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Les Cosmiques

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Livres
230 pages

Description

Depuis Copernic, personne n’ignore plus que la Terre tourne autour du Soleil. Le Soleil, une étoile parmi des milliards. Mais quelle est au juste l’architecture de l’Univers ? Il y a cent ans, on se le demandait encore. Alors, sous les cieux de Californie, des hommes ont fui les villes pour mieux scruter les étoiles. Ces pionniers ont bâti des télescopes géants et se sont mis à pied d’œuvre pour sonder le ciel.

Au fil des pages de ce livre, vous suivrez leurs efforts haletants. Vous revivrez leurs aventures. Sur leurs traces, vous parcourrez les grands espaces stellaires qui restaient inexplorés en ces temps héroïques. Et puis, Edwin Hubble finit par découvrir comment le cosmos est ordonné. Un mystère ancestral était élucidé. L’Univers ouvrait grand ses portes !


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Ajouté le 09 décembre 2016
Nombre de lectures 2
EAN13 9782334202992
Licence : Tous droits réservés
Langue Français
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175, boulevard Anatole France – 93200 Saint-Denis

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Tous droits de reproduction, d'adaptation et de traduction,

intégrale ou partielle réservés pour tous pays.

 

ISBN numérique : 978-2-334-20297-8

 

© Edilivre, 2016

 

Image de couverture :
Rencontre de deux galaxies spirales en forme de rose
(photographie du Télescope Spatial Hubble)

Crédit :
NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Dédicace

 

À Chantal

Les vigies du cosmos

L’Univers est incomparablement plus vaste, plus prodigieux et plus splendide que tout ce que la science nous révèle et tout ce que l’imagination peut rêver.

Camille Flammarion

Qui d’entre nous n’a pas rêvé d’assister à la genèse d’une idée révolutionnaire ? Qui n’a pas imaginé tenir compagnie aux grands savants du passé, en particulier aux astronomes, au moment de leur principale découverte ? Postés en sentinelles, ils ont scruté inlassablement le ciel, et, par un beau jour ou plutôt par une belle nuit, leur exploration du cosmos livra enfin un de ses secrets. Hélas, le plus souvent, ce fut sans aucun témoin. Alors, imaginez un peu la fascinante perspective de s’immiscer, par exemple, dans l’intimité d’un Nicolas Copernic. Vous le surprendriez à l’article de la mort, en son logis de la cathédrale de Frombork, à l’instant précis où il reçoit du dévoué Rheticus la première épreuve de son ouvrage De Revolutionibus, qui plaide l’héliocentrisme et réordonne le monde1. Imaginez encore approcher Galilée à pas de loup, en cette fameuse nuit du 7 janvier 1610. Vous observeriez le maître, l’œil rivé à l’oculaire de la première lunette jamais braquée vers les cieux. Puis, à votre tour, vous partageriez son émerveillement devant le ballet des satellites de Jupiter. Ou bien maintenant, plus près de nous, songez à Edwin Hubble dans son antre du Mont Wilson, sous le dôme du fabuleux télescope de cent pouces. Il est parvenu à obtenir un remarquable cliché de la nébuleuse d’Andromède. Il l’examine attentivement et soudain jubile en son for intérieur. Il a là, sous les yeux, la preuve éclatante et tant recherchée qu’Andromède est une galaxie au même titre que notre Voie Lactée et par conséquent que notre Voie Lactée n’est qu’une galaxie parmi d’autres. Ces moments d’histoire resteront évidemment dans l’imaginaire collectif. On peut seulement regretter qu’un témoignage n’ait pas toujours relaté ces aventures qui ont marqué un progrès vers le savoir.

