Une attaque de poussière surprenante sur le télescope Webb met les scientifiques en alerte


Le miroir primaire extraordinairement grand du télescope Webb lui confère des capacités extraordinaires, mais le rend également vulnérable aux impacts de la poussière spatiale.Crédit : NASA/Chris Gunn

Alors que le télescope spatial James Webb de la NASA se prépare à publier ses premières images scientifiques le 12 juillet, les ingénieurs gardent un œil sur une future menace petite mais potentiellement percutante : les micrométéoroïdes. Alors que les scientifiques de la mission s’attendaient à ce que le télescope soit affecté par ces minuscules particules de poussière spatiale au cours de sa durée de vie prévue de 20 ans, un coup relativement important en mai les a amenés à réévaluer ce qu’ils pensaient savoir sur la fréquence à laquelle Webb serait bombardé.

Pour l’instant, les performances du télescope sont irréprochables. Mais comprendre le risque d’impact futur est crucial car Webb représente un investissement de 11 milliards de dollars pour la NASA, l’Agence spatiale européenne et l’Agence spatiale canadienne – et les chercheurs espèrent que cela transformera l’astronomie. “Le temps nous dira si ce dernier impact n’était qu’une anomalie”, a déclaré Mike Menzel, ingénieur système en chef de Webb au Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland, lors d’une conférence de presse le 29 juin.

Depuis son emplacement dans l’espace lointain, à 1,5 million de kilomètres de la Terre, le télescope regarde dans le cosmos à l’aide d’un miroir primaire de 6,5 mètres de large – le plus grand jamais lancé dans l’espace. Alors que le miroir fait de Webb un télescope très performant, sa grande taille rend également l’observatoire vulnérable aux bombardements de particules de poussière en mouvement rapide. Jusqu’à présent, le télescope, lancé le 25 décembre 2021, a été touché par cinq petits micrométéoroïdes. Ils étaient tous de taille inconnue, mais les chercheurs en ont déduit que le cinquième était plus grand que les quatre premiers et plus grand que prévu.

Prédictions de pelage

Il y a deux décennies, pendant la phase de conception de Webb, les ingénieurs savaient qu’il serait régulièrement bombardé par des micrométéoroïdes. Contrairement au miroir du télescope spatial Hubble, qui est plus petit et contenu dans un tube, le miroir en béryllium recouvert d’or de Webb est entièrement exposé à l’environnement spatial. Les ingénieurs de conception ont donc projeté des particules à grande vitesse dans des échantillons de miroirs pour voir quel type de fosses ils produiraient et ont demandé à leurs collègues de calculer le nombre de particules susceptibles de voler autour de l’emplacement prévu par Webb – une zone en dehors de l’orbite de la lune appelée L2.

L’équipe de la mission “a investi beaucoup d’efforts il y a 20 ans pour obtenir un environnement météoroïde correct”, a déclaré Bill Cooke, chef du bureau de l’environnement météoroïde de la NASA au Marshall Space Flight Center à Huntsville, en Alabama.

Les ingénieurs estiment que Webb subirait environ un impact par mois qui pourrait être suffisamment important pour endommager le miroir. Et ils ont décidé que c’était un risque à vivre. Ils ont calculé que les fosses d’impact s’accumuleraient avec le temps, mais qu’après 10 ans, les bosses ne couvriraient que 0,1 % du miroir primaire. Les télescopes peuvent toujours fonctionner si une partie de leur miroir principal est endommagée.

Les micrométéoroïdes sont créés par des collisions entre des astéroïdes et d’autres corps planétaires. Les particules sont généralement aussi petites que quelques dizaines de micromètres de diamètre – la taille de grains de sable – mais peuvent être aussi grosses qu’un bus. La gravité du soleil attire les particules vers lui, de sorte que la poussière s’écoule généralement des confins du système solaire vers les régions les plus intérieures.

Même de minuscules particules peuvent causer des dommages physiques aux engins spatiaux lorsqu’elles sont frappées aussi vite qu’une balle volant rapidement – les vitesses atteintes dans l’espace. La Station spatiale internationale est jonchée de minuscules trous laissés par les micrométéoroïdes, par exemple. Et en 2013, un micrométéoroïde a temporairement désactivé un satellite météorologique américain.

Tout cela montre que la pièce est un endroit poussiéreux. “Vous allez être touché”, dit Cooke. “De temps en temps, il y en a un qui attire votre attention.”

Vigilant

L’impact de fin mai sur Webb a attiré l’attention de tous. “J’ai passé les six dernières semaines à répondre à des questions sur les micrométéoroïdes”, a déclaré Menzel lors de la conférence de presse. L’impact a laissé une petite déformation dans l’un des 18 segments hexagonaux qui composent le miroir primaire de Webb. Étant donné que les positions des segments de miroir de Webb peuvent être ajustées avec une excellente précision, les ingénieurs ont pu ajuster la partie affectée pour éliminer une partie, mais pas la totalité, de la dégradation de l’image. (La NASA dit que le télescope fonctionne toujours bien au-dessus des attentes.)

Les gros micrométéoroïdes sont beaucoup plus rares que les petites particules, il est donc probable que Webb ait eu la malchance d’en rencontrer un gros relativement tôt dans la vie, a déclaré David Malaspina, physicien des plasmas à l’Université du Colorado à Boulder qui étudie les effets de la poussière cosmique. vaisseau spatial. C’est comme si un joueur de carte piochait une carte particulière du paquet lors du premier tour de jeu, plutôt que plus tard dans la partie. Les scientifiques ne peuvent qu’attendre de voir ce qui se passera ensuite.

En attendant, les ingénieurs de Webb jettent un nouveau regard sur leurs estimations de vitesse d’impact, qui proviennent d’un modèle qui a été mis à jour plusieurs fois depuis la conception de Webb.1

Et ils surveillent les averses de météorites, qui se produisent lorsque la Terre traverse une traînée concentrée de débris laissée par une comète qui passe. La poussière des pluies de météorites ne représente qu’environ 5% du risque d’impact pour Webb, contre 95% de risque de coups aléatoires ou “sporadiques” causés par la poussière de fond traversant le système solaire.

Le bureau de Cooke génère maintenant des prévisions personnalisées d’averses de météorites pour l’équipe Webb, afin que les contrôleurs de mission sachent quand le télescope est sur le point de traverser un flux de poussière important – et peuvent réorienter l’instrument pour empêcher les particules de toucher les miroirs. Cette situation pourrait survenir en mai 2023 et mai 2024, lorsque Webb pourrait traverser les débris de la comète Halley.

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