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Observatoire de Paris
2023-06-18T20:08:12Z
tag:theconversation.com,2011:article/206575
2023-06-18T20:08:12Z
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Why is the sky dark at night? The 200-year history of a question that transformed our understanding of the Universe
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/528678/original/file-20230527-19-36mvgt.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C0%2C3390%2C2841&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">
</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://esawebb.org/images/potm2301a/">ESA/Webb, NASA & CSA, A. Martel</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>As dawn rose over the German city of Bremen on May 7 1823, <a href="https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-1-4419-9917-7_1031">Heinrich Olbers</a> put the finishing touches to an article that left his name in history. After the deaths of his wife and daughter, Dr Olbers had recently given up his work as an opthalmologist to devote himself to his nocturnal passions: the stars, the Moon, meteorites and comets. </p>
<p>Like many of his peers, Olbers trained himself in astronomy. He gained a <a href="https://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_27/July_1885/Some_Self-Made_Astronomers">solid reputation</a> in the academic world and spent long nights observing the sky from the observatory on the second floor of his house.</p>
<p>On that morning, Olbers had come to a strange conclusion: based on all that was known about the Universe at that time, the night sky should not have been dark. In fact, the entire heavens should have been glowing as brightly as the Sun.</p>
<p>Olbers was <a href="https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1990IAUS..139....3H/abstract">not the first</a> to note this paradox. But his name is the one we attach to it today. The enigma of the night sky’s darkness has echoed down the centuries from Olbers and the poet Edgar Allan Poe to 20th-century astronomers and space probes today.</p>
<h2>Finite light in an infinite Universe</h2>
<p>Like many of his contemporaries, Olbers followed <a href="https://doi.org/10.1063/1.881049">Isaac Newton and René Descartes</a> in believing the Universe was infinite.</p>
<p>If the Universe were finite and static, the force of gravity should draw all the stars together at a central point. But if the Universe stretched on forever, gravitational forces would on average be balanced in all directions. </p>
<p>But Olbers realised this model of the cosmos was inconsistent with observations. In a limitless Universe filled with an infinite number of stars, wherever we look at night our gaze should land on the surface of a star, in much the same way as every line of sight in a forest ends at a tree.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/528760/original/file-20230529-17-zhp9e7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="A photo of densely packed tree trunks in a forest" src="https://images.theconversation.com/files/528760/original/file-20230529-17-zhp9e7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/528760/original/file-20230529-17-zhp9e7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/528760/original/file-20230529-17-zhp9e7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/528760/original/file-20230529-17-zhp9e7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/528760/original/file-20230529-17-zhp9e7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/528760/original/file-20230529-17-zhp9e7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/528760/original/file-20230529-17-zhp9e7.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">In an infinite forest, every line of sight leads to a tree trunk. In an infinite Universe, is the same true for stars?</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://pxhere.com/fr/photo/1273647">PXHere</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>This is the problem Olbers raised in his <a href="https://www.biodiversitylibrary.org/page/2471191#page/163/mode/1up">paper</a> of May 7 1823: the cosmological model of the time suggested every point in the sky should be as bright as the surface of the Sun. There should be no night.</p>
<p>Olbers proposed a solution: the light from more distant stars was absorbed by dust or other material floating in space. The English astronomer John Herschel later pointed out this couldn’t be right, because anything absorbing that much light would eventually heat up enough to glow.</p>
<p>When Olbers died on March 2 1840, at the age of 81, the riddle we know today as Olbers’ paradox was unsolved.</p>
<h2>A poet’s intuition</h2>
<p>Eight years later, on the other side of the Atlantic Ocean, poet and writer Edgar Allan Poe <a href="https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1994QJRAS..35..177C">thought he had found an answer</a>. On February 3 1848, he gave a public lecture about his ideas to 60 people at the New York Society Library.</p>
<p>Veering between metaphysics and science, Poe argued the cosmos had emerged from a single state of matter (“Oneness”) that fragmented and dispersed under the action of a repulsive force.</p>
<p>This meant the Universe was a finite sphere of matter. If the finite universe is populated by a sufficiently small number of stars, then we won’t see one in every direction we look. The night can be dark again. </p>
<p>Even if we assume the Universe is infinite, if it began at some point in the past then the <a href="https://academic.oup.com/book/32357">time taken by light to reach us</a> would limit the size of the amount of the Universe we can see. This travel time would create a horizon beyond which distant stars would remain inaccessible. </p>
<p>Poe’s audience at the New York Society Library did not give him the rapturous reception he had hoped for. Later the same year, he published his theories in the prose poem <a href="https://www.eapoe.org/works/editions/eurekac.htm">Eureka</a>, which was little circulated.</p>
<p>The following year, on October 7 1849, Poe died at the age of 40. It would be more than a century before scientists confirmed his intuitions about the enigma of the dark night sky.</p>
<h2>Two and a half facts</h2>
<p>In the first half of the 20th century many new theories of the cosmos were developed, spurred on by Einstein’s theory of general relativity, which explained gravity, space and time in new ways. In the second half of the century, these cosmological theories began to be tested with observations.</p>
<p>In 1963, <a href="https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1993QJRAS..34..157L">British astronomer Peter Scheuer</a> argued that cosmology was based on only “two and a half facts”: </p>
<ul>
<li>fact 1: the night sky is dark, which had been known for some time</li>
<li>fact 2: galaxies are <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law">moving away from each other</a>, as shown by Hubble’s observations published in 1929</li>
<li>fact 2.5: the content of the Universe is probably evolving as cosmic time unfolds. </li>
</ul>
<p>Strong controversies on the interpretation of facts 2 and 2.5 agitated the scientific community in the 1950s and 1960s. Was the Universe essentially stationary, or had it begun in an enormous explosion – a Big Bang? Supporters of both sides conceded, however, they needed to explain the darkness of the night sky. </p>
<h2>The lifetime of stars</h2>
<p>British cosmologist Edward Harrison <a href="https://www.nature.com/articles/204271b0">resolved the conflict</a> in 1964. He showed that the main factor determining the brightness of the night sky is actually the finite age of the stars. </p>
<p>The number of stars in the observable Universe is <a href="https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Herschel/How_many_stars_are_there_in_the_Universe">extremely large</a>, but it is finite. This limited number, each burning for a limited time, spread over a gigantic volume, lets darkness manifest itself between the stars. </p>
<p>Harrison later <a href="https://www.nature.com/articles/322417a0">realised</a> this solution had already been proposed not only by Edgar Allan Poe, but by British physicist Lord Kelvin in 1901. </p>
<p>Observations in the 1980s confirmed the resolution proposed by Poe, Kelvin and Harrison. Olbers’ paradox had <a href="https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/1986SSRv...44..169W/ADS_PDF">finally been put to rest</a>.</p>
<h2>Fossil light</h2>
<p>Or perhaps not quite. Viewed from a different angle, there is another resolution to the paradox: the night sky is not actually so dark after all. </p>
<p>After the discovery of the expansion of the Universe in the late 1920s, scientists realised the Universe could have started off extremely compact, dense and hot. This is the “hot Big Bang” model we have today.</p>
<p>One core prediction of this model is the existence of “fossil light” released in the cosmic dawn. This fossil light should be observable today – but not with the naked eye, as the expanding Universe would have shifted it to longer wavelengths. </p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/528761/original/file-20230529-19-ipn9fu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/528761/original/file-20230529-19-ipn9fu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=323&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/528761/original/file-20230529-19-ipn9fu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=323&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/528761/original/file-20230529-19-ipn9fu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=323&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/528761/original/file-20230529-19-ipn9fu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=406&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/528761/original/file-20230529-19-ipn9fu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=406&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/528761/original/file-20230529-19-ipn9fu.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=406&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">When seen via microwave radiation, the sky is dominated by our Milky Way galaxy. But behind it we can see the fainter glow of the cosmic microwave background.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.jpl.nasa.gov/images/pia13239-plancks-view-of-the-whole-sky">ESA, HFI & LFI consortia</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>This radiation – the cosmic microwave background – was <a href="https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1965ApJ...142..419P/abstract">detected in 1964</a>. Now measured with <a href="https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833880">exquisite accuracy</a>, the cosmic background radiation is the most common light in the Universe. </p>
<p>We now know the cosmos is also illuminated by <a href="https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1967ApJ...148..377P">a second, much fainter background light</a>, produced by galaxies as they form and evolve. This light is referred to as the cosmic ultraviolet, optical and infrared background. </p>
<p>So we can also answer Olbers’ paradox by saying the sky is not dark, but faintly glimmers with the <a href="https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0003702818767133">dim relic radiation</a> of all that has been over the finite lifetime of the Universe.</p>
<h2>New answers, new questions</h2>
<p>In 2023, Olbers’ paradox has evolved into a rich field of research. In our own work, we carry out ever-more precise measurements of the brightness of the night sky, and simulate the stars of the cosmos with supercomputers. We can now determine the <a href="https://academic.oup.com/mnras/article/503/2/2033/6152275">number of stars</a> in the sky with great accuracy. </p>
<p>Nevertheless, puzzles remain. Last year the New Horizons space probe, out beyond the orbit of Pluto and away from the dust of the inner Solar System, found the sky is <a href="https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac573d/pdf">twice as bright</a> as we expected it to be.</p>
<p>And so the question of the darkness of the sky lives on, crossing ages and cultures.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/206575/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Jonathan Biteau receives funding from University Paris-Saclay, CNRS (Centre National de la Recherche) and ANR (Agence National de la Recherche). </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Alberto Domínguez receives funding from Ministerio de Ciencia e Innovación (Spain) and Banco Santander - Universidad Complutense de Madrid.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>David Valls-Gabaud receives funding from the CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) and CNES (Centre National d'Etudes Spatiales).</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>José Fonseca receives funding from Fundação para a Ciência e Tecnologia. </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Juan Garcia-Bellido receives funding from MICINN (Spain) through various research projects.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Simon Driver receives funding from the Australian Research Council which supports studies of the Extragalactic Background Light (EBL). Simon is also a member of the Hubble Space Telescope SkySURF program (measuring the EBL) and a member of the Messier team (a potential space mission which includes, as part of its science case, studies of the EBL).</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Hervé Dole does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.</span></em></p>
The darkness of the night sky seems so obvious as to need no explanation – yet it has intrigued and baffled scientists for centuries.
