How the James Webb Space Telescope Will Unfold the Universe | John C. Mather | TED

Summary

Ce discours passionnant nous entraîne à travers l'histoire de la découverte astronomique, de la naissance des étoiles aux galaxies lointaines. Le narrateur nous guide à travers les réalisations scientifiques, des observations du Big Bang à la construction du télescope spatial Hubble, et enfin au lancement du télescope James Webb. Il évoque l'enthousiasme pour l'exploration spatiale, les mystères de l'univers et l'espoir de découvrir la vie extraterrestre.

Takeaways

• 🌌 L'auteur a été inspiré par la découverte des cellules et des chromosomes et est devenu scientifique.
• 🚀 Nous ne savions pas que les éléments chimiques viennent d'étoiles en éruption et que nous sommes faits de matière recyclée d'étoiles.
• 🔬 La cartographie du fond diffus cosmologique à l'aide de l'onde微波背景radiation nous a révélé des taches chaudes et froides qui ont conduit à l'existence des galaxies, des étoiles et finalement des êtres humains.
• 🌌 Des images prises par le télescope spatial Hubble ont montré des milliers de galaxies, mais sans les plus lointaines qui sont en train de se former.
• 🔭 Le télescope spatial James Webb, avec son miroir géant hexagonal en or, a été conçu pour capturer la lumière infrarouge du plus lointain de l'univers.
• 🛠 Le déploiement du télescope James Webb en orbite a été un accomplissement d'ingénierie incroyable, nécessitant une précision et une planification méticuleuses.
• 🌟 Le télescope a été envoyé au point de Lagrange 2, un emplacement stratégique qui le maintient à une distance fixe du Soleil.
• 📸 Les premières images du télescope ont montré une résolution nettement supérieure à celle du télescope spatial Spitzer, indiquant une grande sensibilité.
• 🌠 Le télescope permettra d'observer l'activité de naissance des étoiles dans des nuages de gaz et de poussière brillants.
• 🌐 Il sera utilisé pour étudier des corps du système solaire, tels que Mars, Europa et Titan, en quête de signes de vie ou de conditions favorables à l'existence de vie.
• 🌌 Le télescope sera également utilisé pour examiner les exoplanètes en orbite autour d'autres étoiles, en cherchant des atmosphères et des molécules qui pourraient indiquer la présence d'eau ou de vie.

Q & A

Quel est le message clé que le père de l'orateur a partagé avec lui lorsqu'il avait six ans?

Le père de l'orateur lui a expliqué qu'il était fait de petites cellules remplies de chromosomes qui contrôleraient son destin.

Quels scientifiques a-t-il cités pour inspirer sa propre carrière scientifique?

Il a lu sur Galilée et Darwin et cela l'a conduit à devenir scientifique.

Que n'est-on pas au courant à l'époque où le discours a été écrit?

On ne savait pas que les éléments chimiques provenaient d'étoiles explosées et que tout ce que l'on voit autour est recyclé à partir de l'intérieur des étoiles.

Quel rôle les taches chaudes et froides sur le fond diffus cosmologique jouent-elles dans l'univers?

Elles ont conduit à l'existence des galaxies, des étoiles, des planètes et, finalement, des êtres humains.

Quel type de télescope a été utilisé pour prendre des photos des galaxies très lointaines?

Le télescope spatial Hubble a été utilisé pour prendre des photos des galaxies très lointaines.

Pourquoi le télescope spatial Hubble n'était-il pas capable d'inclure les galaxies les plus lointaines?

Parce qu'il ne pouvait pas capturer la lumière infrarouge des galaxies les plus lointaines qui a été étirée par l'expansion de l'univers.

Quel est le nom du télescope qui a été construit pour capturer la lumière infrarouge des galaxies naissantes?

Le télescope spatial James Webb a été construit pour cette tâche.

Quelle est la taille du miroir du télescope spatial James Webb?

Le miroir est de 21 pieds de diamètre et est hexagonal.

Comment le télescope spatial James Webb a-t-il été déployé dans l'espace?

Il a été déployé étape par étape, d'abord les panneaux solaires, puis l'antenne de transmission, les panneaux du voile solaire, et finalement le télescope lui-même.

Où le télescope spatial James Webb a-t-il été envoyé après son lancement?

Il a été envoyé vers le Point Lagrange 2, à environ un million de miles plus loin du Soleil que nous.

Quels types d'observations astronomiques le télescope spatial James Webb est-il prévu pour effectuer?

Il est prévu d'observer des étoiles naissantes, des planètes telles que Mars, Europa et Titan, et de chercher des planètes exoplanètes qui pourraient avoir de l'eau et être habitables.

