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Le détecteur de guidage de précision : l'œil canadien de Webb rivé sur le cosmos

Le télescope spatial James Webb, en permettant de faire des observations révolutionnaires sur les galaxies, les étoiles et les planètes, devrait changer la façon dont on voit le cosmos. Mais pour ce faire, il doit avoir un œil précis et stable sur l'Univers. Le détecteur de guidage de précision (FGS) du télescope, une des contributions du Canada, joue un rôle essentiel dans cette mission épique.

Le FGS sera maintenant crucial pour le réglage fin de l'élément optique du télescope, en particulier pour l'alignement de l'énorme miroir de Webb. Après le lancement, le , les nombreuses parties du télescope Webb se sont déployées l'une après l'autre au fil du trajet vers sa destination à 1 500 000 kilomètres de la Terre. La mise en service des instruments ne devrait avoir lieu qu'après la confirmation par les équipes de la mission de l'alignement parfait du miroir.

Le télescope James Webb sera l'observatoire spatial le plus important de la prochaine décennie pour les astronomes du monde entier. (Sources : Agence spatiale canadienne, NASA.)

Comment pointer un télescope sur sa cible

Pour prendre une image d'un corps céleste, un télescope doit être muni d'un appareil imageur qui captera la lumière. Comme en photographie, il est possible de laisser l'obturateur de l'imageur ouvert plus longtemps pour faire une pose longue. Procéder ainsi est particulièrement utile en astronomie puisque le télescope peut alors recueillir davantage de lumière, ce qui permet d'observer des objets de très faible luminosité.

Lors de poses longues en astronomie, il est essentiel que l'imageur du télescope soit pointé précisément sur l'objet d'intérêt pendant toute la durée de l'observation. S'il ne reste pas fixé sur la cible, l'image sera floue.

Dans le cas des télescopes terrestres, les astronomes doivent tenir compte de la rotation de la Terre. Ces télescopes disposent donc d'une monture motorisée qui leur permet de compenser cette rotation et de pointer fixement sur leurs cibles.

Dans l'espace, plus besoin de se soucier de la rotation de la Terre. Cependant, il ne faut pas négliger les possibles mouvements ou vibrations. Pour obtenir des images claires à haute résolution, les télescopes spatiaux sont dotés d'un détecteur de guidage qui pointe fixement sur des étoiles guides près du corps céleste à observer.

Avec la position de ces étoiles comme référence, le détecteur de guidage transmet des signaux à d'autres éléments du télescope afin que les réglages nécessaires soient faits pour compenser tout mouvement.

Quand il n'y a pas d'étoile guide près d'une cible céleste, certains télescopes terrestres peuvent créer une étoile guide artificielle avec un laser. Ici, une étoile laser du système d'optique adaptative est créée dans le ciel nocturne à l'observatoire Gemini North sur le Mauna Kea. (Source : Stéphane Courteau/Université Queen's.)

Le FGS de Webb : une contribution canadienne essentielle

Les détecteurs de guidage sont utilisés en astronomie spatiale depuis de nombreuses années. Celui du télescope spatial Hubble a contribué à l'obtention des magnifiques images qui enflamment l'imagination depuis des dizaines d'années (en anglais seulement).

Pour tirer le meilleur parti des capacités extraordinaires du télescope Webb, il fallait absolument concevoir et construire le détecteur de guidage le plus précis de tous les télescopes spatiaux à ce jour. C'est l'Agence spatiale canadienne (ASC) qui a fourni cet élément essentiel à la mission.

Préparation de l'unité d'essais technologiques du FGS en vue de tests cryogéniques au laboratoire David-Florida de l'ASC à Ottawa. (Source : ASC, Honeywell Canada.)

Pour aider Webb à pointer sur ses cibles célestes, le FGS relaie des informations au sous-système de contrôle d'attitude, qui sert à déplacer et orienter le télescope vers l'objet d'intérêt.

Et pour que le télescope Webb reste bien immobile, le FGS mesure la position exacte d'une étoile guide dans son champ de vision et envoie au rythme de 16 fois par seconde des instructions de réglage au système optique du télescope!

Le FGS est non seulement rapide, mais aussi d'une extrême précision. Il est si sensible qu'il pourrait détecter un écart angulaire aussi minuscule que l'épaisseur d'un cheveu observé à un kilomètre de distance. C'est comme se trouver à Montréal et voir quelqu'un à Toronto faire un clin d'œil!

Le FGS ne sert pas à faire des observations : il sera utilisé en même temps que les instruments scientifiques de Webb (dont l'instrument canadien NIRISS [spectrographe sans fente dans le proche infrarouge]) pour chacune des observations effectuées avec ce télescope révolutionnaire.

Toutes les images obtenues avec le télescope spatial James Webb – qui révèleront d'autres mondes et de toutes jeunes galaxies naissantes, et qui approfondiront les connaissances sur la formation et l'évolution d'étoiles lointaines – auront été rendues possibles grâce à l'œil canadien de Webb rivé sur le cosmos!

Fruit d'une collaboration internationale entre la NASA, l'Agence spatiale européenne et l'ASC, le télescope James Webb est l'observatoire spatial le plus complexe et puissant jamais construit. Le Canada a fourni au télescope deux éléments déterminants : le FGS et l'instrument NIRISS. En échange de cette contribution, les chercheurs canadiens auront accès à 5 % du temps d'observation offert à la communauté internationale.

Le FGS canadien embarqué sur le télescope spatial James Webb est constitué de deux imageurs identiques essentiels pour que le télescope puisse « voir ». Il sélectionne des points de référence (des « étoiles guides »), ce qui permet à Webb de calculer avec précision sa position dans l'espace.

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