Jonathan Biteau, Maître de conférence en physique des astroparticules, Université Paris-Saclay
Alberto Domínguez, Investigador en Astrofísica, Universidad Complutense de Madrid
David Valls-Gabaud, Astrophysicien, Directeur de recherches au CNRS, Observatoire de Paris
Hervé Dole, Astrophysicien, Professeur, Vice-président, art, culture, science et société, Université Paris-Saclay
José Fonseca, Assistant Research, Universidade do Porto
Juan Garcia-Bellido, Catedratico de Fisica Teórica, Universidad Autónoma de Madrid
Simon Driver, ARC Laureate Fellow and Winthrop Research Professor at the International Centre for Radio Astronomy Research, UWA., The University of Western Australia
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/206809
2023-06-01T16:48:44Z
2023-06-01T16:48:44Z
¿Por qué la noche es oscura si hay infinitas estrellas? Se cumplen 200 años de la paradoja de Olbers
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/529542/original/file-20230601-25-pr7e4i.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C0%2C2530%2C1672&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">
</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.shutterstock.com/es/image-photo/night-sky-375905686">underworld/Shutterstock</a></span></figcaption></figure><p>El día amanece, un 7 de mayo de 1823. Desde el segundo piso de su casa, convertida en observatorio <em>amateur</em>, <a href="https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-0-387-30400-7_1031">Heinrich Olbers</a> da los últimos retoques al artículo con el que dejará su nombre en la historia. Aquella noche histórica terminó con un magnífico amanecer, y condujo a la revelación de una paradoja. Esta paradoja, <a href="https://adsabs.harvard.edu/full/1990IAUS..139....3H">que otros ya habían señalado antes</a>, cautivará a generaciones de investigadores y neófitos (entre ellos el poeta Edgar Allan Poe) durante los siglos venideros. ¿Por qué las noches son oscuras si hay un número infinito de estrellas?</p>
<h2>La pérdida del infinito</h2>
<p>La visión de un universo eterno e ilimitado, compartida por Olbers y sus contemporáneos, implicaba que el cielo debería estar poblado por un mar también infinito de estrellas. Pero en aquella feliz madrugada Olbers se dio cuenta de que, ante infinitas estrellas, no importa en qué dirección apuntemos nuestros ojos o telescopios: la mirada siempre interceptaría una de ellas. </p>
<p>Olbers, que había cesado su trabajo de oftalmólogo en 1820 para dedicarse exclusivamente a la astronomía, planteó a la comunidad científica, el 7 de mayo de 1823, la emocionante paradoja que lleva su nombre. Plantea que el modelo cosmológico de la época sugiere que cada punto del cielo debería ser tan brillante como la superficie del sol. La noche, por tanto, no sería oscura. Cada vez que miramos al cielo deberíamos estar cegados por la luz del infinito mar de estrellas. </p>
<h2>En busca de explicaciones</h2>
<p>Olbers buscó razones por las que esto no sucede. Planteó que la luz de las estrellas era absorbida por el polvo interestelar que encontraba en su camino hasta la Tierra, y que cuanto mayor es la distancia que nos separa de la estrella, mayor sería la absorción.</p>
<p>Pero el astrónomo <a href="https://es.wikipedia.org/wiki/John_Herschel">John Herschel</a> tiró abajo el argumento. Herschel demostró que cualquier medio absorbente que llene el espacio interestelar eventualmente se calentaría y volvería a irradiar la luz recibida. Por tanto, el cielo seguiría siendo luminoso.</p>
<p>La comunidad científica dejó sin resolver la paradoja planteada por Heinrich Olbers hasta su último suspiro a los 81 años, el 2 de marzo de 1840. </p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/529359/original/file-20230531-8916-xt3dun.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/529359/original/file-20230531-8916-xt3dun.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/529359/original/file-20230531-8916-xt3dun.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=405&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/529359/original/file-20230531-8916-xt3dun.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=405&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/529359/original/file-20230531-8916-xt3dun.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=405&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/529359/original/file-20230531-8916-xt3dun.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=508&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/529359/original/file-20230531-8916-xt3dun.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=508&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/529359/original/file-20230531-8916-xt3dun.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=508&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Muchas estrellas y galaxias sobre un fondo oscuro, según las imágenes del JWST. E.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://esawebb.org/images/potm2301a/">SA/Webb, NASA & CSA, A. Martel</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Un enigma para Edgar Allan Poe</h2>
<p>Ocho años más tarde, al otro lado del Océano Atlántico, el 3 de febrero de 1848, Edgar Allan Poe, famoso tras la publicación de <em>El Cuervo</em>, presentaba su <a href="https://ia803003.us.archive.org/22/items/poe_20190627/poe.pdf"><em>Cosmogonía del Universo</em></a> en
la Biblioteca de la Sociedad de Nueva York (como hizo con su poema <em>Eureka</em>). Poe estaba convencido de haber resuelto el enigma popularizado por Olbers, <a href="https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011IAUS..260..315C/abstract">como afirmaba en su correspondencia</a>. </p>
<p>Para empezar, Poe propuso, al contrario que el filósofo Immanuel Kant y que el astrónomo matemático Pierre-Simon Laplace, que el cosmos había surgido de un único estado de materia (“Unidad”) que se fragmentó, y cuyos restos se dispersaron bajo la acción de una fuerza repulsiva. </p>
<p>El universo estaría entonces limitado a una esfera finita de materia. Si el universo finito está poblado por un número suficientemente pequeño de estrellas, entonces no hay razón para encontrar una en todas las direcciones que observamos. La noche puede volver a ser oscura. </p>
<p>Poe también encontró salida a la paradoja, aunque el universo fuera finito: si suponemos que la extensión de la materia es infinita, que el universo comenzó en algún instante en el pasado, entonces el tiempo que tarda la luz en llegar a nosotros <a href="https://www.researchgate.net/publication/336792824_Lightspeed_The_Ghostly_Aether_and_the_Race_to_Measure_the_Speed_of_LightThe_Ghostly_Aether_and_the_Race_to_Measure_the_Speed_of_Light">limitaría el volumen del universo observable</a>. </p>
<p>Este intervalo de tiempo constituiría un horizonte más allá del cual las estrellas lejanas permanecerían inaccesibles, incluso para nuestros telescopios más potentes. </p>
<p>Edgar Allan Poe murió un año después, el 7 de octubre de 1849, a los 40 años, sin saber que sus intuiciones resolvieron el enigma científico del cielo nocturno oscuro más de un siglo después de que él las planteara.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/529360/original/file-20230531-19-hn60tq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/529360/original/file-20230531-19-hn60tq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/529360/original/file-20230531-19-hn60tq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=300&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/529360/original/file-20230531-19-hn60tq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=300&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/529360/original/file-20230531-19-hn60tq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=300&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/529360/original/file-20230531-19-hn60tq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=377&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/529360/original/file-20230531-19-hn60tq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=377&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/529360/original/file-20230531-19-hn60tq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=377&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Misión Planck: La imagen más detallada de la historia de la radiación cósmica de fondo: los vestigios del Big Bang.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.esa.int/Space_in_Member_States/Spain/Mision_Planck_Presentacion_de_la_imagen_mas_detallada_de_la_historia_de_la_radiacion_cosmica_de_fondo_los_vestigios_del_Big_Bang">Planck Collaboration / ESA</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Los “dos hechos y medio” para explicar el cosmos</h2>
<p>En el período de entreguerras surgieron múltiples teorías del cosmos, basadas en la relatividad general de Einstein. Además, el campo de la cosmología, hasta entonces reservado en gran parte a los metafísicos y filósofos, comenzó a ser puesto a prueba por las observaciones. Según el radioastrónomo Peter Scheuer, <a href="https://adsabs.harvard.edu/full/1993QJRAS..34..157L">la cosmología en 1963 se basaba sólo en “dos hechos y medio”</a>: </p>
<ul>
<li><p>Hecho 1: el cielo nocturno es oscuro, algo que se sabe desde siempre.</p></li>
<li><p>Hecho 2: las galaxias se están alejando las unas de las otras, como intuyó Georges Lemaître y como mostraron las observaciones de <a href="https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.15.3.168">Hubble, publicadas en 1929</a>. </p></li>
<li><p>Hecho 2.5: el contenido del universo probablemente está evolucionando a medida que se desarrolla el tiempo cósmico.</p></li>
</ul>
<p>La interpretación de los hechos 2 y 2.5 despertó grandes controversias en la comunidad científica en las décadas de 1950 y 1960. Los partidarios del modelo estacionario del universo y los partidarios del modelo del <em>big bang</em> admitieron, sin embargo, que fuera cual fuera el modelo correcto tenía que <a href="https://www.abebooks.com/first-edition/Cosmology-Cambridge-Monographs-Physics-H-Bondi/31102578219/bd">explicar la oscuridad del cielo nocturno</a>. </p>
<p>El cosmólogo <a href="https://pubs.aip.org/physicstoday/article-abstract/21/6/31/426360/The-early-universeWhat-was-the-universe-like-when?redirectedFrom=fulltext">Edward Harrison resolvió el conflicto en 1964</a>. </p>
<h2>Que la paradoja descanse en paz</h2>
<p>Desde el Laboratorio Rutherford de Altas Energías, cerca de Oxford, Harrison demostró que el número de estrellas en el universo observable es finito. Aunque <a href="https://www.agenciasinc.es/Noticias/Triplican-el-numero-de-estrellas-del-universo">son muy numerosas</a>, se forman en cantidades limitadas a partir del gas contenido en las galaxias. Este número limitado, combinado con el gigantesco volumen que hoy cubre la materia del universo, hace que la oscuridad se manifieste entre las estrellas. </p>
<p>En la década de 1980 los astrónomos confirmaron la resolución propuesta por Poe, Kelvin y Harrison. Algunos, como <a href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00227231">Paul Wesson, incluso formularon el deseo de que la paradoja de Olbers finalmente descanse en paz</a>. </p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/529368/original/file-20230531-23-6du38c.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/529368/original/file-20230531-23-6du38c.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/529368/original/file-20230531-23-6du38c.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/529368/original/file-20230531-23-6du38c.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/529368/original/file-20230531-23-6du38c.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/529368/original/file-20230531-23-6du38c.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/529368/original/file-20230531-23-6du38c.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/529368/original/file-20230531-23-6du38c.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">En medio de un denso bosque, los troncos de los árboles se ven en todas direcciones.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://pxhere.com/fr/photo/1273647">Pxhere</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Un cielo dos veces más brillante más allá de Plutón</h2>
<p>Pero las buenas paradojas nunca mueren del todo. </p>
<p>Las medidas recientes de la sonda New Horizons, en una órbita situada más allá de Plutón y más allá del polvo del sistema solar interior, indican que <a href="https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac573d">el cielo es dos veces más brillante de lo que predecimos sólo en base a las estrellas</a>. Esta vez, o faltan estrellas o hay luz que no vemos. ¿Se trata de un nuevo fondo cósmico? </p>
<p>La cuestión de la oscuridad del cielo permanece pues vigente, y es de gran actualidad científica, 200 años después de que Olbers se planteará por primera vez la oscuridad de la noche y las infinitas estrellas.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/206809/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Alberto Domínguez recibe fondos del Ministerio de Ciencia e Innovación (España) y Banco Santander - Universidad Complutense de Madrid.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>David Valls-Gabaud recibe fondos del CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) y del CNES (Centre National d'Etudes Spatiales).</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Jonathan Biteau recibe fondos de la Université Paris-Saclay, del CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) y de la ANR (Agence Nationale de la Recherche). </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>José Fonseca recibe fondos de Fundação para a Ciência e Tecnologia. </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Juan Garcia-Bellido recibe fondos del MICINN asociado a proyectos de investigacion competitivos.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Hervé Dole y Simon Driver no reciben salarios, ni ejercen labores de consultoría, ni poseen acciones, ni reciben financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y han declarado carecer de vínculos relevantes más allá del puesto académico citado.</span></em></p>
¿Por qué la noche es oscura si hay infinitas estrellas? Hace ahora 200 años que Heinrich Olbers se hizo esta pregunta. La paradoja de Olbers se ha discutido desde entonces. Incluso Edgar Allan Poe buscó respuesta a una de las preguntas más hermosas de la ciencia.