Outlines

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🌌 La naissance de l'intérêt pour l'astronomie

Le premier paragraphe commence par une anecdote personnelle qui a suscité l'intérêt du narrateur pour la science à l'âge de six ans. Il parle de la découverte des cellules et des chromosomes qui contrôlent notre destin, et de ses lectures sur Galilée et Darwin qui l'ont conduit à devenir scientifique. Il évoque l'état de nos connaissances à l'époque, notamment l'ignorance sur l'origine des éléments chimiques dans les étoiles explosées et la notion que nous sommes faits d'étoiles recyclées. Le narrateur explique comment les chercheurs ont mesuré le Big Bang et cartographié le rayonnement du fond cosmique à l'aide de l'observation des ondes millimétriques. Il mentionne l'importance des taches chaudes et froides dans le matériel du Big Bang qui ont conduit à l'existence de galaxies, d'étoiles, de planètes et finalement de personnes. Il décrit ensuite l'utilisation du télescope spatial Hubble pour prendre des photos des galaxies lointaines en 1995 et comment la limitation de ce télescope a conduit à la conception du télescope spatial James Webb, capable de détecter la lumière infrarouge des régions les plus lointaines de l'univers. Il détaille l'ingénierie incroyable du télescope, sa construction, son lancement en 2021 et son déploiement en orbite. Il conclut en soulignant l'importance de cette découverte et la préparation pour les observations scientifiques futures.

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🔭 Les objectifs et les découvertes attendues du télescope James Webb

Le deuxième paragraphe se concentre sur les objectifs du télescope James Webb et les types de découvertes qu'il est attendu de faire. Il explique la sensibilité du télescope, capable de détecter une abeille bourdon qui se reflèterait au soleil et émettrait de la chaleur à la distance de la Lune. Le narrateur évoque l'enthousiasme pour les découvertes potentielles de ce télescope, en particulier dans l'étude de la naissance des étoiles et du recyclage de la matière stellaire. Il décrit l'utilisation du télescope pour observer des endroits comme Mars, Europa, et Titan, et comment ces observations pourraient révéler des signes de vie ou des molécules organiques. Il mentionne également les plans pour envoyer des sondes pour explorer ces corps célestes. Le paragraphe se termine par une discussion sur la recherche de planètes exoplanètes qui pourraient abriter de la vie, en utilisant le télescope pour analyser l'atmosphère de ces planètes et détecter des molécules comme l'eau. Le narrateur conclut en soulignant notre quête de savoir si nous sommes seuls dans l'univers et comment les futures observations avec des télescopes encore plus puissants pourraient nous aider à répondre à cette question.

Keywords

💡chromosomes

Les chromosomes sont des structures cellulaires qui contiennent le matériel génétique. Dans le script, ils sont mentionnés comme étant à l'origine du destin de l'auteur, suggérant l'importance de la biologie dans la compréhension de notre existence. Cela illustre comment les connaissances scientifiques peuvent influencer la perception personnelle de soi.

💡Galileo

Galileo est un scientifique italien historique connu pour ses contributions à l'astronomie et la physique. Sa mention dans le script souligne l'inspiration que les scientifiques du passé peuvent avoir sur les générations futures, poussant l'auteur à poursuivre une carrière scientifique.

💡Darwin

Darwin est associé à la théorie de l'évolution par sélection naturelle. Son nom dans le script représente l'importance de la compréhension de l'évolution dans la formation de notre compréhension du monde naturel.

💡Big Bang

Le Big Bang est la théorie qui décrit le début de l'univers. Le script mentionne la mesure du Big Bang et la carte du rayonnement cosmique微波背景辐射, mettant en évidence notre quête de comprendre les origines de l'univers et comment il a évolué pour donner naissance à des galaxies, des étoiles et finalement à la vie.

💡Hubble Space Telescope

Le télescope spatial Hubble est un outil clé dans l'astronomie moderne. Le script décrit comment il a permis de prendre des photos des galaxies lointaines, mais aussi ses limites en ce qui concerne l'observation des galaxies naissantes, ce qui illustre la progression constante des technologies scientifiques.

💡James Webb Space Telescope

Le télescope spatial James Webb est présenté comme une amélioration par rapport à Hubble, capable de détecter la lumière infrarouge. Son description dans le script met en avant les réalisations technologiques et les ambitions de la communauté scientifique pour explorer l'univers plus profondément.

💡infrared light

La lumière infrarouge est une forme de rayonnement électromagnétique. Dans le script, elle est cruciale pour observer les objets lointains et froids de l'univers, démontrant comment différentes longueurs d'ondes de lumière sont nécessaires pour étudier différents aspects du cosmos.

💡Lagrange Point 2

Le point de Lagrange 2 est une région de l'espace où un objet peut rester relativement stationnaire relativement à la Terre et au Soleil. Le script explique comment ce point est idéal pour placer le télescope Webb, soulignant la nécessité de positions stratégiques pour l'observation astronomique.

