L' Univers dévoilé

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Notre conception actuelle de l'Univers n'a plus guère à voir avec celle que l'on en avait il y a cent ans. Bien qu'il n'existe pas encore de réponse à certaines questions fondamentales, comme la nature de la matière noire ou l'existence de la vie ailleurs que sur la Terre, les progrès récents de l'astronomie ont été si spectaculaires que l'essentiel de l'Univers nous est aujourd'hui dévoilé. Ce sont l'histoire et les moyens de ces progrès que décrit ce livre sous une forme simple et vivante, mais sans sacrifier la rigueur scientifique. Le premier chapitre couvre les années 1910 à 1950, et le second nous amène à 1970.
Ensuite, le rythme des découvertes s'accélère tant que les trois décennies suivantes qui ont vu se développer puissamment les techniques d'observation au sol et dans l'espace nécessite chacune un chapitre entier. L'ouvrage se termine par un exposé détaillé de l'état actuel de nos connaissances, avec quelques projections vers le futur. Un grand nombre d'illustrations, des encadrés, un glossaire, une table des sigles et de nombreuses références à des articles de recherche agrémentent et complètent la lecture, et peuvent stimuler des approfondissements.
Publié le : lundi 3 décembre 2012
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Licence : Tous droits réservés
EAN13 : 9782759802111
Nombre de pages : 312
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s c i e n c e s & h i s t o i r e
L’UJamens Leiquevuxers dévoilé
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L’Univers dévoilé
Une histoire de l’astronomie de 1910 à aujourd’hui
James Lequeux
Astronome à l’Observatoire de Paris
17, avenue du Hoggar Parc d’activités de Courtabœuf, BP112 91944 Les Ulis Cedex A, France
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ISBN : 2-86883-792-1
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© EDP Sciences 2005
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Sommaire
Sommaire
Avant-propos
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3
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8
1910-1950, les débuts de l’astronomie contemporaine. Physique et astronomie, l’ère des grands télescopes
1950-1970, nouveaux domaines, nouveaux objets
1970-1980, l’ère de l’espace et des ordinateurs
1980-1990, une période de transition
Après 1990 : la course au gigantisme
Une vue contemporaine de l’Univers. I. Du système solaire à la Galaxie
Une vue contemporaine de l’Univers. II. Astronomie extragalactique et cosmologie
Que pourrait être l’astronomie de demain ?
Appendice 1 : Petite histoire de l’interférométrie en France
Appendice 2 : L’optique gravitationnelle
Références
Sigles
Glossaire
Index
iii
v
1
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81
103
117
143
191
231
249
255
259
269
273
281
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Avant-propos
La plupart des Histoires de l’astronomie, même récentes, s’arrêtent à la découverte par Hubble de l’expansion de l’Univers, qui date de 1929, ou e au mieux au milieu duXXsiècle. Faut-il voir là le résultat d’une certaine timidité vis-à-vis de l’histoire contemporaine dont certains acteurs sont toujours vivants, ou vis-à-vis de la complexité croissante de la science ? Pourtant, le dernier siècle a vu d’incroyables progrès dans notre connais-e e sance de l’Univers, comparables à ceux réalisés auXVIet auXVIIsiècles par les grands pionniers qu’étaient Nicolas Copernic, Tycho Brahe, Johannes Kepler, Galilée et Isaac Newton. Si l’on a pu parler pour cette période de révolution astronomique, on peut affirmer que l’essentiel de l’Univers nous est aujourd’hui dévoilé. Ce sont l’histoire et les moyens des progrès de l’astronomie depuis cent ans que veut résumer ce livre.
Devant l’immensité de la tâche que serait l’écriture d’une véritable his-toire de l’astronomie au cours du dernier siècle, on ne peut que rester modeste. Aussi le présent ouvrage n’est-il qu’un embryon d’histoire de l’astronomie contemporaine. Mon but est de faire partager à un public aussi large que possible quelques idées et opinions sur l’évolution récente d’une science que j’ai vécue activement depuis cinquante ans. J’espère aussi lui communiquer mon enthousiasme pour les progrès récents de notre vision de l’Univers.
Le livre suit un ordre chronologique. Le premier chapitre couvre les années 1910 à 1950, et le suivant une période de vingt années, ce qui nous amène à 1970. Ensuite, le rythme des découvertes s’accélère tel-lement que les trois chapitres suivants, qui insistent sur les techniques d’observation, ne couvrent chacun qu’une décennie. Les chapitres 6 et e 7 font l’état des lieux à l’orée duXXIsiècle, et le chapitre suivant tente quelques projections sur ce que pourrait être l’avenir de l’astronomie. Bien entendu, j’ai dû faire des choix dans les sujets que j’ai développés ; pour ne pas lasser le lecteur, j’ai fait souvent l’impasse sur des sujets quelque peu arides comme la photométrie, malgré son importance pra-a tique pour les astronomes .
a. e L’histoire de la photométrie astronomique auXXsiècle est bien déve-loppée dans l’ouvrage de Leverington D. (1995)A history of astronomy from 1890 to the present,Springer-Verlag, Berlin. Pour l’histoire de l’astronomie solaire et stellaire, voir Tassoul J.-L., Tassoul M. (2004)A concise history of solar and stellar physics, Princeton University Press.