Alberto Domínguez, Investigador en Astrofísica, Universidad Complutense de Madrid
David Valls-Gabaud, Astrophysicien, Directeur de recherches au CNRS, Observatoire de Paris
Hervé Dole, Astrophysicien, Professeur, Vice-président, art, culture, science et société, Université Paris-Saclay
Jonathan Biteau, Maître de conférence en physique des astroparticules, Université Paris-Saclay
José Fonseca, Assistant Research, Universidade do Porto
Juan Garcia-Bellido, Catedratico de Fisica Teórica, Universidad Autónoma de Madrid
Simon Driver, ARC Laureate Fellow and Winthrop Research Professor at the International Centre for Radio Astronomy Research, UWA., The University of Western Australia
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/204470
2023-05-01T17:15:22Z
2023-05-01T17:15:22Z
Pourquoi la nuit est-elle noire ? On se pose la question depuis 200 ans
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/523320/original/file-20230427-14-baf2hy.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Une nuit étoilée défile sous nos yeux... Cependant le fond de ciel est bel et bien noir. Ou l'est-il vraiment ?</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://pxhere.com/fr/photo/712354">pxhere.com</a></span></figcaption></figure><p>Le jour se lève en ce 7 mai 1823. Du deuxième étage de sa maison, aménagé en observatoire amateur, <a href="https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-1-4419-9917-7_1031https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-1-4419-9917-7_1031">Heinrich Olbers</a> met un point un final à l’article qui laissera son nom dans l’histoire. À 65 ans, il se consacre entièrement à ses passions nocturnes : les étoiles, la lune, les astéroïdes et les comètes. Cette nuit-là s’achève par un magnifique lever de soleil. Elle se solde aussi par la mise au jour d’un paradoxe. Ce paradoxe captivera des générations de chercheurs et de néophytes pendant des siècles.</p>
<p>Comme de nombreux savants depuis <a href="https://pubs.aip.org/physicstoday/article/39/2/24/404182/Newton-and-the-Infinite-UniverseNewton-said-that">Newton et Descartes</a>, Heinrich Olbers ne pouvait se satisfaire d’un univers fini. Dans un monde limité et statique, l’attraction gravitationnelle entre les étoiles les conduirait à se rapprocher, jusqu’à ce qu’elles se rencontrent au centre de l’univers.</p>
<p>Au contraire, si la matière s’étendait à l’infini, la masse des étoiles lointaines contrebalancerait l’attraction gravitationnelle des étoiles plus proches. Ainsi, la vision d’un univers éternel et illimité, partagée par Olbers et ses contemporains, suggérait que les cieux soient peuplés d’un nombre infini d’étoiles.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=405&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=405&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=405&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=508&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=508&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/523274/original/file-20230427-608-f9h7w9.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=508&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">De nombreuses étoiles et galaxies sur un fond obscur, telles qu’imagées par l’observatoire spatial JWST en 2023. Crédit : ESA/Webb, NASA & CSA, A. Martel.</span>
<span class="attribution"><span class="source">ESA/Webb, NASA & CSA, A. Martel</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Mais Heinrich Olbers s’est rendu compte que ce modèle du cosmos ne reflétait pas les observations. Si notre univers sans limites était peuplé d’un nombre infini d’étoiles, quelle que soit la direction vers laquelle nous dirigeons nos yeux ou nos télescopes, notre regard devrait intercepter la surface d’une étoile.</p>
<p>Dans <a href="https://www.abebooks.com/first-edition/Paradox-Olbers-Case-History-Scientific-Thought/30723776579/bd">son article</a> soumis le 7 mai 1823, le docteur soulève une grave question : le modèle cosmologique de l’époque devrait conduire à ce que chaque point du ciel soit aussi brillant que la surface du soleil. Il ne devrait pas y avoir de nuit. Chaque fois que nous regardons le ciel, nous devrions être aveuglés par la lumière d’un océan infini d’étoiles.</p>
<p>Ce paradoxe de la nuit noire s’expliquerait, selon Olbers, par l’absorption croissante de la lumière des étoiles de plus en plus lointaines. Cet argument sera plus tard réfuté par l’astronome John Herschel. Tout milieu absorbant emplissant continûment l’espace interstellaire finit par se réchauffer et par réémettre la lumière reçue. La communauté scientifique laissera l’énigme soulevée par Heinrich Olbers irrésolue jusqu’à son dernier souffle à l’âge de 81 ans, le 2 mars 1840.</p>
<h2>Quand un poète s’en mèle</h2>
<p>Nous voici 8 ans plus tard, de l’autre côté de l’océan Atlantique. Le 3 février 1848, ce n’est pas un scientifique, mais bien le poète Edgar Allan Poe qui s’apprête à discuter du paradoxe à la New York Society Library.</p>
<p>Poe est convaincu d’avoir résolu l’énigme popularisée par Olbers, comme il l’indique <a href="https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011IAUS..260..315C/abstract">dans sa correspondance</a>. Seule une soixantaine de personnes est réunie à la New York Society Library pour la présentation de La Cosmogonie de l’Univers par Edgar Allan Poe. L’auditoire est familier des travaux du célèbre poète depuis la parution du Corbeau en 1845, mais, en ce 3 février, le public reste interdit face à un exposé qui oscille entre métaphysique et science.</p>
<p>Poe suggère, contrairement au philosophe Emmanuel Kant et au mathématicien Pierre-Simon Laplace, que l’univers ne s’est pas formé par la contraction d’une nébuleuse de gaz en rotation (la rotation pouvant contrebalancer l’attraction vers le centre). Au contraire, le cosmos aurait émergé d’un état unique de la matière (“Oneness”) qui s’est fragmenté et dont les débris se sont dispersés sous l’action d’une force répulsive.</p>
<p>L’univers se limiterait alors à une sphère finie de matière. Si l’univers fini est peuplé d’un nombre suffisamment faible d’étoiles, il n’y a pas de raison d’en trouver une dans chaque direction que nous observons. La nuit peut être noire.</p>
<p>Même si l’on suppose que l’étendue de la matière est infinie, le <a href="https://www.researchgate.net/publication/336792824_Lightspeed_The_Ghostly_Aether_and_the_Race_to_Measure_the_Speed_of_LightThe_Ghostly_Aether_and_the_Race_to_Measure_the_Speed_of_Light">temps mis par la lumière</a> pour parvenir jusqu’à nous depuis la création du cosmos limiterait le volume de l’univers observable. Ce temps de parcours constituerait un horizon au-delà duquel les étoiles distantes resteraient inaccessibles, même à nos télescopes les plus puissants. L’essai de Poe est publié la même année sous la forme du poème en prose Eureka. Peu diffusé, l’essai de Poe ne trouvera pas l’accueil grandiose que son auteur lui destinait. Edgar Allan Poe meurt un an plus tard, le 7 octobre 1849 à l’âge de 40 ans, sans savoir que ses intuitions mettraient plus d’un siècle à résoudre l’énigme scientifique du ciel nocturne.</p>
<h2>Vision contemporaine</h2>
<p>La seconde moitié du XIX<sup>e</sup> siècle passe, ainsi que la première moitié du 20<sup>e</sup>. L’entre-deux-guerres voit l’avènement de multiples théories du cosmos, fondées sur la relativité générale d’Einstein. Le domaine de la cosmologie, jusqu’alors largement laissé aux métaphysiciens et aux philosophes, commence à être mis à l’épreuve par les observations.</p>
<p>Selon le radioastronome Peter Scheuer, la cosmologie en 1963 ne repose cependant que sur “deux faits et demi”. Fait N°1, le ciel nocturne est noir, ce qu’on savait depuis un certain temps. Fait N°2, les galaxies s’éloignent les unes des autres comme le montrent les observations publiées par Hubble en 1929. Fait N°2.5, le contenu de l’univers évolue probablement au fil du temps cosmique.</p>
<p>De vives controverses sur l’interprétation des faits N°2 et N°2.5 agitent la communauté scientifique dans les années 1950 et 1960. Les partisans du modèle stationnaire de l’univers et les tenants du modèle du Big-Bang concèdent cependant tous devoir <a href="https://www.abebooks.com/first-edition/Cosmology-Cambridge-Monographs-Physics-H-Bondi/31102578219/bd">expliquer l’obscurité du ciel nocturne</a>.</p>
<p>Le physicien des hautes énergies Edward Harrison <a href="https://www.abebooks.com/first-edition/Cosmology-Cambridge-Monographs-Physics-H-Bondi/31102578219/bd">résout le conflit</a> entre les communautés en 1964. Depuis le laboratoire Rutherford des hautes énergies, dans la campagne londonienne, Harrison démontre que la brillance du ciel nocturne dépend peu des spécificités du modèle cosmologique par rapport à l’âge fini des étoiles. Le nombre d’étoiles dans l’univers observable est fini. Bien qu’elles soient nombreuses, les étoiles se sont formées en nombre limité à partir du gaz contenu dans les galaxies.</p>
<p>Ce nombre limité, combiné au volume gigantesque que couvre aujourd’hui la matière dans l’univers, laisse l’obscurité transparaître entre les étoiles. Au cours de sa carrière d’astronome et de cosmologue aux États-Unis, Edward Harrison se rendra compte que cette solution avait déjà été proposée par <a href="https://www.nature.com/articles/322417a0">Kelvin en 1901 et par Edgar Allan Poe</a> dans ses discussions métaphysiques.</p>
<p>Dans les années 1980, après avoir tordu le cou aux dernières théories stationnaires de l’univers et contrecarré les arguments fallacieux sur le paradoxe d’Olbers, les astronomes confirment la résolution proposée par Poe, Kelvin et Harrison. Certains, <a href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF00227231">comme Paul Wesson</a>, formulent même le vœux que le paradoxe d’Olbers repose enfin en paix.</p>
<h2>Autre point de vue scientifique contemporain</h2>
<p>Vu sous un angle différent, le paradoxe d’Olbers trouve une formulation et une résolution complémentaires. Après la découverte de l’expansion de l’univers dans les années 1920, les scientifiques ont réalisé, non sans controverses et rectifications, que l’univers primitif était plus compact, plus dense et plus chaud : c’est le modèle du big bang chaud.</p>
<p>L’une des principales prédictions de ce modèle était l’existence d’une lumière fossile émise au cours des premières phases de l’évolution tumultueuse de l’univers. Cette lumière fossile devrait être observable aujourd’hui, non pas dans le domaine visible, mais décalée vers des longueurs d’onde plus grandes en raison de l’expansion.</p>
<p>Ce rayonnement a été découvert en 1964 et porte le nom de <a href="https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1965ApJ...142..419P/abstract">fond diffus cosmologique</a>. Aujourd’hui mesuré avec une <a href="https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2020/09/aa33880-18/aa33880-18.html">précision remarquable</a>, le fond diffus cosmologique est la première source de lumière dans l’univers, bien qu’il soit invisible à nos yeux.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="Planck’s view of the cosmic microwave background" src="https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/523321/original/file-20230427-18-lsxh8u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Le fond cosmologique fossile observé par le satellite Planck. Dernière analyse de 2018.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Planck Collaboration/ESA</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Nous savons aujourd’hui que le cosmos est également baigné d’un <a href="https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2006/20/aa4446-05/aa4446-05.html">second fond diffus</a>, beaucoup plus ténu, produit par les générations de galaxies au cours de leur formation et de leur évolution. Suivant la région du spectre où cette lumière est la plus intense, on parle de fond cosmique ultraviolet, optique et infrarouge. En considérant ces fonds diffus, nous pouvons également répondre que la <a href="https://www.lemonde.fr/idees/article/2012/06/25/non-la-nuit-n-est-pas-noire_1723675_3232.html">nuit n’est pas noire</a> et que le ciel luit du faible rayonnement relique de tout ce qui a été au cours de la durée de vie limitée de l’Univers.</p>
<h2>Bicentenaire et forêts</h2>
<p>Cette année, nous célébrons le bicentenaire de la publication du paradoxe d’Olbers, une étape marquante dans l’histoire de la cosmologie et dans la conception que l’humanité a du monde. L’obscurité du ciel nocturne confronte chacun et chacune d’entre nous à la finitude du nombre d’étoiles dans l’univers et à la notion que notre univers a eu un commencement.</p>
<p>Ce paradoxe peut toujours être un sujet de discussion avec vos amis. Vous pouvez suggérer la réflexion suivante. Imaginez-vous au milieu d’une forêt, très grande et très dense. Tournons sur nous-mêmes : quelle que soit la direction dans laquelle nous regardons, nous apercevons un tronc d’arbre. Mais alors, si les arbres sont les étoiles et si la forêt est l’univers, comment se fait-il que le ciel ne soit pas entièrement couvert d’étoiles ?</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/523317/original/file-20230427-20-dbvlau.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=502&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Au milieu d’une forêt dense, des troncs d’arbres sont visibles dans chaque direction. Image tirée de pxhere.com.</span>
<span class="attribution"><span class="source">pxhere.com</span></span>
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<p>De notre côté, nous nous efforçons de simuler la forêt avec des supercalculateurs et de compter les troncs d’arbres avec nos télescopes. Le paradoxe d’Olbers en 2023 (soit 200 ans après le 7 mai 1823) s’est transformé en un riche éventail de mesures de plus en plus précises de la luminosité du ciel nocturne, nous permettant de déterminer le nombre d’étoiles dans le ciel avec une <a href="https://arxiv.org/abs/2102.12323">précision de 5 %</a>. À partir de nos mesures, qui s’étendent désormais des rayons gamma aux ondes radio, nous pouvons reconstituer la chronologie de l’univers. Néanmoins, des énigmes subsistent. Des mesures récentes effectuées par une sonde spatiale profonde, au-delà de l’orbite de Pluton et de la poussière du système solaire, révèlent un ciel <a href="https://arxiv.org/abs/2202.04273">deux fois plus lumineux</a> que ce que nous aurions pu prédire à partir des seules étoiles.</p>
<p>La question de l’obscurité du ciel reste donc bel et bien posée aujourd’hui ! Des questions comme celle-ci traversent les âges et les cultures. Les développements métaphysiques, philosophiques, mathématiques et observationnels des deux derniers siècles ont montré que notre sommeil nocturne repose sur la finitude des ressources nécessaires à la production de lumière dans le cosmos. Nous dormirons d’autant mieux en acceptant que cette finitude s’applique également aux ressources de notre environnement proche.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/204470/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Juan Garcia-Bellido a reçu des financements de MICINN (Espagne). </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>David Valls-Gabaud, Hervé Dole, Jonathan Biteau, José Fonseca et Simon Driver ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur poste universitaire.</span></em></p>
Découvrez le paradoxe d’Olbers : si notre univers est infini alors il devrait y avoir une infinité d’étoiles, donc la nuit, le ciel devrait être brillant.
Jonathan Biteau, Maître de conférence en physique des astroparticules, Université Paris-Saclay
David Valls-Gabaud, Astrophysicien, Directeur de recherches au CNRS, Observatoire de Paris
Hervé Dole, Astrophysicien, Professeur, Vice-président, art, culture, science et société, Université Paris-Saclay
José Fonseca, Assistant Research, Universidade do Porto
Juan Garcia-Bellido, Catedratico de Fisica Teórica, Universidad Autónoma de Madrid
Simon Driver, ARC Laureate Fellow and Winthrop Research Professor at the International Centre for Radio Astronomy Research, UWA., The University of Western Australia
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/199821
2023-02-14T20:32:13Z
2023-02-14T20:32:13Z
À quelle vitesse les étoiles de la galaxie s’éloignent-elles ou se rapprochent-elles de vous ?