💡Europa

Europa, ou lune de Jupiter, est mentionnée dans le script comme un lieu potentiellement habitable avec un océan sous-glaciaire. Cela montre comment l'exploration spatiale peut révéler des environnements inhabituels qui pourraient abriter la vie.

💡Titan

Titan est une lune de Saturne qui possède des océans et des lacs. Son inclusion dans le script illustre notre quête de comprendre les conditions qui peuvent être favorables à la vie, en examinant des environnements très différents de la Terre.

💡exoplanets

Les exoplanètes sont des planètes orbitant autour d'autres étoiles que le Soleil. Le script aborde la question de savoir s'il existe des planètes autour d'autres étoiles qui pourraient abriter la vie, ce qui soulève des questions fascinantes sur la possibilité de la vie extraterrestre.

Highlights

The speaker's childhood fascination with cells and chromosomes led to a career in science.

Early scientific ignorance about the origin of chemical elements and the concept of recycled stars.

The measurement of the Big Bang and the cosmic microwave background radiation.

The significance of hot and cold spots in the early universe leading to the formation of galaxies and life.

The use of the Hubble Space Telescope to capture images of distant galaxies.

The limitations of the Hubble Telescope in observing the most distant, infant galaxies.

The development of the James Webb Space Telescope to observe infrared light from the early universe.

The engineering feat of the Webb telescope's hexagonal, gold-coated mirror and its sunshade.

The launch of the Webb telescope on Christmas morning, 2021, and its perfect trajectory.

The operational lifespan of the Webb telescope, estimated at 20 years.

The unfolding process of the Webb telescope in space, likened to origami.

The importance of practice, rehearsal, and redundancy in the successful deployment of the telescope.

The Webb telescope's sensitivity, capable of detecting a bumblebee at the distance of the Moon.

Observations of star formation and recycling within glowing gas and dust clouds.

Plans to study Europa, a moon of Jupiter, with the Webb telescope for potential life的迹象.

The examination of Titan's unique hydrocarbon lakes and atmosphere by the Webb telescope.

The search for Earth-like planets around other stars using the Webb telescope's atmospheric analysis capabilities.

The philosophical question of whether life on Earth is unique and the potential for future discoveries.

The anticipation of the Webb telescope's first scientific observations and the promise to share findings.

Transcripts

When I was six,

my father told me that I was made out of tiny cells filled with chromosomes

that would control my fate.

I thought, "That's amazing.

There are so many mysterious things in there, and I want to know more.”

I read about Galileo and Darwin, and I became a scientist.

At that time, hardly anything was known.

We did not yet know that the chemical elements came from exploded stars,

that everything you see around you was recycled from inside of stars.

So we did not know we are recycled stars.

But we set off to measure the Big Bang,

and we measured the map of the cosmic microwave background radiation,

using millimeter waves

and it's the entire sky wrapped around on to an oval

so you can see it.

We see that there are hot and cold spots in this Big Bang material.

Now we say, well, that’s because those were there in very, very beginning,

who knows exactly why,

but they led to the existence of galaxies, stars, planets and, eventually, people.

No spots, no people.

So it turned out to be important.

So then how did that work?

What happened next?

Well, we said let's take pictures.

So, of course, we take pictures of the sky with the Hubble Space Telescope.

This picture was taken around 1995,

and it shows galaxies far, far, far away.

It shows what you can get

with the telescope that's about eight feet in diameter

and can observe visible light.

So we were thrilled to have this picture.

And it shows thousands of galaxies.

They were unable to include the most distant galaxies,

the ones that would be as they were being born,

so there are no baby pictures of galaxies in this picture.

We needed to have an even bigger and more powerful telescope

that could pick up the infrared light from the most distant universe

that has been stretched out by the expansion of the universe.

So we didn't know what we would find.

So astronomers wrote a book and they said,

"Please build us an even more powerful telescope."

And we did.

This is the James Webb Space Telescope, you see a gigantic mirror,

it's hexagonal, it's coated with gold so it reflects infrared light.

It is 21 feet across.

It is protected by a five-layer metalized plastic sunshade

as large as a tennis court.

This telescope is so large that it could not fit into the rocket

without being folded up like origami.

It's an incredible engineering accomplishment

to be able to even conceive and build this telescope.

So we built it.

And then we've launched it.

It went up into space from French Guiana on Christmas morning, 2021.

It was a perfect launch.

The Arianespace company sent it straight to where we needed to go.

So we think we can have 20 years of operational scientific observations

with this great new telescope.

And it took only two minutes to go through the tropical clouds up

towards the vacuum of outer space.

Now I want to show you how it unfolded in outer space,

this origami telescope.

First we unfolded the solar panels.

Then we unfold the transmitter antenna

so we can talk back and forth.