Mus par le spectacle de l’Univers, tous ces hommes ont mis un point d’honneur à nous apporter des nouvelles des étoiles. Ce faisant, ils ont désacralisé le monde. Ils l’ont expliqué avec toute la pénétration de leur esprit ou l’ont observé et décrit de façon impartiale. Mais quelle qu’ait été leur démarche, de Tycho Brahe à Galilée, de Kepler à Herschel, de Hubble à Perlmutter, ils nous ont donnés à voir et à penser l’Univers. En premier lieu, à le voir. En effet, on attend des astronomes qu’ils commencent par nous en exposer toutes les facettes. C’est une priorité pour le commun des mortels attaché à trouver un début de réponse à la question « Où suis-je ? ». Pareil à un peuple primitif qu’on évangélise, l’être humain a besoin d’illustrations saisissantes pour qu’une vision de l’Univers emporte son adhésion. Il réclame qu’on lui raconte la nature avec de chatoyantes couleurs pour le stimuler. C’est ce à quoi, déjà, s’évertua Galilée en pointant, le premier, une longue-vue partout où sa curiosité était éveillée et en dessinant à chaque fois l’objet élu. Ainsi ses esquisses de notre satellite, mais également ses innombrables relevés des lunes joviennes formant comme un carrousel, son dessin du foisonnement stellaire des Pléiades et sa collection d’astérismes suscitent-ils l’émerveillement aujourd’hui encore, quatre cents ans après. Ses ébauches valent bien les clichés du Télescope Spatial Hubble, car elles sont, pour l’époque, tout aussi parlantes. J’en veux pour preuve cette représentation du relief lunaire. Elle a pu jouer pour un gentilhomme du XVIIe siècle le même rôle instructif que l’érection des Piliers de la Création, la célèbre photo de nursery stellaire réalisée par le télescope Hubble, pour un homme de la fin du XXe. Dès lors, des mondes jamais aussi bien décrits furent mis à jour. L’Univers, par ces simples figures, dévoilait un peu de sa variété et de sa splendeur, mais aussi de sa réalité. Certes, la beauté brute de la Lune sous le coup de crayon de Galilée était d’une grande nouveauté, mais surtout la restitution de sa surface accidentée renfermait un message, le message que notre satellite n’avait rien d’immaculé. La Lune n’a rien d’une sphère parfaite et inaltérée, voilà ce qu’exprime ce dessin sans ambiguïté. Un modeste croquis, tracé à partir d’un ingénieux instrument, réalisa donc à lui seul la prouesse de battre en brèche l’idée reçue que la Lune et les autres corps célestes n’étaient que pureté et harmonie, quand le monde d’en bas n’était qu’imperfection. Assertion trompeuse, héritée de l’antiquité et propagée jusque-là par « la grande cohorte des philosophes ».

Image 5

Dessin de la Lune, Le messager céleste, Galilée
(Librairie A. Blanchard, Paris)

Les Piliers de la Création,
Télescope Spatial Hubble

Crédit : NASA, ESA, STScI
and J. Hester and P. Scowen
(Arizona State University)

Voir et penser l’Univers

Comme l’a montré l’exemple précédent, donner à voir et à penser l’Univers sont deux ambitions étroitement mêlées. Depuis l’aube des temps, l’astronomie s’est assignée pour mission de nous instruire sur l’architecture du monde, et les sciences de l’Univers se sont portées, les unes après les autres, sur l’étude des pierres de cet édifice, afin de mieux comprendre leur agencement. Au fur et à mesure, la construction de l’ensemble a reposé sur les fondements d’une Physique qui a grandi avec lui. Mais au bout du compte, qu’en retient l’homme de la rue dans sa quête de connaissance ? Quelle peut être sa vision des choses ? Que saisit-il du vaste monde où il est né et qui l’entoure ? Dans le but de lui apporter son concours, la science dispose à son usage d’un véritable livre d’heures. Dans les pages de ce livre, elle procède à une description du cosmos. Elle avance le scénario d’une existence tumultueuse. Pour éclairer son discours, elle y joint d’éloquentes images. L’Univers est si photogénique ! Alors, avec en mains ce bréviaire que nous délivrent les revues scientifiques et les ouvrages de vulgarisation richement illustrés, nous pouvons nous le représenter. En feuilletant leurs pages, les planètes, les comètes, les astéroïdes, les étoiles, les nébuleuses, les galaxies, les quasars, les trous noirs bientôt nous deviennent aussi familiers que le Grand Canyon ou le Fleuve Jaune, bientôt l’organisation de l’Univers en galaxies nous est aussi coutumière que la rotondité de la Terre et bientôt nous aurons assimilé le Big Bang aussi bien que la dérive des continents. L’histoire de l’Univers n’aura alors pas plus de secrets pour nous que celle de notre bonne vieille Terre.