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/509775/original/file-20230213-5177-22ckti.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=5%2C8%2C1991%2C988&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Issue du troisième catalogue de données du satellite Gaia sorti en juin 2022, nous montre la vitesse « moyenne » à laquelle 33,8 millions d'étoiles s'approchent ou s'éloignent de nous, en fonction de leur position sur la sphère céleste.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2022/06/Gaia_s_Milky_Way_in_motion">© ESA/Gaia/DPAC</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Les étoiles du ciel sont en mouvement par rapport à nous : certaines s’approchent – ce sont les zones sombres sur l’image ; d’autres s’éloignent – les zones brillantes. Sur cette image, nous voyons toute la sphère céleste. Le centre de notre galaxie, la Voie lactée, est au milieu de la figure, et le disque galactique s’étend horizontalement.</p>
<p>Les couleurs indiquent la vitesse « moyenne » à laquelle 33,8 millions d’étoiles (appartenant très majoritairement à notre Galaxie, qui en contient environ 200 milliards en tout) s’approchent ou s’éloignent de nous.</p>
<h2>Notre Galaxie, la Voie lactée</h2>
<p>La Voie lactée est une galaxie spirale « barrée » : elle a la forme d’un disque d’environ 130 000 années-lumière de diamètre, dont la partie centrale présente un renflement, la barre. Notre système solaire fait partie du disque et se situe à environ 27 000 années-lumière du centre Galactique. Comme nous sommes à l’intérieur la Voie lactée, nous pouvons l’étudier bien plus en détail qu’aucune autre galaxie.</p>
<p>Le satellite Gaia a été lancé il y a près de 10 ans par l’Agence spatiale européenne (ESA). Depuis, il a révolutionné la discipline, qui s’attache à comprendre l’<a href="https://arxiv.org/abs/1802.03414">histoire de notre galaxie</a>, son fonctionnement et <a href="https://arxiv.org/abs/1804.10196">ses interactions avec son environnement</a>.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/la-carte-la-plus-precise-de-la-voie-lactee-senrichit-encore-174347">La carte la plus précise de la Voie Lactée s'enrichit encore</a>
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<p>Gaia est avant tout un satellite « astrométrique » : il mesure de manière répétée les positions des étoiles sur la sphère céleste et il en déduit leurs distances et leurs vitesses transverses (c’est-à-dire leurs vitesses dans le plan perpendiculaire à la ligne de visée). Le troisième catalogue Gaia contenait notamment les distances de près de 1,5 milliard d’étoiles – en comparaison, le satellite Hipparcos, pionnier de l’astrométrie spatiale, avait permis dans les années 90 de déterminer les distances d’environ 118 000 étoiles.</p>
<h2>Certaines étoiles s’éloignent de nous, d’autres s’approchent</h2>
<p>Pour décrire complètement la vitesse d’une étoile, il faut mesurer, en plus de la vitesse transverse, sa vitesse d’éloignement ou de rapprochement par rapport à l’observateur, également appelée « vitesse radiale ».</p>
<p>Gaia effectue cette mesure à l’aide d’un <a href="https://arxiv.org/abs/1804.09369">spectrographe</a>, instrument qui sépare les photons collectés en fonction de leurs longueurs d’onde (leur couleur). En effet, les spectres stellaires présentent des « raies spectrales », produites par les éléments chimiques présents dans les atmosphères des étoiles. Quand une étoile s’éloigne de l’observateur, ses raies sont décalées vers les plus grandes longueurs d’onde, alors que quand elle se rapproche, ses raies sont décalées vers les plus petites longueurs d’onde (c’est l’effet Doppler-Fizeau). On mesure la vitesse radiale en mesurant le décalage des raies spectrales.</p>
<h2>Que nous dit cette carte de notre Galaxie ?</h2>
<p>Tout d’abord, que les étoiles du disque de la Voie lactée sont en rotation autour du centre Galactique (on parle de mouvement de révolution). C’est ce mouvement d’ensemble qui produit l’alternance de zones sombres et brillantes dans la partie médiane de la figure : les étoiles situées dans les zones plus internes de la Galaxie se déplacent sensiblement à la même vitesse que le Soleil sur son orbite autour du centre Galactique (environ 250 kilomètres par seconde), mais sur des orbites plus courtes. Celles derrière nous semblent donc nous rattraper, alors que celles devant nous semblent nous distancer.</p>
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<p>Dans les zones externes, les orbites sont plus longues et le phénomène s’inverse. Les étoiles sur des orbites plus internes mettent en moyenne moins de temps à effectuer une révolution que celles sur des orbites plus externes.</p>
<p>Cette image nous indique également que la Voie lactée n’est pas un système isolé, mais qu’elle est entourée et interagit avec d’autres galaxies proches. Par exemple, les deux zones brillantes dans la partie inférieure droite de l’image sont deux galaxies appelées <a href="https://theconversation.com/en-revant-dans-le-grand-nuage-de-magellan-93336">Grand et Petit Nuages de Magellan</a>. Situées dans notre « proche banlieue », à « seulement » 160 000 et 200 000 années-lumière, leurs vitesses radiales (ils s’éloignent du Soleil à environ 260 et 150 kilomètres par seconde), très différentes de celles des étoiles d’avant plan, les font clairement ressortir par contraste.</p>
<p>La rotation galactique de même que la diversité des objets qui entourent la Voie lactée étaient bien sûr connues avant cette image, même si la rotation est ici représentée avec un nombre d’étoiles bien plus grand que précédemment. Il reste en revanche bien d’autres questions auxquelles ce nouveau catalogue doit, nous l’espérons, apporter des réponses. Comment la barre et les bras spiraux perturbent-ils les déplacements des étoiles ? Combien d’étoiles, aujourd’hui capturées par notre Galaxie, sont nées dans d’autres galaxies ? L’exploitation du troisième catalogue Gaia commence tout juste.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/199821/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>David Katz a reçu des financements de l'Observatoire de Paris, du CNRS-INSU et du CNES. </span></em></p>
La galaxie ne bouge pas d’un bloc. Vues de l’intérieur, là où nous sommes, certaines étoiles se rapprochent et d’autres s’éloignent.
David Katz, Astronome, Observatoire de Paris
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tag:theconversation.com,2011:article/166444
2021-09-20T20:44:04Z
2021-09-20T20:44:04Z
WEAVE : tisser des fibres optiques pour explorer le cosmos
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/421055/original/file-20210914-21-1abwpdi.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C11%2C2556%2C1904&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Le télescope William Herschel accueille un nouvel instrument qui permet d’étudier des milliers d’objets simultanément grâce à ses fibres optiques robotisées.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2019/03/William_Herschel_telescope">2©pem/Wikimedia Commons</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p>Au sommet du Roque de Los Muchachos sur l’île de La Palma aux Canaries, le télescope William Herschel vient d’accueillir son nouveau spectrographe multi-objets. Celui-ci va permettre d’analyser simultanément la lumière d’environ 1000 objets cosmiques répartis à différents endroits du ciel.</p>
<p>Un des huit objectifs de WEAVE est d’étudier les <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Quasar">« quasi-stellar objects »</a>, des noyaux de galaxies qui abritent un trou noir et sont de puissantes sources de rayonnement électromagnétique. Ces objets, observables à de très grandes distances, sont utilisés pour sonder la structure de l’univers à grande échelle, les propriétés des galaxies, et celles du milieu intergalactique dans les premiers trois milliards d’années à partir du Big Bang.</p>
<p>Un autre objectif est d’étudier des objets très proches comme les <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Naine_blanche">naines blanches</a>, des étoiles extrêmement denses. Avec les spectres WEAVE, nous déterminerons les masses et les températures de plus de 100 000 naines blanches, et donc leurs âges grâce à la loi de refroidissement des naines blanches.</p>
<p>Mais c’est le relevé d’« archéologie galactique » qui occupera la majeure partie du temps d’observation de WEAVE : les spectres des étoiles observés nous permettront de mieux comprendre la structure de la Galaxie, sa formation et son évolution au cours des longs 13,5 milliards d’années de son histoire.</p>
<h2>La spectroscopie, ou comment décomposer la lumière des étoiles nous en apprend plus sur le cosmos</h2>
<p>À la fin du XIX<sup>e</sup> siècle, des astronomes tels que <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Jules_Janssen">Jules Janssen</a> (1824-1907) et <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Angelo_Secchi">Angelo Secchi</a> (1818-1878) ont commencé à étudier systématiquement la lumière du Soleil, des planètes et des étoiles. Ils ont dispersé la lumière provenant de ces astres grâce à des « prismes », et en analysant les couleurs obtenues, ont étudié les propriétés physiques d’astres distants de millions de kilomètres de la Terre.</p>
<p>La spectroscopie a marqué la naissance de l’astrophysique. Depuis, c’est notre outil principal pour étudier le cosmos, car on peut à partir du spectre d’un objet cosmique déterminer sa <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Doppler#Astronomie">vitesse radiale</a> (s’il s’approche ou s’éloigne de nous), sa <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Raie_spectrale">composition chimique</a> et son état physique (température, densité, pression électronique, etc.).</p>
<h2>Analyser plusieurs astres simultanément</h2>
<p>Au cours des trente dernières années sont apparus les spectrographes multi-objets, capables d’étudier simultanément les propriétés individuelles d’objets très distants. Ces spectrographes permettent de sélectionner différents objets dans le champ de vue du télescope et d’envoyer leur lumière dans l’analyseur pour produire des spectres séparés.</p>
<p>Ils sont particulièrement importants pour les études qui nécessitent de très nombreuses mesures, par exemple l’étude de notre galaxie, celle des amas de galaxies ou des <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Oscillations_acoustiques_des_baryons">oscillations de la matière baryonique</a>. Ces dernières sont des fluctuations de densité de matière (protons et neutrons) qui étaient déjà présentes dans l’univers primordial, juste après le Big Bang. Les galaxies notamment se sont formées à partir de ces inhomogénéités et la mesure est complémentaire de l’étude des anisotropies du <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Fond_diffus_cosmologique">fond diffus cosmologique</a>, dont l’observation occasionna notamment le Prix Nobel de physique 2006.</p>
<h2>Répondre aux besoins scientifiques des astronomes</h2>
<p>Il y a une douzaine d’années, la communauté astronomique européenne <a href="https://www.astronet-eu.org/sites/default/files/astronet_ir_final_word_doc_for_printing_with_logo.pdf">a identifié comme besoin prioritaire</a> un instrument à grand champ de vue (un à trois degrés de diamètre, soit plusieurs fois la taille de la pleine lune) capable d’acquérir simultanément les spectres de plusieurs milliers d’objets sur un télescope de l’ordre de 4 mètres de diamètre. En effet, un tel instrument permet d’aborder plusieurs domaines de recherche en astrophysique, notamment la structure et l’évolution de la Voie lactée, la structure et l’évolution des amas de galaxies, la structure à grande échelle de l’univers et la cosmologie.</p>
<p>WEAVE, pour « WHT Enhanced Area Velocity Explorer », est né. Il est le produit d’une collaboration internationale à laquelle participent les pays propriétaires du télescope (Royaume-Uni, Pays-Bas, Espagne), mais aussi la France, l’Italie et le Mexique, ainsi que plusieurs organismes et chercheurs.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/417880/original/file-20210825-15-h6lo6.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/417880/original/file-20210825-15-h6lo6.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=441&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/417880/original/file-20210825-15-h6lo6.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=441&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/417880/original/file-20210825-15-h6lo6.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=441&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/417880/original/file-20210825-15-h6lo6.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=555&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/417880/original/file-20210825-15-h6lo6.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=555&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/417880/original/file-20210825-15-h6lo6.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=555&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Schéma de WEAVE et son implantation sur le télescope William Herschel.</span>
<span class="attribution"><span class="source">WEAVE consortium</span></span>
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<h2>Une des plus grandes lentilles jamais fabriquées</h2>
<p>D’un point de vue technologique, WEAVE a été un défi à la limite des technologies actuelles. Notamment, il nécessite un système optique composé de six lentilles. La plus grande de ces six lentilles a un diamètre de 1,1 mètre – c’est une des plus grandes lentilles jamais fabriquées.</p>
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<figcaption><span class="caption">La danse des robots-positionneurs.</span></figcaption>
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<p>Nous avons aussi conçu et développé deux « robots positionneurs » qui déplacent jusqu’à 960 fibres optiques vers les positions nécessaires sur le plan focal du télescope pour analyser les astres. Les robots tissent ainsi (« to weave », en anglais) un véritable entrelacs de fibres, qu’il est prévu de faire et défaire des milliers de fois, dans une danse qui ne manque pas de charme.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/417607/original/file-20210824-25-f6fhpe.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/417607/original/file-20210824-25-f6fhpe.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/417607/original/file-20210824-25-f6fhpe.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/417607/original/file-20210824-25-f6fhpe.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/417607/original/file-20210824-25-f6fhpe.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/417607/original/file-20210824-25-f6fhpe.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/417607/original/file-20210824-25-f6fhpe.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Un champ WEAVE entièrement configuré, avec 700 des 950 fibres environ placées par deux robots (hors du cadre), sur place dans le télescope William Herschel.</span>
