James Webb : Jupiter sera l’une de ses premières cibles

Bien qu’il ait récemment livré la toute première image d’une étoile suite à l’alignement de ses miroirs, le télescope spatial James Webb est encore en phase d’étalonnage. Ses instruments doivent être refroidis à quelque -230 °C pour fonctionner de manière optimale. Il sera pleinement opérationnel dès cet été et les astronomes du monde entier trépignent d’impatience. La haute sensibilité de l’engin, conçu pour observer dans l’infrarouge et une partie du spectre visible, permettra d’observer des galaxies du fin fond de l’Univers. Pourtant, l’une de ses premières cibles ne sera pas si éloignée que cela…

Treize projets ont été retenus pour tester les capacités de l’engin et permettre aux scientifiques de se familiariser avec les différents instruments ; tous devront être réalisés au cours des cinq premiers mois d’exploitation du télescope. La plupart se focaliseront sur l’étude de galaxies lointaines, du milieu intergalactique et de trous noirs massifs. Mais il est également prévu de tester les capacités du James Webb pour la science du système solaire, à travers l’observation du système jovien.

L’équipe du projet prévoit notamment de caractériser la couche nuageuse, les vents, l’activité aurorale et la structure de température de Jupiter, de produire des cartes de l’atmosphère et de la surface de deux de ses satellites (Io et Ganymède) et de caractériser la structure de son système d’anneaux. Les capacités infrarouges de James Webb, en particulier dans la gamme de l’infrarouge moyen, sont idéales pour percer l’atmosphère de cette planète. L’atmosphère terrestre est en effet trop turbulente pour pouvoir calibrer correctement les observations, ce qui ajoute une incertitude aux mesures effectuées depuis la Terre — déjà impactées par le rayonnement infrarouge terrestre de fond.

L’occasion de tester les capacités de l’ensemble des instruments

Le fait que James Webb soit localisé dans l’espace permet de s’affranchir des perturbations liées au rayonnement infrarouge de fond ; le télescope relayera ainsi des données d’une précision sans précédent sur Jupiter.

La planète Jupiter, la plus massive du système solaire, ne nous est pourtant pas inconnue : sa relative proximité a permis aux scientifiques de collecter au fil des années de nombreuses données à son sujet, via des observations terrestres et spatiales, mais également grâce à des missions d’exploration telles que Galileo — qui a orbité autour de la planète de 1995 et 2003 — et Juno, en orbite jovienne depuis 2016. Pour autant, Jupiter a encore des choses à révéler.

« 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 », explique à DigitalTrends Imke de Pater, astronome à l’Université de Californie à Berkeley. Plusieurs points restent en effet à éclaircir, à commencer par le comportement de son atmosphère, en particulier la façon dont elle interagit avec la magnétosphère. Les chercheurs prévoient également d’examiner en détail la célèbre Grande Tache Rouge — le gigantesque anticyclone qui sévit dans l’hémisphère sud de la planète. « Nous rechercherons les signatures de tout composé chimique propre à la [Grande Tache rouge]… qui pourrait être à l’origine des chromophores rouges », a déclaré en 2018 Leigh Fletcher, chercheur en sciences planétaires à l’Université de Leicester et l’un des membres du projet Jupiter.

Le système jovien représente surtout l’opportunité d’étudier des environnements variés, réunis en un seul et même endroit et donc, de tester toutes les limites du télescope ; les quatre instruments embarqués (NIRCam, NIRSpec, MIRI et NIRISS) seront tous mobilisés, dans différentes combinaisons, dans le cadre de ce projet.

Il est prévu que James Webb s’attarde sur Io, la troisième plus grande lune galiléenne et la plus proche de Jupiter, qui avec ses plus de 400 volcans actifs est l’objet le plus géologiquement actif du système solaire. Un temps d’observation sera également consacré à Ganymède, le plus gros satellite de Jupiter (et de tout le système solaire), qui est à moitié recouvert de glace ; c’est également la seule lune de notre système à posséder une magnétosphère — probablement générée de façon similaire à celle de la Terre, par des mouvements de convection dans son noyau métallique.

Un télescope « trop sensible » pour les objets proches

À savoir que l’équipe avait initialement fixé des objectifs bien plus ambitieux pour ce projet d’observation. Mais il s’avère que le télescope était trop sensible pour les atteindre ! L’engin a avant tout été conçu et optimisé pour des observations de l’Univers lointain…

Les planètes n’émettent pas de lumière propre, elles ne font que réfléchir la lumière de leur étoile. Mais lorsqu’il s’agit d’examiner des détails (ici, les couches atmosphériques, les lunes ou les anneaux de Jupiter), la lumière réfléchie peut gêner les observations — de la même manière qu’une photo prise à contre-jour révèle peu de détails du sujet… D’autant plus que Jupiter est particulièrement brillante (sa magnitude moyenne est de -2,7). Pour que James Webb parvienne à capturer les détails du système jovien, les scientifiques ont donc été contraints de changer certains des paramètres et de réduire les champs de vision.

« Au cours de la première année d’opérations scientifiques, nous nous attendons à ce que Webb écrive des chapitres entièrement nouveaux dans l’histoire de nos origines – la formation des étoiles et des planètes », a déclaré Klaus Pontoppidan, scientifique du projet Space Telescope Science Institute pour Webb. Comme l’explique le scientifique, les capacités de Webb sont idéales pour élucider la formation des étoiles et des planètes, et ce, pour trois raisons : la lumière infrarouge est excellente pour voir à travers la poussière obscurcissante, elle capte les signatures thermiques des jeunes étoiles et planètes, et elle révèle la présence de composés importants, tels que l’eau et la chimie organique.

Mais pour mieux appréhender les planètes lointaines, en particulier pour déterminer la composition de leur atmosphère, il est utile de comprendre pleinement les planètes de notre propre système solaire, qui serviront en quelque sorte de référence. L’étude de Jupiter via le James Webb sera par ailleurs l’occasion de développer de nouveaux outils d’analyse, qui pourront être exploités par la communauté des astronomes pour examiner plus finement les autres planètes du système solaire externe.

Source : STScI