La représentation de l’Univers a toujours revêtu un caractère majeur. Elle est un marqueur de civilisation, le signe d’une culture. Voici près d’un siècle que la nôtre a vu le jour. Un siècle seulement ! Pour un peu, il nous semblerait que l’homme l’a faite sienne depuis la nuit des temps. Or, il y a un siècle à peine que « le ciel a changé de visage », pour reprendre l’expression de l’astronome Paul Couderc qui précise : « De 1915 à 1930, l’homme a découvert, comme en un clin d’œil, des domaines prodigieusement vastes, où les étoiles s’agglomèrent, çà et là, en îles immenses, aux formes étranges, et dont les mouvements obéissent à des lois imprévues… Ce ciel diffère de celui où s’appliquait Newton, beaucoup plus radicalement que ce dernier ne différait du ciel des Anciens. »

En entrant dans le XXe siècle, les hommes de science ignoraient tout des galaxies comme des atomes au demeurant. Un épais mystère entourait les unes et les autres. Or, chose curieuse, c’est à la même époque que la science fit des percées dans les deux directions. La période allant de 1915 à 1930 devait bouleverser notre connaissance de l’Univers, mais aussi celle de la matière. L’astronomie en bénéficiera doublement, d’abord avec une succession de découvertes relatives aux nébuleuses et ensuite, par ricochet, avec les progrès accomplis s’agissant de l’atome et des particules subatomiques. L’histoire l’enseigne, connaître un des deux infinis, l’infiniment grand ou l’infiniment petit, peut servir à démystifier l’autre. Ainsi, pour modéliser un atome, les savants ont-ils recouru au Système solaire, faisant jouer au noyau le rôle du Soleil et aux électrons celui des planètes. La première, l’astronomie rendit service à l’atomistique. Pas pour longtemps. Ce modèle dit planétaire fut vite relégué au stock des idées périmées après les travaux du physicien atomiste Niels Bohr, en 1913. Désormais, la physique atomique ira de succès en succès, et, dans un échange de bons procédés, ce sera à l’astronomie de lui être redevable. Elle pourra, de ce fait, élucider des phénomènes célestes jusque-là inexpliqués, à commencer par les processus nucléaires au moyen desquels les étoiles puisent leur énergie. L’entre-deux-guerres s’avérera pour la science une ère de conquêtes aux échelles extrêmes. L’astronomie en profitera pour prendre son envol, levant le voile sur le vrai visage du ciel.

Du mythe à la réalité

Avant de faire le tour du propriétaire, rêvons un peu avec la fable mythologique qui raconte la naissance de la Voie Lactée si aimablement peinte par Le Tintoret. La légende veut que Junon, allaitant Hercule, ait laissé jaillir de son sein quelques gouttes de lait qui, en ensemençant le firmament, donnèrent cette traînée blanchâtre et étincelante qu’une nuit sereine permet d’apercevoir. Dans cette œuvre magistrale intitulée L’origine de la Voie Lactée, le peintre vénitien démontre toute l’étendue de son art, une fantaisie débridée et un coloris de toute beauté. Sur un lit suspendu dans les nuages, la déesse est à demi couchée. La pâleur de son corps contraste avec l’azur céleste. Hercule, fruit des amours illégitimes de Jupiter et d’une mortelle, est tendu à bout de bras par le maître de l’Olympe et s’agrippe au sein de Junon. Des gerbes de lait fusent, et soudain le ciel s’embrase à l’apparition des premières étoiles. Le reste, amours, oiseaux, flambeau, arc et flèches, relève du symbole.