<span class="attribution"><span class="source">WEAVE consortium</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>Les fibres optiques acheminent ensuite la lumière sur 32 mètres, le long de la structure du télescope, jusqu’au spectrographe. WEAVE dispose de plusieurs types de connexions par fibres optiques, qui lui permettent d’imager différemment pour étudier différents types d’objets. Par exemple, on peut utiliser 960 fibres individuelles destinées chacune à recueillir la lumière d’un objet ponctuel. Autre option : un assemblage de plus de cinq cents fibres couvrant un large champ de vision pour l’observation d’objets étendus de grande taille. Enfin, avec 20 assemblages de 37 fibres, on peut étudier plusieurs objets étendus, comme des galaxies, et en étudier les propriétés, tel que leur courbe de rotation, leur composition chimique et les différences de composition chimique, et ce dans les différentes parties de la galaxie.</p>
<h2>Une collaboration internationale aux compétences multiples</h2>
<p>Nous avons eu recours à un large réseau de compétences pour la fabrication des pièces et leur assemblage. Par exemple, le collimateur et les quatorze lentilles sphériques des caméras ont été polis au Mexique après que les disques de verre aient été fabriques en Europe, Japon et aux États-Unis. Ces composants conçus et réalisés spécifiquement pour WEAVE ont ensuite été envoyés aux Pays-Bas où a eu lieu l’intégration des éléments optiques et mécaniques du spectrographe. L’assemblage des liens par fibres optiques s’est appuyé sur les contributions de trois industriels différents en France, au Canada et aux États-Unis. Les liens fibrés ont enfin été testés à l’Observatoire de Paris, avant d’être envoyés à Oxford pour être intégrés au positionneur.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/418056/original/file-20210826-4994-ih1rpi.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/418056/original/file-20210826-4994-ih1rpi.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/418056/original/file-20210826-4994-ih1rpi.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=387&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/418056/original/file-20210826-4994-ih1rpi.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=387&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/418056/original/file-20210826-4994-ih1rpi.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=387&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/418056/original/file-20210826-4994-ih1rpi.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=486&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/418056/original/file-20210826-4994-ih1rpi.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=486&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/418056/original/file-20210826-4994-ih1rpi.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=486&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">La galaxie spirale Messier 74 observé avec une caméra de test pour vérifier la qualité optique du correcteur de champ. Une fois en opération, WEAVE ne prendra pas d’images, mais seulement des spectres.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Darío González Picos, Lara Monteagudo, Chris Benn and Ovidiu Vaduvescu (Isaac Newton Group of Telescopes, Roque de Los Muchachos Observatory, La Palma, Espagne)</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Après un travail de plus de dix ans qui a impliqué une centaine de personnes dans une dizaine de pays, les composantes de WEAVE sont maintenant arrivées sur le site du télescope William Herschel. Le système optique a été testé sur le télescope et a démontré une excellente qualité d’image. Encore en cours d’intégration, WEAVE devrait faire ses premières observations – des spectres et non des images – en décembre 2021.</p>
<hr>
<p><em>En France, la construction de WEAVE a été financée par le CNRS, l’Observatoire de Paris-PSL, les régions Île-de-France et Franche-Comté ; ont également participé le Royaume-Uni (STFC), les Pays-Bas (NOVA et NWO), l’Espagne (IAC, Groupe international de télescopes Isaac Newton, ministère des Affaires économiques et de la Transformation numérique), l’Italie (INAF), le Mexique (INAOE), la Suède (Observatoire de Lund, Université d’Uppsala), l’Allemagne (AIP, MPIA), les États-Unis (Université de Pennsylvanie) et la Hongrie (Observatoire Konkoly)</em>.</p>
<p><em>La Région Île-de-France finance des projets de recherche relevant de Domaines d’intérêt majeur et s’engage à travers le dispositif Paris Région Phd pour le développement du doctorat et de la formation par la recherche en cofinançant 100 contrats doctoraux d’ici 2022. Pour en savoir plus, visitez <a href="http://www.iledefrance.fr/education-recherche">iledefrance.fr/education-recherche</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/166444/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Piercarlo Bonifacio est membre de l'Observatoire de Paris, l'Université Paris Sciences et Lettres, le CNRS. Il a reçu des financements de CNRS-INSU, Observatoire de Paris, Région Ile de France, Région Franche Comté, European Research Council, Agence National de la Recherce, CNES. </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Elisabetta Caffau est membre de GEPI, Observatoire de Paris, Universite PSL, CNRS.
Elle a reçu des financements de ANR (Agence National de la Recherche), Observatoire de Paris, CNRS-INSU, Fondation MERAC. </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Esperanza Carrasco est membre de la Union Astronomique Internationale, de la Sociedad Mexicana de Física et de l'Instituto de Estudios para la Transición Democrática. Elle a reçu financement du Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología du Mexique.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Gavin Dalton is Professor of Astrophysics at the University of Oxford, an Individual Merit fellow at RALSpace, Science and Technology Facilities Council (STFC), a part of UK Research Infrastructure (UKRI). He is a Fellow of St. Cross College, Oxford and a Fellow of the Royal Astronomical Society. He has received research funding from the Science and Technology Facilities Council and the University of Oxford.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Shan Mignot ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>
Sonder la structure de l’univers et faire de l’« archéologie galactique » – quelques uns des objectifs du nouvel instrument astronomique WEAVE.
Piercarlo Bonifacio, Directeur de Recherche CNRS et Observatoire de Paris, investigateur principal côté français de l'instrument WEAVE, cofinancé par la Région Île-de-France dans le cadre des Domaines d’Intérêt Majeur, Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
Elisabetta Caffau, Directeur de Recherche CNRS, Observatoire de Paris
Esperanza Carrasco, Chercheuse, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE)
Gavin Dalton, Professor of Astrophysics, University of Oxford
Shan Mignot, Project manager, Observatoire de Paris
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/143293
2020-10-06T19:04:16Z
2020-10-06T19:04:16Z
BD « Sciences en bulles » : Sur les traces des volcans de Mercure
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/349174/original/file-20200723-19-11nygxg.png?ixlib=rb-1.1.0&rect=1%2C2%2C984%2C690&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">
</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.fetedelascience.fr/pid35151-cid144926/-sciences-en-bulles-le-nouveau-livre-de-la-fete-de-la-science-2020.html">Peb&Fox/Syndicat national de l’édition</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span></figcaption></figure><figure class="align-right ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/349128/original/file-20200723-35-4r1lck.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/349128/original/file-20200723-35-4r1lck.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=243&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/349128/original/file-20200723-35-4r1lck.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=243&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/349128/original/file-20200723-35-4r1lck.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=243&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/349128/original/file-20200723-35-4r1lck.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=305&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/349128/original/file-20200723-35-4r1lck.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=305&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/349128/original/file-20200723-35-4r1lck.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=305&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption"></span>
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<p><em>Cet extrait de la BD [« Sciences en bulles »] est publié dans le cadre de la Fête de la science (du 2 au 12 octobre 2020 en métropole et du 6 au 16 novembre en outre-mer et à l’international) dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition aura pour thème : « Quelle relation entre l’Homme et la Nature ? ».</em></p>
<p><em>Retrouvez tous les débats et les événements de votre région sur le site <a href="https://www.fetedelascience.fr/">Fetedelascience.fr</a>.</em></p>
<hr>
<p>La planète Mercure est l’astre le plus proche de notre Soleil. C’est aussi la plus petite planète du Système solaire. En apparence, Mercure ressemble beaucoup à la Lune : elle est grise, parsemée de cratères d’impact et recouverte de poussière. Ces caractéristiques indiquent que les roches en surfaces sont anciennes et donc que la planète est géologiquement inactive.</p>
<p>Pourtant, il y a quelques milliards d’années, Mercure était bel et bien active. Les traces de son volcanisme passé, par exemple des dépôts de lave et des cheminées volcaniques, révélées par la sonde spatiale <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/MESSENGER">« MESSENGER »</a>, en témoignent aujourd’hui. Le volcanisme d’une planète nous en dit beaucoup, car c’est le témoignage en surface de ce qu’il se passait dans les profondeurs de la planète il y a bien longtemps.</p>
<p>Mon travail consiste à répertorier et analyser les roches volcaniques issues d’éruptions explosives à la surface de Mercure. Mais la lave, cachée sous les cratères d’impact et la poussière, n’est pas facile à identifier. J’utilise alors les observations récoltées par un instrument particulier : un <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A8tre">spectromètre</a>, qui permet de voir des détails de la surface invisibles à l’œil humain. Ces observations me permettent de faire des hypothèses sur la composition du magma, sa température et la profondeur à laquelle il s’est formé.</p>
<p>En 2018, les agences spatiales <a href="https://www.esa.int/">européenne</a> et <a href="https://global.jaxa.jp/">japonaise</a> ont lancé la sonde spatiale <a href="https://www.planete-mercure.fr/la-missions-spatiale">« BepiColombo »</a> à destination de Mercure. Cette nouvelle sonde est équipée d’instruments encore plus pointus que ceux de MESSENGER. Elle fera à partir de 2025 de nouvelles observations de la surface, qui révéleront de nouveaux secrets sur la surface de Mercure et son volcanisme. Mieux comprendre Mercure, c’est aussi mieux comprendre notre planète, et notre Système solaire !</p>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/349170/original/file-20200723-27-5jna93.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/349170/original/file-20200723-27-5jna93.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/349170/original/file-20200723-27-5jna93.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=594&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/349170/original/file-20200723-27-5jna93.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=594&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/349170/original/file-20200723-27-5jna93.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=594&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/349170/original/file-20200723-27-5jna93.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=747&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/349170/original/file-20200723-27-5jna93.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=747&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/349170/original/file-20200723-27-5jna93.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=747&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<a href="https://images.theconversation.com/files/349172/original/file-20200723-17-1ysmi0y.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/349172/original/file-20200723-17-1ysmi0y.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/349172/original/file-20200723-17-1ysmi0y.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=597&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/349172/original/file-20200723-17-1ysmi0y.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=597&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/349172/original/file-20200723-17-1ysmi0y.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=597&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/349172/original/file-20200723-17-1ysmi0y.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=751&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/349172/original/file-20200723-17-1ysmi0y.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=751&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/349172/original/file-20200723-17-1ysmi0y.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=751&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption"></span>
<span class="attribution"><span class="source">Peb&Fox/Syndicat national de l’édition</span></span>
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<p><em>Retrouvez les créations dessinées du duo Peb & Fox <a href="http://www.pebfox.com/blog/">sur leur blog</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/143293/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Océane Barraud ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>
Décollage immédiat pour découvrir en images Mercure et ses volcans !
