une petite partie de la zone du télescope en était affectée. Les équipes de la mission ont également effectué deux étapes de réalignement pour corriger l’impact, ce qui a amené l’alignement du télescope à un minimum de 59 nm RMS, soit environ 5 à 10 nm au-dessus des meilleures valeurs RMS d’erreur de front d’onde précédentes. Les auteurs du rapport poursuivent également en notant que “les dérives et les niveaux de stabilité” dans le télescope entraînent généralement une “contribution au télescope” comprise entre 60 (minimum) et 80 nm RMS – point auquel le contrôle du front d’onde est généralement effectué.

Ils expliquent également qu’on ne sait pas pour le moment si l’impact de mai 2022 sur le segment C3 était rare ou quelque chose qui devrait se produire fréquemment tout au long de la mission de JWST. Comme ils l’indiquent, cela est essentiel si les équipes de la mission JWST espèrent déterminer si le télescope sera plus susceptible d’être endommagé par les micrométéoroïdes que prévu par la modélisation de pré-lancement :

“L’équipe du projet mène des enquêtes supplémentaires sur la population de micrométéoroïdes, comment les impacts affectent les miroirs en béryllium et les compromis d’efficacité et d’efficience des atténuations potentielles telles que les restrictions de pointage qui minimiseraient le temps passé à regarder dans la direction du mouvement orbital, qui a statistiquement un micrométéoroïde plus élevé. tarifs et énergies.

En résumé, l’impact sur le segment C3 a suscité des inquiétudes parmi les contrôleurs de mission. Mais l’avantage est que ce n’était rien qu’ils ne pouvaient pas résoudre et qu’il ne devrait pas affecter les opérations scientifiques à long terme de Webb. Comme le résume le rapport :

“Le résultat clé de six mois de mise en service est le suivant : JWST est pleinement capable de réaliser les découvertes pour lesquelles il a été construit. JWST a été envisagé” pour permettre des percées fondamentales dans notre compréhension de la formation et de l’évolution des galaxies, des étoiles et des systèmes planétaires. “… nous savons maintenant avec certitude que ce sera le cas. Le télescope et la suite d’instruments ont démontré la sensibilité, la stabilité, la qualité d’image et la gamme spectrale qui sont nécessaires pour transformer notre compréhension du cosmos grâce à des observations allant des astéroïdes géocroiseurs aux plus galaxies lointaines.”

De plus, les auteurs du rapport concluent que la performance du JWST a été meilleure que prévu, presque à tous les niveaux. En termes d’alignement optique de ses miroirs, de fonction d’étalement de points, de stabilité temporelle de son imagerie et de système de guidage fin qui pointe l’observatoire, Webb a dépassé les attentes. Ils indiquent également que les miroirs sont plus propres et que les instruments scientifiques ont généralement fourni un débit total du système supérieur aux attentes avant le lancement. Tout cela s’ajoute à des évaluations optimistes :

« Collectivement, ces facteurs se traduisent par une sensibilité nettement meilleure pour la plupart des modes d’instruments que ce qui était supposé dans le calculateur de temps d’exposition pour la planification des observations du cycle 1, dans de nombreux cas de dizaines de pour cent. Dans la plupart des cas, JWST ira plus loin plus rapidement que prévu. , JWST a suffisamment de propulseur à bord pour durer au moins 20 ans.”

La collaboration JWST a déclaré que de plus amples détails seront présentés dans une série de documents prévus. Celles-ci apparaîtront dans un numéro spécial des Publications de la Société astronomique du Pacifique (PASP) consacré au JWST.