Image 7

L’origine de la Voie Lactée, Le Tintoret 1518-1594
(National Gallery, Londres)

Quittons maintenant la mythologie. Du rêve, revenons à la réalité et visitons notre vaste demeure dans ce petit tour d’horizon. Bien que Ptolémée s’escrimât à faire tourner l’astre du jour autour de la Terre, une fois la révolution copernicienne bouclée, il ne fit plus de doute que la Terre et les planètes gravitaient autour du Soleil. De surcroît, le roi Soleil finit lui aussi par abdiquer. Il fut ramené au rang de simple étoile, une étoile comme toutes celles qui se fédèrent par milliards en un ensemble nommé Galaxie2. De la Galaxie, nous comprîmes que la Voie Lactée, ruban opalescent qui barre le ciel d’une nuit profonde et pure, constitue la manifestation la plus flagrante. Pour couronner le tout, il fallut admettre tôt ou tard que notre galaxie n’était pas unique. Les galaxies abondent par milliards. La galaxie faisant office d’unité fondamentale, l’Univers peut « se comparer à un gaz de galaxies, dont chaque galaxie serait une molécule ». De plus, leur comportement paraît ouvertement grégaire. Elles se regroupent en amas, et les amas eux-mêmes en superamas. Voilà à quoi se résume notre vision actuelle du cosmos, de l’attroupement de galaxies à la galaxie, de la galaxie à l’étoile, de l’étoile à la planète. Ajoutez à cela que l’intégralité de l’Univers est entraînée dans un mouvement d’expansion depuis une origine singulière, un état incroyablement dense et chaud, et vous aurez tout à la fois l’état des lieux et l’historique en quelques mots.

Que l’intensité d’une grandeur dépasse l’entendement, et on la qualifiera à juste titre d’astronomique. Il en va ainsi des distances. Aussi, pour mieux se les figurer, préfère-t-on avoir recours aux années-lumière qu’aux kilomètres. Prenez la plus proche des étoiles, Proxima du Centaure. Elle se situe à quatre années-lumière de nous, autrement dit sa lumière met quatre ans à nous parvenir à la vitesse vertigineuse, pour un humain, de 300 000 km par seconde. À ce stade, on choisit d’indiquer les distances astronomiques en termes de durée. Le résultat est alors plus évocateur car plus proche de l’expérience humaine. On dira de préférence que Proxima du Centaure se trouve à quatre années à la vitesse de la lumière plutôt qu’à 40 000 milliards de kilomètres ! Il n’empêche que le béotien éprouvera encore toutes les difficultés à concevoir l’écrasant jeu de poupées russes que nous présente l’Univers. L’intervention de distances phénoménales rendra forcément acrobatique sa tentative d’imaginer des structures à pareille échelle. Il aura alors tout intérêt à faire appel à l’analogie pour ramener les choses à des proportions moins imposantes. Risquons donc la comparaison suivante. Considérons-nous comme cet homme né dans une maison à laquelle il aurait dû d’abord s’acclimater et qu’il n’aurait jamais quittée. Cette maison représentera notre Soleil et son système planétaire. Poussé par une insatiable curiosité, l’homme a fini par ouvrir les persiennes et il a découvert d’autres maisons semblables à la sienne, autour de lui. Le Soleil n’est qu’une étoile parmi tant d’autres dans son voisinage. Faire tourner un cortège de planètes autour d’elle semble être un lieu commun pour une étoile. Certaines s’associent même pour former un système stellaire multiple. La nature enfante tant de combinaisons. Son imagination ne se fixe guère de limites. Estimant qu’il lui en faut savoir davantage, notre homme grimpe ensuite à l’étage, et son regard parvient à embrasser tout le quartier. Arrivé enfin au grenier, dominant les alentours, il perçoit les limites de sa ville, notre galaxie. Il réussit même à deviner au loin des villages et les faubourgs d’autres cités. Il sait alors que sa ville n’est pas unique, que le pays en comporte beaucoup à l’égal de la sienne, quelques-unes plus grandes, semble-t-il, tout comme le ciel fourmille de galaxies dont certaines surpassent la nôtre en taille.