Océane Barraud, Doctorante en astrophysique, Observatoire de Paris
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/136274
2020-06-15T20:31:00Z
2020-06-15T20:31:00Z
Les nanosatellites permettent aussi de faire de la science
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/341668/original/file-20200614-153817-q5ebid.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=25%2C3%2C1166%2C762&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">En 2012, l'université de Montpellier-Nîmes lance ROBUSTA, le premier CubeSat français, ici une unité cubique de 10 cm de côté. </span> <span class="attribution"><span class="source">Université de Montpellier</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span></figcaption></figure><p>Les satellites sont partout et de plus en plus nombreux. Ils répondent à notre avidité de flux de données. Après l’ère des gros satellites placés en <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Orbite_g%C3%A9ostationnaire">orbite géostationnaire</a>, nous passons à des petits satellites déployés en constellations globales.</p>
<p>L’Inde a ainsi mis en orbite plus de <a href="https://www.20minutes.fr/monde/2014499-20170215-video-espace-inde-met-orbite-nombre-record-104-satellites-seule-fusee">100 satellites en 2017</a> avec une seule fusée. De tels tirs de fusées se multiplient pour envoyer de petits satellites en orbites « basses » entre 500 et 1000 km et une période orbitale d’environ 90 min.</p>
<p>Un débat public est impératif sur la pertinence et le coût environnemental réel de telle ou telle consommation de données : vidéo en streaming par satellite, imagerie en continu pour gestion des catastrophes ou accès Internet pour toute la planète. Le coût direct est celui des lancements eux-mêmes pour installer et renouveler les nouvelles constellations, mais aussi celui induit par la multiplication des <a href="https://debris-spatiaux.cnes.fr/">débris spatiaux</a> et désormais aussi celui de la pollution visuelle du ciel nocturne. Une constellation comme <a href="https://theconversation.com/starlink-les-dommages-collateraux-de-la-flotte-de-satellites-delon-musk-135330">Starlink</a>, qui prévoit d’envoyer 12 000 satellites, et qui en annonce même jusqu’à 42 000, promet ainsi de générer de la pollution lumineuse dans chaque degré-carré du ciel à tout moment (1 degré-carré représente une zone équivalant à 4 pleines lunes).</p>
<p>En revanche, pour l’astrophysique, une utilisation moins polémique et très prometteuse des nanosatellites s’annonce : ils ouvrent un champ nouveau et jusqu’alors inaccessible pour l’observation du ciel avec un impact écologique minime, car mutualisé entre plusieurs missions.</p>
<h2>Étudier le vent solaire qui souffle sur la Terre</h2>
<p>Un premier exemple est celui de l’étude du vent solaire : ces particules (électrons, protons) sont éjectées avec une très forte énergie lors des éruptions à la surface du Soleil et arrivent jusqu’à nous après un voyage de quelques heures à quelques jours. Elles sont connues pour générer de magnifiques aurores boréales. L’<a href="https://www.sciencesetavenir.fr/espace/tempetes-solaires-pourquoi-elles-peuvent-etre-catastrophiques-pour-la-terre_34541">interaction du vent solaire avec l’atmosphère terrestre</a>, et en particulier l’ionosphère, est aussi source de perturbations des satellites artificiels : elles brouillent les télécommunications, rendent aveugles des instruments optiques ou même détruisent certains composants électroniques avec risque de perte totale de contrôle du satellite qui devient alors un débris spatial. Actuellement, des <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/FORMOSAT-7">petits satellites</a> observent comment les signaux des (gros) satellites GPS sont déviés par l’ionosphère, étudiant en temps réel ses caractéristiques et son impact sur le climat.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/341161/original/file-20200611-80750-1631929.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/341161/original/file-20200611-80750-1631929.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/341161/original/file-20200611-80750-1631929.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/341161/original/file-20200611-80750-1631929.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=400&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/341161/original/file-20200611-80750-1631929.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/341161/original/file-20200611-80750-1631929.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/341161/original/file-20200611-80750-1631929.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=503&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Aurore boréale, un des effets du vent solaire.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/french_landscape_hunter/40415308265/">French_Landscape_Photographer/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Plus loin de nous, entre la Terre et la Lune ou Mars, la violence du vent solaire et les particules cosmiques ne sont plus filtrées par le bouclier magnétique terrestre et deviennent un risque pour les missions d’exploration spatiale. <a href="https://planete-mars.com/un-cubesat-etudiant-pour-preparer-le-voyage-vers-mars/">Les nanosatellites pourraient sonder</a> la quantité et la directivité du vent solaire et des rayonnements cosmiques.</p>
<h2>S’affranchir de l’atmosphère terrestre pour sonder les « âges sombres » de l’univers</h2>
<p>Autre exemple, la compréhension des âges sombres de l’univers, c’est-à-dire une « image » du ciel peu après le big bang à des fréquences radio très basses, hélas filtrées par l’atmosphère et brouillées par les émissions radio de l’activité humaine. La carte détaillée du ciel dans le spectre radio en dessous de 30 MHz est tout simplement inconnue à ce jour ! Avec un essaim de nanosatellites orbitant autour de la Lune, on pourrait réaliser un interféromètre spatial qui enverrait des données vers la Terre (face visible de la Lune) et serait à l’abri des pollutions radio (face cachée).</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/341791/original/file-20200615-65942-4r67r0.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/341791/original/file-20200615-65942-4r67r0.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=300&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/341791/original/file-20200615-65942-4r67r0.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=300&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/341791/original/file-20200615-65942-4r67r0.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=300&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/341791/original/file-20200615-65942-4r67r0.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=377&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/341791/original/file-20200615-65942-4r67r0.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=377&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/341791/original/file-20200615-65942-4r67r0.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=377&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Carte du ciel réalisée en 2018 grâce à la mission ESA Planck montrant les différences de températures du fond cosmologique, ainsi que sa polarisation (une petite partie du fond cosmologique « vibre » dans des directions préférentielles).</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://sci.esa.int/documents/34222/35279/1567216029466-ESA_Planck_CMB_Polarisation_black_1280.jpg/6645aad4-cbfc-db53-1630-0533bfea468e?version=1.0&t=1567216030794">ESA et la collaboration Planck</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>S’approcher très près des astéroïdes</h2>
<p>Enfin, l’actualité des agences spatiales montre un regain d’intérêt pour les astéroïdes, ces petits corps pas encore sphériques comme les planètes et qui tournent à leur propre rythme autour du soleil, croisant parfois l’orbite de la Terre et parfois aussi entrant dans notre atmosphère. Si le corps est vraiment petit (le plus souvent), il se consume dans l’atmosphère et nous offre le spectacle d’une étoile filante. Mais s’il est plus gros, et c’est bien plus rare, il peut créer des dégâts comme en <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Superbolide_de_Tcheliabinsk">2013 à Tcheliabinsk</a> ou un cataclysme global comme probablement l’événement de la <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89v%C3%A9nement_de_la_Toungouska">Toungouska en 1908</a> ou même l’<a href="https://www.nationalgeographic.fr/sciences/lasteroide-qui-cause-lextinction-des-dinosaures-sest-ecrase-au-pire-endroit-possible">extinction des dinosaures</a>.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/341826/original/file-20200615-65930-1bxx6cc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/341826/original/file-20200615-65930-1bxx6cc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=302&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/341826/original/file-20200615-65930-1bxx6cc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=302&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/341826/original/file-20200615-65930-1bxx6cc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=302&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/341826/original/file-20200615-65930-1bxx6cc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=380&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/341826/original/file-20200615-65930-1bxx6cc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=380&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/341826/original/file-20200615-65930-1bxx6cc.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=380&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Deux images de l’astéroïde Lutetia, avec des orientations différentes, prises lors de l’approche finale de la sonde Rosetta de l’Agence spatiale européenne (ESA).</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="http://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2010/07/Asteroid_Lutetia2#.XucoL1VUf0w.link">ESA et l’équipe OSIRIS (MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA)</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Des missions spatiales prévues pour étudier des astéroïdes seront accompagnées de nanosatellites auxiliaires : un nanosatellite prendra des images rapprochées pendant l’impact de la mission <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Double_Asteroid_Redirection_Test">DART</a> de la NASA sur l’astéroïde Didymos, les deux autres avec la mission <a href="https://www.esa.int/Space_in_Member_States/France/La_premiere_mission_terrienne_vers_un_asteroide_binaire_est_une_mission_de_defense_planetaire">HERA</a> de l’ESA descendront vers la surface pour des mesures rapprochées trop risquées pour le vaisseau mère. La composition interne d’un astéroïde dépend de sa masse – pour mesurer cette dernière, il faut un objet proche et assez lent pour être défléchi par la très faible gravitation de l’astéroïde. L’ensemble des deux missions mesurera l’efficacité de percuter un astéroïde comme méthode de déviation possible si un tel <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Ast%C3%A9ro%C3%AFde_g%C3%A9ocroiseur">astéroïde géocroiseur</a> menaçait la Terre (ce qui n’est pas le cas pour l’astéroïde Didymos qui servira seulement de cobaye). De telles mesures nécessitent de voler à proximité, lentement et longtemps. Des nanosatellites, autonomes et peu chers, amenés sur place par la mission principale seront parfaits !</p>
<h2>Concevoir et fabriquer des nanosatellites</h2>
<p>Mais il y a un hic ! Depuis l’émergence du format <a href="https://www.cubesat.org/">CubeSat</a> en 2000, les statistiques ont montré un taux de 50 % d’échec, inacceptable pour des missions scientifiques. La cause principale serait un manque de tests au sol, mais d’où vient ce manque ?</p>
<p>En fait, la première cause est certainement la croyance qu’un CubeSat se fait en 3 ans seulement. Ainsi, une équipe s’engage sur un calendrier trop ambitieux, réserve son tir de fusée à l’avance puis réalise qu’elle doit faire des impasses dans les tests par manque de temps. Or le spatial ne pardonne pas : ce qui n’a pas été testé ne marchera pas, dit-on. Depuis la définition technique jusqu’à la livraison, il faut un minimum de 3 revues complètes avec des remises en cause parfois importantes. Les CubeSats qui ont bien fonctionné ont pris 5 à 7 ans ou bien étaient des démonstrateurs très préliminaires et simplifiés au maximum. Il faut en tout cas être prêt à reporter le tir de fusée, quitte à payer un dédit au lanceur.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/341263/original/file-20200611-80746-q1um3z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/341263/original/file-20200611-80746-q1um3z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/341263/original/file-20200611-80746-q1um3z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/341263/original/file-20200611-80746-q1um3z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/341263/original/file-20200611-80746-q1um3z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/341263/original/file-20200611-80746-q1um3z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/341263/original/file-20200611-80746-q1um3z.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Tests en salle propre de composants dits « sur étagère » pour nanosatellites (satellites jusqu’à environ 10-50kg).</span>
<span class="attribution"><span class="source">Boris Segret/Observatoire de Paris</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Une deuxième cause semble être la jeunesse du secteur du <em>New Space</em>. D’un côté, des fournisseurs survendent leurs produits à des conditions discutables (paiements d’avance, délais flexibles, performances en vol non garanties…). De l’autre, les scientifiques n’ont pas encore l’expérience. Les délais d’approvisionnement sont alors sous-estimés et les livraisons sont trop laxistes. Le <a href="https://cceres.psl.eu/">pôle Spatial de PSL Université Paris, C²ERES</a>, à l’Observatoire de Paris, a choisi de mettre en place un écosystème de développement : nous acquérons à l’avance des composants-types de CubeSats, avec nos propres conditions d’achat, et nous les testons en dehors de tout projet particulier, puis nous formons les équipes scientifiques depuis la définition en <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Model-based_systems_engineering">ingénierie concourante basée sur des modèles (MBSE)</a>, jusqu’aux besoins d’intégration et de tests, en passant par les appels d’offres pour organiser leur choix de sous-traitance avec les acteurs du <em>new space</em>.</p>
<p>Au-delà de l’originalité pédagogique des CubeSats, la popularité croissante de ces nanosatellites est une opportunité majeure pour les scientifiques. Ils offrent un accès à de nouvelles observations spatiales, y compris en accompagnement des missions traditionnelles d’exploration.</p>
<hr>
<p><em>La Région Île-de-France finance des projets de recherche relevant de Domaines d’intérêt majeur et s’engage à travers le dispositif Paris Région Phd pour le développement du doctorat et de la formation par la recherche en cofinançant 100 contrats doctoraux d’ici 2022. Pour en savoir plus, visitez <a href="https://www.iledefrance.fr/education-recherche">iledefrance.fr/education-recherche</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/136274/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Boris Segret travaille à l'Observatoire de Paris et a reçu des financements de l'Université PSL, du DIM ACAV et du LabEx ESEP pour le pôle spatial C²ERES. Il détient une part minoritaire dans une entreprise privée qui agit dans les nanosatellites et a reçu des financements de l'agence spatiale européenne ESA.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Benoît Mosser remercie l'Université PSL, l'Observatoire de Paris, le DIM ACAV et le LabEx ESEP pour le création et le financement du pôle spatial C²ERES </span></em></p>
Si les applications commerciales et de loisir des nanosatellites font polémique, ils servent aussi à faire de la recherche. Quelles en sont les applications possibles pour la science ?