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L’Univers dévoilé
Je me suis efforcé de ne pas entrer dans trop de détails techniques, mais c’était quelquefois impossible. Un glossaire devrait aider à comprendre quelques-uns des concepts et la nomenclature de base de l’astronomie d’aujourd’hui, et des textes encadrés et deux appendices détaillent des points particulièrement dignes d’intérêt. De nombreuses notes donnent des références aux articles de recherche originaux, qui permettront aux lecteurs les approfondissements qu’ils jugeront souhaitables. Il ne m’a évidemment pas été possible de citer tous les articles importants, ni même le nom de tous les collègues qui me paraissent avoir contribué de façon fondamentale aux progrès de l’astronomie, et dont certains sont mes amis : qu’ils veuillent bien m’en excuser.
Je tiens à remercier mon épouse Geneviève, Claudine Laurent et Charles Ryter pour leur relecture attentive de cet ouvrage, et pour leurs commentaires et critiques particulièrement constructifs.
Chapitre 1
1910-1950, les débuts de l’astronomie contemporaine. Physique et astronomie, l’ère des grands télescopes
e L’état de l’astronomie au début duXXsiècle
On a peine à imaginer à quel point nos connaissances sur l’Univers e étaient rudimentaires au début duXXsiècle. La différence entre ce que l’on savait à l’époque et ce que l’on sait aujourd’hui est encore plus considérable en astronomie qu’en physique. Toute la physique clas-sique — en gros l’essentiel de ce que l’on enseigne au lycée — était alors construite, bien que les connaissances en physique de l’atome et des particules élémentaires fussent encore des plus primitives. Mais en astronomie, de même qu’en biologie et en sciences de la Terre, tout ou presque restait à faire. Les seules branches de l’astronomie qui, en 1900, avaient atteint leur majorité, depuis longtemps d’ailleurs, étaient l’astronomie de position et la mécanique céleste. La théorie des mouvements des planètes et des satellites avait acquis un degré de perfection tout à fait remarquable, fruit notamment d’une très importante participation française — il suffit de citer les noms de Joseph-Louis de Lagrange, Pierre-Simon de Laplace, Urbain Le Verrier, Charles Delaunay, Félix Tisserand et plus récemment d’Henri Poincaré. Le reste était bien moins avancé. On pos-sédait bien quelques idées qualitatives sur la nature et la composition du Soleil : François Arago avait montré en 1811, en constatant l’absence de polarisation de sa lumière, que la surface du Soleil et de certaines étoiles était gazeuse et non solide ou liquide. Cette conclusion fut confirmée par l’observation de l’assombrissement des bords de l’image du Soleil sur les daguerréotypes pris par Hippolyte Fizeau et Léon Fou-1 cault en 1844-45 (Fig. 1.1). Il faut voir là la naissance de l’astrophy-sique, c’est-à-dire de l’application de la physique à l’astronomie. En 1860, les Allemands Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff avaient reconnu dans le spectre du Soleil les raies caractéristiques de plusieurs éléments chimiques : le fer, le calcium, le magnésium, le nickel et le 2 chrome . Aux États-Unis, Henry A. Rowland avait trouvé par spectro-scopie 36 éléments dans le Soleil, incluant l’hélium qui ne fut que plus 3 tard identifié sur Terre . Mais les idées que l’on avait sur l’atmosphère
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Figure 1.1.Daguerréotype du Soleil pris par Fizeau et Foucault en 1845. C’est une des toutes premières photographies d’objets célestes. On y voit des taches et aussi l’assombrissement des bords du Soleil, qui a permis de confirmer la nature gazeuse de l’astre.
Figure 1.2.Comment Arago 4 concevait le Soleil . Il avait montré que la partie visible du Soleil était faite d’un gaz incandescent. Cependant il pensait que les taches solaires sombres, et la pénombre de luminance intermédiaire qui les entoure, étaient des zones plus profondes du Soleil vues à travers des trous, zones qui n’étaient pas forcément gazeuses.
L’Univers dévoilé
solaire (Fig. 1.2) étaient à peine plus exactes que du temps du Père Athanasius Kircher, jésuite qui avait fait les premières observations sys-tématiques des taches du Soleil vers 1635. En 1900, on ignorait tout de l’intérieur du Soleil et de l’origine de son énergie. Quant à l’astronomie planétaire, c’était un domaine où l’imagination atteignait au délire, étayée par des observations fantaisistes comme celle des fameux « canaux » de Mars, qui étaient supposés avoir été construits par des êtres vivants. La célèbreAstronomie populairede Camille Flammarion, et ses autres ouvrages, notammentLa Planète Mars et ses conditions d’habitabilité,publié en 1892, en sont des témoi-gnages poétiques et farfelus. Voici un extrait de ce dernier livre (p. 588) :
« Les variations considérables observées en ce réseau aquatique[sic !]sont pour nous un témoignage que cette planète [Mars] est le siège d’une énergie volatile. [...] Tandis que nous observons tranquillement ces conti-nents et ces mers [...], tandis que nous nous demandons sur lequel de ces rivages il serait le plus agréable de vivre, peut-être y a-t-il là, en ce moment même, des orages, des volcans, des tempêtes, des tumultes sociaux et tous les combats de la lutte pour la vie. »
Lorsque l’imagination supplée l’absence de connaissances scienti-fiques, les vieux mythes de l’humanité surgissent avec toute leur force. Ils n’ont pas disparu aujourd’hui, même dans l’esprit de certains astro-nomes, ainsi qu’en témoigne la naïveté des idéogrammes emportées par plusieurs sondes spatiales, qui sont destinés à être déchiffrés par d’éventuels habitants d’autres mondes. Les coûteuses expériences
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