On doit au Télescope Spatial Hubble de nous avoir gratifiés, depuis vingt ans, d’images du ciel profond à couper le souffle. En effet, les caméras de ce télescope ont été régulièrement mobilisées pour cibler les régions du ciel pauvres en étoiles de notre galaxie. La finalité était de sonder les profondeurs cosmiques sans que des astres de premier plan ne perturbent la vue. Ces images ont requis des heures d’exposition, tant les objets photographiés luisent faiblement. Le résultat fut systématiquement un semis de galaxies à profusion. À chaque nouvelle image, une championne se révélait parmi les galaxies répertoriées, battant tous les records de distance précédents. La dernière en date est si lointaine que sa lumière, qui nous arrive aujourd’hui avec pâleur, a été émise à une époque très ancienne, à l’ère de la formation des premières galaxies. Avant l’avènement de ce genre de clichés, jamais l’homme n’avait pu embrasser du regard autant de galaxies, admirer leur prolifération en une mosaïque de teintes et de formes. Jamais l’homme n’avait pu englober, d’un coup d’œil, une portion si vaste d’Univers, un peu comme s’il s’en était extrait pour mieux le contempler. Jamais nous n’avions eu autant ce sentiment de saisir l’Univers en son tout et non en sa partie. Auparavant, seule une vue d’artiste aurait pu vaguement répondre à pareille attente, et encore le plus souvent exécutée avec cette dose d’irréalisme qui conduit à vouloir montrer les six faces du dé en même temps.

Elle est loin, on le voit, l’image du firmament solide des Grecs, corseté par la forme sphérique et moucheté de ses étoiles fixes. Notre Terre et notre Soleil, désormais rétrogradés, n’ont rien de lieux privilégiés. Ce ne sont que planète et étoile ordinaires. La banalité touche également notre Voie Lactée, une galaxie très quelconque. Cependant, au cours du XXe siècle, une fois dégagé le schéma d’un cosmos composé de galaxies, les choses se sont complexifiées. De l’Univers, nous avons appris ensuite qu’il est en perpétuelle expansion et que nous n’en voyons que la partie observable, celle accessible à l’homme par le truchement de la lumière, cette grande voyageuse et unique messagère des confins cosmiques3. Au-delà, s’étendent des contrées inobservables. Leurs astres sont hors d’atteinte. En effet, l’Univers se dilatant, et très rapidement pour les régions reculées, une autre portion se dérobe à notre vue. Sa lumière se propageant dans notre direction, mais devant remonter le courant de l’expansion, n’a pas eu le temps de nous parvenir. Il existe donc un horizon qui borne notre vue et décide de l’étendue de l’Univers observable. Cependant, nous en ignorons avec précision la mesure comme nous ignorons les raisons profondes de l’accélération de l’expansion et des mouvements galactiques, autant de sujets fondamentaux sur lesquels, les spéculations allant bon train, les scientifiques ne sont pas près de délibérer. Leurs solutions s’appellent énergie sombre et matière noire, mais nul n’a pu encore expliquer l’origine de la première ni détecter la seconde. La question de leur matérialité demeure d’actualité. Aussi certains parient-ils sur d’autres interprétations des faits observés. Le journaliste scientifique Pierre Rousseau écrivait déjà en 1968 : « […] nous savons que beaucoup sont intéressés par ces questions capitales de l’évolution, de la forme, des dimensions de l’univers. Sur ces trois points, aucune réponse ne peut encore être apportée et les théoriciens ont beau jeu. Mais la science ne saurait s’accommoder de théories qui ne sont pas étayées par l’expérience ou l’observation. » En dépit des progrès réalisés depuis, cette réflexion n’a pas pris une ride. Une chose est certaine, au-delà de toute spéculation, les mystères du cosmos concourent plus que jamais à la fascination qu’il exerce, et il continuera longtemps de captiver l’homme, de l’intriguer et de le défier.

Image 8

L’Univers : un semis de galaxies à profusion, Télescope Spatial Hubble
Crédit : NASA, ESA, and J. Lotz, M. Mountain, A. Koekemoer, and the HFF Team (STScI)

La naissance de notre vision de l’Univers

Ainsi donc notre représentation de l’Univers date-t-elle d’un siècle. Que s’est-il passé au juste entre ces années 1915 et 1930 ? Quelle vision avait-on auparavant ? Quels doutes traversaient les discussions entre astronomes à l’époque ? À quelles questions cruciales espéraient-ils une réponse ? Et quels événements levèrent leurs doutes ? Comment le modèle d’Univers qui deviendra le nôtre parvint-il à emporter l’approbation générale ? C’est tout l’objet de ces pages au cours desquelles nous assisterons à sa lente élaboration, aux hypothèses des uns, au scepticisme des autres, aux remises en cause. Nous mènerons l’enquête. À l’occasion, nous nous perdrons sur de fausses pistes, mais, au final, nous verrons apparaître les preuves irréfutables de ce que nous croyons être l’Univers.