Boris Segret, Chef de projet C²ERES, pôle spatial de PSL Université Paris, labellisé Domaine d'Intérêt Majeur ACAV+ par la Région Ile-de-France,, Observatoire de Paris
Benoît Mosser, Professeur et membre du Laboratoire d'Études Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (LESIA), labellisé Domaine d'Intérêt Majeur ACAV+ par la Région Ile-de-France, Observatoire de Paris
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/138281
2020-05-14T18:39:09Z
2020-05-14T18:39:09Z
Valse avec le trou noir au centre de notre galaxie
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/334367/original/file-20200512-175246-nhqbrt.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=7%2C5%2C1270%2C774&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Cette simulation figure les orbites d’étoiles situées à très grande proximité du trou noir supermassif qui occupe le centre de la Voie Lactée. </span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.eso.org/public/france/images/eso1825d/">ESO/L. Calçada/spaceengine.org</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p>Nous avons <a href="https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2020/04/aa37813-20/aa37813-20.html">annoncé</a> récemment la détection d’un effet très particulier : une étoile du centre de notre Galaxie « danse » en orbite autour du <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Trou_noir">trou noir</a> supermassif au centre de la Voie lactée. Son orbite, suivie depuis 30 ans, était jusqu’à cette année parfaitement décrite par une ellipse. Pour la première fois, notre équipe internationale a observé ce mois-ci une déviation infime de l’orbite de l’étoile par rapport à une simple ellipse, de l’ordre de quelques centaines de microsecondes d’angle, soit la taille d’une boîte à chaussures vue sur la Lune.</p>
<p>Pour comprendre ce que cette détection signifie, il est utile de faire un pas en arrière et de considérer l’évolution des idées sur la notion d’orbite des corps célestes.</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/PR4EzyUv_fs?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">La plupart des étoiles et des planètes décrivent des orbites non circulaires, s’approchant puis s’éloignant périodiquement de l’objet autour duquel elles gravitent. L’orbite de l’étoile S2 précesse, en orbite autour du trou noir supermassif situé au cœur de la Voie lactée, ce qui signifie que le point de l’orbite le plus proche du trou noir change au fil des rotations, générant l’aspect d’une rosette. Cet effet n’avait encore jamais été mesuré pour une étoile orbitant autour d’un trou noir supermassif.</span></figcaption>
</figure>
<h2>La Terre au centre : le cosmos des Grecs anciens</h2>
<p>L’école de Pythagore apporte deux avancées considérables en science : le nombre est considéré comme principe premier des choses et la systématisation de la géométrie débute – Pythagore généralise son fameux théorème, qui était déjà connu en pratique des Égyptiens pour des triangles particuliers.</p>
<figure class="align-right zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/334054/original/file-20200511-49569-13xnh0m.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/334054/original/file-20200511-49569-13xnh0m.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/334054/original/file-20200511-49569-13xnh0m.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=617&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/334054/original/file-20200511-49569-13xnh0m.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=617&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/334054/original/file-20200511-49569-13xnh0m.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=617&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/334054/original/file-20200511-49569-13xnh0m.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=775&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/334054/original/file-20200511-49569-13xnh0m.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=775&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/334054/original/file-20200511-49569-13xnh0m.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=775&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Système géocentrique, dit de Ptolémée, hérité de celui d’Eudoxe de Cnide, représenté en 1539 dans la Cosmographie de Petrus Apianus. L’univers est divisé en 8 sphères concentriques.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ptolemaicsystem-small.png">Wikipedia</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Platon, autour de 400 avant notre ère, propose un modèle du cosmos basé sur des sphères imbriquées : la Terre est au centre, entourée des sphères de l’eau, de l’air et du feu. Les astres se meuvent au-delà, à des distances croissantes : la Lune d’abord, puis les autres planètes connues et le Soleil, et enfin la sphère des étoiles lointaines fixes. Ce modèle, développé par Eudoxe de Cnide – un « thésard » de Platon dirait-on aujourd’hui, postule que les astres se déplacent à vitesse constante en suivant des orbites circulaires le long des sphères imbriquées.</p>
<h2>Le système héliocentrique et l’avènement de la physique moderne</h2>
<p>Malgré les développements apportés par Ptolémée (I<sup>e</sup> siècle) au modèle d’Eudoxe, les éléments de base de la compréhension du cosmos n’ont pas évolué de façon radicale avant le XVI<sup>e</sup> siècle. Vers 1530, la <em>révolution copernicienne</em> place le Soleil, et non plus la Terre, au centre du cosmos, et considère les astres en orbite circulaire autour du Soleil. Vers 1580, Tycho Brahe réalise des observations d’une précision stupéfiante sur une très grande quantité de sources lumineuses. Au tournant du XVII<sup>e</sup> siècle, Johannes Kepler synthétise les observations de Tycho Brahe et le système de Copernic pour les systématiser dans les fameuses <em>lois de Kepler</em>, toujours enseignées de nos jours.</p>
<p>Le résultat de l’équipe GRAVITY, cette ellipse en précession, doit être analysé en référence aux lois de Kepler. En effet, Kepler apporte deux éléments fondamentaux : d’une part, le rôle de « moteur » joué par le Soleil dans le mouvement des astres, alors que les descriptions précédentes se contentaient d’entériner le fait que les astres tournent, soit autour de la Terre, soit autour du Soleil, sans voir de lien de cause à effet entre la présence du corps central et le mouvement des astres autour de lui. D’autre part, les observations de Tycho Brahe lui permettent de remplacer la théorie du mouvement circulaire datant d’Eudoxe par un mouvement elliptique. Avec Newton vers 1680, les avancées de Kepler sont confirmées et incluses dans un système d’explication beaucoup plus vaste, qui formera la pierre angulaire de l’astronomie jusqu’à Einstein. En effet, la <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_universelle_de_la_gravitation">théorie de Newton</a> montre mathématiquement qu’un corps (par exemple une planète) subissant l’attraction gravitationnelle d’un autre corps (par exemple le Soleil) suit une <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Conique">conique</a> – dont les exemples les plus simples sont les cercles et les ellipses – validant ainsi les idées de Kepler.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/334394/original/file-20200512-82361-xin578.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/334394/original/file-20200512-82361-xin578.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/334394/original/file-20200512-82361-xin578.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=476&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/334394/original/file-20200512-82361-xin578.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=476&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/334394/original/file-20200512-82361-xin578.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=476&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/334394/original/file-20200512-82361-xin578.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=598&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/334394/original/file-20200512-82361-xin578.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=598&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/334394/original/file-20200512-82361-xin578.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=598&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Représentation du système solaire dans le « Twentieth Century Atlas of Popular Astronomy » de 1908, par Thomas Heath.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/vintage_illustration/43332056722">Thomas Heath/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>La relativité générale</h2>
<p>Einstein, héritier direct de Newton, reformule les lois de la gravitation en 1915, et aboutit aux lois de la <a href="https://www.pourlascience.fr/sd/physique-theorique/la-relativite-generale-deinstein-en-douze-questions-8737.php">relativité générale</a>, qui englobent et dépassent considérablement la théorie newtonienne.</p>
<p>Une des conséquences de la relativité générale porte sur les orbites des corps célestes. Elle prédit que les orbites des planètes autour du Soleil ne suivent pas des ellipses képleriennes, mais se décalent peu à peu pour former une rosace, dans ce mouvement de « danse » évoqué au début de l’article.</p>
<figure class="align-right zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/334374/original/file-20200512-82388-1v5m2zo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/334374/original/file-20200512-82388-1v5m2zo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/334374/original/file-20200512-82388-1v5m2zo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/334374/original/file-20200512-82388-1v5m2zo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/334374/original/file-20200512-82388-1v5m2zo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/334374/original/file-20200512-82388-1v5m2zo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/334374/original/file-20200512-82388-1v5m2zo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/334374/original/file-20200512-82388-1v5m2zo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Le Verrier, pour expliquer les anomalies dans l’orbite de Mercure, fit l’hypothèse d’une planète additionnelle, nommée Vulcain. Lithographie de E. Jones & G.W. Newman, 1846.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.loc.gov/resource/g3180.ct003790">Library of Congress</a></span>
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</figure>
<p>Einstein se souvient alors que l’astronome français Urbain Le Verrier avait mis en évidence en 1859 à l’Observatoire de Paris le fait que la planète Mercure – la plus proche du Soleil, et donc la plus fortement soumise à sa gravitation – exhibait un mouvement inexpliqué, en désaccord avec les lois de Kepler et de Newton. Einstein s’empare du problème et montre que la théorie de la relativité générale explique exactement l’incohérence rapportée par Le Verrier.</p>
<p>Einstein, d’après ce qu’il <a href="https://editions.flammarion.com/Catalogue/champs-sciences/trous-noirs-et-distorsions-du-temps">a lui-même rapporté</a>, « n’a pas pu travailler pendant trois jours à cause de [s]on excitation » suite à cette toute première vérification expérimentale de sa nouvelle théorie, qui valide son travail acharné réalisé pendant la décennie qui précède. La mesure récente de l’équipe GRAVITY est la dernière vérification expérimentale de ce même effet, dans un contexte très différent puisqu’il s’agit de l’orbite d’une étoile autour d’un trou noir et non de l’orbite d’une planète autour d’une étoile.</p>
<h2>L’observation récente de GRAVITY</h2>
<p>La relativité générale prédit le comportement de tous les astres, y compris celui de l’objet de prédilection de l’instrument GRAVITY – le trou noir de 4 millions de fois la masse du Soleil qui se trouve au centre de notre Galaxie, <em>Sagittarius A*</em>.</p>
<p>L’étoile répondant au nom poétique de S2 est en orbite relativement proche autour de ce trou noir. Sa trajectoire a été déterminée par GRAVITY : c’est une rosace, correspondant au lent décalage d’une ellipse. Comme l’avait fait Einstein en 1915 avec Mercure, l’équipe GRAVITY a comparé le décalage de l’orbite de S2 à la valeur prédite par la relativité générale. L’accord est excellent, ce qui constitue un nouveau test de la théorie d’Einstein. Ce nouveau test est réalisé dans un contexte beaucoup plus « extrême » que celui de Mercure : l’astre observé est ici en orbite autour d’un trou noir, un objet lui-même prédit par la théorie de la relativité générale et qui constitue l’un des membres les plus exotiques du bestiaire astronomique standard. La validation de la théorie d’Einstein dans l’environnement d’un tel objet est donc particulièrement intéressante.</p>
<p>Au-delà de tester la validité des prédictions de la relativité générale, l’observation de GRAVITY permet d’étudier l’environnement proche du trou noir ainsi que ses propriétés : sa masse et sa distance sont maintenant contraintes avec une grande précision. Une question importante est de déterminer si la masse centrale autour de laquelle S2 est en orbite est complètement concentrée dans l’objet <em>Sagittarius A*</em> lui-même, ou si une autre composante de masse, plus étendue, est également présente. Cette masse supplémentaire pourrait être présente sous forme de « matière sombre » (composée de la fameuse <a href="https://home.cern/fr/science/physics/dark-matter">matière noire</a>, d’étoiles peu brillantes et d’une assemblée de petits trous noirs et d’étoiles à neutrons isolées) ou d’un compagnon trou noir qui serait lui-même en orbite autour de <em>Sagittarius A*</em>. Les observations récentes de l’équipe GRAVITY semblent pointer du doigt une concentration complète de la masse dans l’objet <em>Sagittarius A*</em> lui-même, mais des études plus approfondies sont nécessaires pour répondre à cette question complexe.</p>
<p>GRAVITY n’est pas le seul instrument à scruter les propriétés des abords des trous noirs. L’<em>Event Horizon Telescope</em> a récemment publié une <a href="https://theconversation.com/horizon-ombres-et-lumiere-secrets-de-trous-noirs-116111">première image des abords d’un trou noir</a>. Dans un autre registre, les <a href="https://www.larecherche.fr/1-lan-i-de-lastronomie-gravitationnelle">détecteurs d’ondes gravitationnelles</a> suivent l’évolution de trous noirs en collision. L’ensemble de ces nouvelles observations va permettre dans les prochaines décennies de <a href="https://www.pourlascience.fr/sd/astrophysique/tester-la-relativite-generale-avec-les-trous-noirs-8736.php">tester de mieux en mieux la théorie d’Einstein</a>, et, espérons-le, d’en découvrir la limite.</p>
<hr>
<p><em>La Région Ile-de-France finance des projets de recherche relevant de Domaines d’intérêt majeur et s’engage à travers le dispositif Paris Région Phd pour le développement du doctorat et de la formation par la recherche en cofinançant 100 contrats doctoraux d’ici 2022. Pour en savoir plus, visitez <a href="https://www.iledefrance.fr/education-recherche">iledefrance.fr/education-recherche</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/138281/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Frédéric Vincent ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>
Une observation récente montre une étoile « dansant » autour d’un trou noir – l’occasion de revenir sur les descriptions du Cosmos dans l’histoire et d’en apprendre plus sur le cœur de la Voie lactée.