Then we unfold the panels that hold the great sunshade in place.

This takes us actually two weeks in real life.

You see it compressed here so we can show it to you.

This is just a miracle of modern engineering, and it’s so complicated.

And you'd say, is there any way you could have done this

without this great telescope?

And the answer seems to be no.

You need a big telescope.

It needs to be in outer space.

It needs to be cold, so it doesn’t glow and emit its own infrared.

And third is, being very carefully unrolled all by commands from here.

So you ask, how could you possibly make such a complicated thing work?

Well, number one, practice, practice, practice,

rehearse and test, fix it when it's not quite right.

And then, of course, have two of everything, if you possibly can.

And third, have arguments with all of your friends to say,

is this really right?

Can you think of anything that's a mistake that we might be making

that we should fix before we launch it?

So the last step is finally to unfold the telescope itself.

And there it is in outer space,

not quite ready to use because it's still warm and has not yet been focused.

So we had to wait for several weeks for it to start to cool down

to a low enough temperature that we could do the next steps.

We send it to a place called Lagrange Point 2,

about a million miles farther out from the Sun than we are.

This is a place that moves around the Sun with us every year,

so the telescope does not get any farther away.

It is the only place that we can put a telescope where this is the setup,

and you can have the one-sided umbrella that protects the telescope

from the Sun and the Earth and the Moon.

So the next thing is, what did we see?

We focused the telescope and took some pictures

of the same star we looked at with the Webb.

So the fuzzy picture is the Spitzer Space Telescope launched in 2003.

The sharp picture is the new Webb telescope.

We were so thrilled that it worked.

We got a nice, sharp image of the star,

and we can calculate now the sensitivity of this object,

that if you were a bumblebee,

a square centimeter object hovering at the distance

of the Moon from the Earth, away from the telescope,

we would be able to see you,

both the sunlight you reflect and the heat you emit.

So there are no bumblebees in space,

but there's something out there that we don't know.

And I'm so sure that we're going to get a great surprise from this telescope.

So I'll show you what we look at.

Here is an example of a place where stars are being born as we speak.

Now we know, more or less, that stars explode and produce dust,

which goes and is recycled into new stars.

This is a place where the recycling is happening.

Stars are being born in this beautiful cloud of glowing gas and dust.

On the left-hand side shows you what we see with visible light

with the Hubble Space Telescope.

The right-hand side shows you that you can begin to see through the dust

with an infrared camera that we also have on the Hubble telescope.

It's beautiful.

Astronomers want to see inside and we will

with the Webb telescope.

We can look at everything in the solar system from Mars on out.

So this is a pretty interesting one,

everybody knows Mars might be alive.

What about Europa?

Europa is a satellite of Jupiter.

It has a liquid ocean covered with ice.

We know because we sent a probe out there named after Galileo himself,

and we saw this and took this picture.

Now we know that there is water coming out from the cracks

between the ice blocks

and once in a while, they can be watched from here.

And we are planning to send a probe to fly through the water jets

and see if there might be any organic molecules in them.

Is it alive? Well, maybe.

We'll be watching this satellite with the Webb telescope as well.

Farther on out in the solar system, we've been watching Titan.

Titan is the only moon in the solar system that has oceans and lakes

and rain and rivers and an atmosphere on the surface.

It is so cold, though,

that its liquid hydrocarbons, methane and ethane,

that you would use for fuel here on Earth.

So we'll be examining this with the Webb telescope

and we'll be sending a probe out there

to land with even a helicopter to go exploring.

So is this a place that's interesting for life?

Possibly.

People ask me all the time,

are we sure that the kind we have here is the only kind?

Well, maybe not.

And if not, this is a good place to look because it's different,

but it still has solids, liquids and gases,

and it has a liquid hydrocarbon, which might be a possible solvent.

We'll see.

Next thing we want to look at is,

are there planets around other stars that might have life?

So we will be looking in this way

at small stars that have Earth-sized planets.

When a planet goes in front of the star, it can block some starlight,

some of the starlight goes through the atmosphere of the planet,

if it has one,

and on its way to our telescope,

and we can analyze that

and look for the chemistry of such an atmosphere.

So, number one, does a little Earth-like planet out there

have an atmosphere?

Number two, does it have any molecules in the atmosphere?

And number three, could they be water?

Is there enough water out there so that there could be a liquid ocean?

Well, maybe.

We will find out and we'll tell you.

So are we alone?

Well, I don't know.

But we'll be going on after this project

to even more powerful telescopes

that can examine little Earths around stars like the Sun.

And then we'll be able to say, "Really, really, are they like home?"

And maybe yes.

We will be telling you all about what we find out,

beginning with our first scientific observations this summer.

So please stay tuned.

Astronomers travel with the speed of light

and the speed of imagination.

(Applause)