Au seuil du XXe siècle, l’interrogation clef et récurrente depuis deux cents ans était celle des univers-îles. De quoi s’agit-il ? Les lunettes astronomiques avaient révélé très tôt l’existence d’astres flous appelés nébuleuses. On émit l’hypothèse qu’à l’instar de la Voie Lactée certaines nébuleuses, dites spirales en raison de leur forme, pouvaient être des ensembles d’étoiles fines. Un pas de plus fut franchi, et ces îlots d’étoiles furent assimilés par certains à des systèmes stellaires autonomes et isolés, extérieurs à notre propre système stellaire, la Voie Lactée. On les affubla du terme d’univers-îles. En l’occurrence, il pouvait sembler fâcheux d’employer le mot univers, car, par définition, il désigne la totalité de ce qui existe et non une partie seulement. N’importe, la question des univers-îles allait demeurer en suspens, aucun observateur n’ayant apporté une preuve ou un faisceau d’indices concordants à l’appui de cette thèse. On en était là encore en 1915. L’Univers était-il circonscrit à la Voie Lactée et lesdites nébuleuses en faisaient-elles partie ou était-il la réunion de très nombreuses îles stellaires, copies conformes de la Voie Lactée ? L’Univers détenait toujours la clé du mystère. On persistait donc à en débattre, et c’était à qui percerait ce secret ancestral. Une question subsidiaire concernait la détermination de sa taille, mais, là encore, la méconnaissance des grandes distances empêchait toute évaluation sérieuse. Un face-à-face allait devenir emblématique dans le cadre de cette polémique. Tenue en avril 1920 à Washington et connue dans l’histoire sous le nom de Grand Débat, la rencontre opposa deux champions aux thèses profondément antagonistes. Bien qu’elle ne tînt pas toutes ses promesses et qu’elle n’apportât pas de conclusion définitive, elle symbolise aujourd’hui encore la controverse par excellence, une controverse où l’enjeu ne fut rien moins que l’Univers tout entier. L’Univers en débat !

Hale, vigie du cosmos et parrain de notre conception de l’Univers

Derrière le Grand Débat, il y eut un homme, George Ellery Hale. Fils de William Ellery Hale, un industriel qui fit fortune en construisant des ascenseurs pour gratte-ciel et autres édifices hors normes comme la Tour Eiffel, le jeune George eut très vite l’occasion de se familiariser avec microscopes et télescopes, ce qui ne manqua pas d’orienter un jour ses choix professionnels. Jamais on ne vit garçon aussi jeune s’employer à disperser la lumière à l’aide d’un réseau. Sa curiosité scientifique constamment encouragée par son père était pour lui source de joie et de satisfaction.

Hale sortit diplômé de l’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT) en 1890 et passa par l’observatoire du Harvard College où il fit ses armes comme assistant volontaire. Evelina Conklin sut bien vite qu’en épousant George Hale, elle aurait en l’astronomie une rivale. C’est ainsi que, durant leur lune de miel, elle ne put échapper à la visite de l’observatoire Lick, près de San Francisco. Sans doute se fit-elle la réflexion que le télescope Crossley, pour réputé qu’il fût, ne remplacerait pas les gondoles de Venise. George eut un autre bonheur après avoir achevé ses études. Son père lui construisit un observatoire privé tout près de la résidence familiale à Kenwood et le pourvut d’un télescope de 30 cm. Hale compléta son équipement d’origine par le spectrohéliographe4 qu’il avait inventé étant encore étudiant. Sa passion pour le Soleil avait pris racine. L’accumulation de tous ses instruments enrichira, un jour, les collections de l’université de Chicago. Parallèlement, et très tôt dans sa carrière, il eut à cœur de promouvoir la fondation d’observatoires, d’abord à Yerkes puis au Mont Wilson et pour finir au Mont Palomar. Les deux derniers devaient marquer l’astronomie du XXe siècle par leurs contributions décisives.

Image 9

George Hale à son bureau du Monastère, au Mont Wilson, et son observatoire privé à Kenwood
(Crédit : Special Collections Research Center, University of Chicago Library)