L'instrument à infrarouge moyen (MIRI) du télescope spatial James Webb de la NASA est désormais refroidi par un cryorefroidisseur à hélium gazeux à moins de 7 Kelvin. Avec le refroidisseur dans son état final, l'équipe Webb utilise l'instrument MIRI cette semaine dans le cadre de la septième et dernière étape de l'alignement du télescope. Lorsque l'instrument fonctionne, les détecteurs et l'électronique produisent de la chaleur, qui est équilibrée par le cryorefroidisseur pour maintenir MIRI à une température de fonctionnement stable et très froide. Les instruments proches de l'infrarouge s'échauffent également pendant les opérations et doivent dissiper la chaleur, bien que pour ces instruments cela se fasse avec un refroidissement passif; la chaleur des détecteurs et de l'électronique est rayonnée dans l'espace lointain.

Maintenant que les instruments sont à leur température de fonctionnement, les miroirs du télescope continueront également à se refroidir jusqu'à leur température finale, mais ils n'y sont pas encore tout à fait. Les segments du miroir primaire et le miroir secondaire sont en béryllium (recouvert d'or). Aux températures cryogéniques, le béryllium a une longue constante de temps thermique, ce qui signifie qu'il faut beaucoup de temps pour se refroidir ou se réchauffer. Les segments du miroir primaire continuent de refroidir, très lentement.

Le miroir secondaire, suspendu au bout de sa structure de support loin de toute source de chaleur, est le miroir le plus froid, actuellement à 29,4 Kelvin. Les 18 segments de miroir primaires varient en température de 34,4 Kelvin à 54,5 Kelvin. Un avantage des miroirs en béryllium est qu'ils ne changent pas de forme avec la température comme le feraient les miroirs en verre à ces températures, de sorte que la plage de température n'affecte pas le processus d'alignement du télescope.

Actuellement, quatre des 18 segments de miroir sont au-dessus de 50 Kelvin :à 52,6, 54,2, 54,4 et 54,5. Ces quatre segments de miroir émettent une lumière infrarouge moyenne qui atteint les détecteurs MIRI. Étant donné que toutes les températures des miroirs sont désormais inférieures à 55 Kelvin, on s'attend à ce que MIRI soit suffisamment sensible pour effectuer sa science prévue, mais tout refroidissement supplémentaire de ces miroirs ne fera qu'améliorer ses performances. L'équipe Webb espère voir les miroirs se refroidir de 0,5 à 2 Kelvin supplémentaires.

Lorsque nous pointons le télescope vers une cible astronomique, le télescope et le pare-soleil se déplacent ensemble. L'angle que le pare-soleil présente avec le Soleil est appelé "l'attitude" de pointage. La petite quantité de chaleur résiduelle qui traverse le pare-soleil à cinq couches jusqu'au miroir principal dépend de cette attitude, et comme les températures du segment de miroir changent très lentement, leurs températures dépendent de l'attitude moyenne sur plusieurs jours.

Pendant la mise en service, Webb passe actuellement la plupart de son temps pointé vers les pôles écliptiques, ce qui est une attitude relativement chaude. Pendant les opérations scientifiques, à partir de cet été, le télescope aura une distribution beaucoup plus uniforme des pointages sur le ciel. L'apport thermique moyen aux segments de miroir les plus chauds devrait baisser un peu et les miroirs se refroidiront un peu plus.

Plus tard lors de la mise en service, nous prévoyons de tester la dépendance thermique des miroirs à l'attitude. Nous allons pointer Webb vers une attitude chaude pendant plusieurs jours, et pointer Webb vers une attitude froide pendant plusieurs jours, dans un processus appelé le balayage thermique. Cela nous indiquera combien de temps il faut aux miroirs pour se refroidir ou se réchauffer lorsque l'observatoire se trouve à ces positions pendant une durée donnée.

Webb est-il à sa température finale ? La réponse est :presque !