Frédéric Vincent, Chercheur CNRS à l'Observatoire de Paris, au laboratoire LESIA qui est labellisé Domaine d'Intérêt Majeur ACAV+ par la Région Ile-de-France, Observatoire de Paris
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/136273
2020-05-04T19:42:45Z
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L’ELT sera le plus grand télescope jamais construit
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/330315/original/file-20200424-163122-16kpq0t.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=3%2C24%2C1274%2C705&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Vue d'artiste de l'_Extremely Large Telescope_ dans le désert chilien.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://cdn.eso.org/images/screen/eelt_16_still_6_cc.jpg">ESO</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p>L’organisation européenne <a href="https://www.eso.org/public/">ESO</a> s’est lancée dans la construction <a href="https://www.eso.org/public/teles-instr/elt/cerro-armazones/">au milieu du désert chilien</a> du <a href="https://www.eso.org/public/teles-instr/elt/"><em>Extremely Large Telescope</em></a>, dit « ELT ». Le télescope et sa structure atteignent un volume comparable à huit fois celui de l’Arc de Triomphe de Paris.</p>
<h2>Un monstre de technologie</h2>
<p>La puissance collectrice de son miroir ultra géant, de <a href="https://www.youtube.com/watch?list=RDCMUCIhYoC2VIAJqCkoIWNHBQ3Q&v=WfpXP-MSYdc">39 mètres de diamètre</a>, équivaut à rassembler les 16 télescopes les plus grands existants au monde. Quand il sera construit, probablement un peu après 2026, l’ELT sera capable d’observer les sources les plus faibles du ciel. Il permettra d’étudier des objets si lointains qu’ils sont inaccessibles aux autres télescopes, levant le voile sur de nombreux mystères en cosmologie, sur la formation de galaxies, par exemple la nature de petites galaxies ou amas d’étoiles bien au-delà de notre Galaxie ou du Groupe Local.</p>
<p>Par ailleurs, comme le <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_de_r%C3%A9solution">pouvoir de résolution</a> d’un télescope dépend de sa taille, l’ELT sera capable de résoudre les astres ayant les plus petites <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Taille_apparente">tailles apparentes</a> : la taille apparente des galaxies les plus lointaines est bien plus petite qu’une seconde d’arc (pour comparaison, celle de la Lune est de 1800 secondes d’arc). À ces échelles, les observations sont très affectées par la turbulence atmosphérique terrestre, nécessitant des techniques de pointe pour s’en affranchir, comme l’<a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Optique_adaptative">optique adaptative</a>.</p>
<p>Dès l’origine du projet, l’ESO a fait l’énorme pari de concentrer tous ses efforts à garantir la résolution spatiale la plus élevée possible. C’est équivalent à compter les pétales d’une marguerite située à 100 kilomètres ! Le but est de distinguer une planète extrasolaire de son étoile jusqu’à des distances faisant approximativement l’épaisseur d’un bras spiral de notre Galaxie, afin d’étudier en détail le contenu planétaire d’un nombre considérable d’étoiles proches et moins proches.</p>
<figure class="align-right zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/330325/original/file-20200424-163083-4uq1bw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/330325/original/file-20200424-163083-4uq1bw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/330325/original/file-20200424-163083-4uq1bw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=620&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/330325/original/file-20200424-163083-4uq1bw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=620&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/330325/original/file-20200424-163083-4uq1bw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=620&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/330325/original/file-20200424-163083-4uq1bw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=779&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/330325/original/file-20200424-163083-4uq1bw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=779&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/330325/original/file-20200424-163083-4uq1bw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=779&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Structure interne de l’ELT.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.eso.org/public/images/elt_internal-cc/">Dorling Kindersley/ESO</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>C’est un pari qui n’est pas anodin puisque le principal miroir <a href="https://www.eso.org/public/videos/archive/category/elt/">sera constitué</a> de 798 segments chacun de 1,40 mètre, qui devront être alignés avec une précision inégalée de seulement 15 millionièmes de millimètre ! Les quatre autres miroirs du télescope devront garantir la même précision. Plus particulièrement, deux de ces miroirs pourront être déformés mécaniquement pour compenser les minuscules variations de la trajectoire de la lumière due à la turbulence atmosphérique. Cette ambition est rendue possible par l’optique adaptative qui s’appuie sur des systèmes complexes d’analyse de la turbulence.</p>
<p>Au défi de construire un télescope mastodonte capable de résoudre les sources les plus petites de l’univers, l’organisation européenne ESO a fait un pari encore plus risqué : installer d’abord les instruments les plus sophistiqués permettant d’obtenir les résolutions spatiales les plus fines, et seulement dans un second temps les deux instruments qui utilisent plutôt la puissance collectrice maximale du télescope (celle-ci étant garantie, quelles que soient les performances du télescope et de son énorme structure).</p>
<h2>Pour observer les sources les plus faibles et les plus petites en taille apparente</h2>
<p>Grâce à sa résolution spatiale, l’ELT pourra distinguer les atmosphères de planètes géantes via la <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectroscopie">spectroscopie</a>, et permettre d’établir une théorie solide sur la naissance des systèmes planétaires. Il pourra directement observer les toutes premières sources de l’univers, en particulier dès qu’il sera équipé d’un spectrographe permettant d’observer un grand nombre d’objets à la fois. Ce sera une véritable révolution en cosmologie, car on pense que les premières sources de l’univers sont nées lorsque celui-ci n’avait que quelques pour cent de son âge actuel. Ces sources sont si lointaines que les télescopes actuels ne peuvent observer qu’une minuscule fraction d’entre elles. L’ELT permettra de comprendre comment l’univers actuel s’est formé – la difficulté est qu’à l’origine, l’Univers était seulement constitué de gaz d’hydrogène et d’hélium, qui absorbent l’essentiel des rayons lumineux. En d’autres termes, l’Univers était opaque.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/332111/original/file-20200502-42946-myvrc8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/332111/original/file-20200502-42946-myvrc8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=493&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/332111/original/file-20200502-42946-myvrc8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=493&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/332111/original/file-20200502-42946-myvrc8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=493&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/332111/original/file-20200502-42946-myvrc8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=620&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/332111/original/file-20200502-42946-myvrc8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=620&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/332111/original/file-20200502-42946-myvrc8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=620&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Cette photo représente l’<em>Ultra-Deep Field</em>, le champ le plus profond accessible actuellement, obtenu par le télescope spatial. Parmi les sources les plus ténues à peine visibles sur cette image, quelques-unes font partie des plus lointaines galaxies de l’Univers. Il s’agit de chercher une aiguille dans une botte de foin, et l’instrument MOSAIC est le seul à pouvoir trouver puis observer ces galaxies.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a030000/a030900/a030946/hudf-hst-6200x6200.png">NASA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Tout en participant à la réalisation des instruments sophistiqués visant à la haute résolution spatiale, la France est responsable du <a href="https://www.eso.org/public/teles-instr/elt/elt-instr/mosaic/">spectrographe multi-objets MOSAIC</a> qui exploitera au mieux la puissance collectrice de l’ELT. En particulier, c’est grâce à MOSAIC que l’on pourra évaluer la quantité et l’évolution de la <a href="https://www.youtube.com/watch?v=ci7deBZmzZs">matière sombre</a> – qui pourrait constituer la majorité de la masse de l’univers, et que l’on pourra observer les premières étoiles, amas d’étoiles ou galaxies ayant permis à l’univers de devenir transparent. Cet <a href="http://www.mosaic-elt.eu/">instrument</a> pèsera près de 35 tonnes, occupera un volume comparable à celui d’un appartement de 100 mètres carrés, et inclura six spectrographes, les fibres et leur positionneur, ainsi que les systèmes de guidage et d’optique adaptative. Si elles étaient mises bout à bout, les fibres de MOSAIC pourraient couvrir la distance Paris-Amsterdam. MOSAIC pourra observer plusieurs centaines de galaxies à la fois, étudier leur dynamique et leur composition chimique et donc leur évolution.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/330331/original/file-20200424-163072-1du1md8.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/330331/original/file-20200424-163072-1du1md8.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=281&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/330331/original/file-20200424-163072-1du1md8.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=281&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/330331/original/file-20200424-163072-1du1md8.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=281&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/330331/original/file-20200424-163072-1du1md8.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=353&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/330331/original/file-20200424-163072-1du1md8.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=353&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/330331/original/file-20200424-163072-1du1md8.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=353&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Position du spectrographe MOSAIC dans l’ELT. MOSAIC fonctionnera selon deux modes : un mode multiplex permettant l’observation de nombreuses sources optiques, et un mode avec moins de sources mais une plus haute définition dans l’infrarouge proche.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="http://www.mosaic-elt.eu/index.php/instrument">MOSAIC-ELT</a>, <span class="license">Author provided</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Il y a encore de nombreuses étapes à franchir avant que l’ELT ne décrypte les mystères les plus ténus de l’univers. Il faut garantir que les performances attendues en résolution spatiale puissent être tenues. On peut s’interroger sur l’impact du télescope et son gigantesque dôme sur les conditions de la turbulence atmosphérique, ainsi que sur la difficulté à atteindre des résolutions spatiales inaccessibles aujourd’hui. Sera-t-il possible de tenir les performances en surface collectrice ? Un des problèmes est que l’atmosphère terrestre, outre sa turbulence, émet un signal lumineux continu bien plus intense (jusqu’à plusieurs centaines de fois) que celui des sources les plus faibles de l’univers car elle contient oxygène, azote et vapeur d’eau émettant aux longueurs d’onde visibles et infrarouge. Des techniques très précises de « soustraction des émissions atmosphériques » (dites « soustraction du ciel ») sont à l’étude.</p>
<h2>Un chemin semé d’embûches pour les télescopes ultra-géants</h2>
<p>Il y a aujourd’hui plusieurs projets d’installation de télescopes ultra-géants dans le monde, dont un en Europe, l’ELT, et deux aux États-Unis, le <a href="https://www.tmt.org/"><em>Thirty Meters Telescope</em></a> (livraison prévue au plus tôt en 2030) et le <a href="https://www.gmto.org/"><em>Giant Magellanic Telescope</em></a>. Les projets américains souffrent d’une difficulté d’implémentation ou de financements encore très incomplets. Mais bien que moins avancés, les projets américains sont conduits de façon pragmatique, en utilisant en premier lieu le pouvoir collecteur puis en implémentant progressivement une série d’instruments de haute technologie pour garantir une fine résolution spatiale.</p>
<figure class="align-right zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/330326/original/file-20200424-163067-d2a62u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/330326/original/file-20200424-163067-d2a62u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/330326/original/file-20200424-163067-d2a62u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=330&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/330326/original/file-20200424-163067-d2a62u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=330&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/330326/original/file-20200424-163067-d2a62u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=330&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/330326/original/file-20200424-163067-d2a62u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=414&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/330326/original/file-20200424-163067-d2a62u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=414&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/330326/original/file-20200424-163067-d2a62u.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=414&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Les premières composantes hexagonales du miroir primaire sont fondues par l’entreprise Schott à Mayence.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.eso.org/public/images/eso1801a/">Schott/ESO</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Le budget de l’ELT, dont une petite fraction (10 à 15 %) reste à compléter, ne permet pas à l’organisation européenne ESO de financer l’instrument français MOSAIC. Au-delà des complexités techniques, l’équipe de MOSAIC a dû mettre en place un système original d’autofinancement, avec l’aide de nombreux responsables scientifiques en France, en Europe, aux États-Unis et au Brésil. Les pays les plus importants de la collaboration sont le Royaume-Uni, l’Allemagne et les Pays-Bas, et bien sûr la France. Les capacités de l’instrument attirent de nombreuses contributions financières mises en place progressivement, par exemple du <a href="http://www.stsci.edu/"><em>Space Telescope Science Institute</em></a> (qui gère le télescope spatial), ou d’instances européennes, finlandaises, suisses, etc. La mise en place progressive du nouveau mastodonte de l’astronomie, l’<em>Extremely Large Telescope</em> et de sa série d’instruments est une des aventures les plus excitantes et prometteuses de l’astronomie moderne.</p>
<hr>
<p><em>La Région Ile-de-France finance des projets de recherche relevant de Domaines d’intérêt majeur et s’engage à travers le dispositif Paris Région Phd pour le développement du doctorat et de la formation par la recherche en cofinançant 100 contrats doctoraux d’ici 2022. Pour en savoir plus, visitez <a href="https://www.iledefrance.fr/education-recherche">iledefrance.fr/education-recherche</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/136273/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>François Hammer a reçu des financements de l'Union Européenne, l'ANR, CNRS, Observatoire de Paris. </span></em></p>
Le plus grand télescope du monde pourrait résoudre le plus grand nombre de systèmes planétaires, et servira aussi à étudier les objets les plus lointains et les variations les plus subtiles du cosmos.
François Hammer, Astronome, membre du laboratoire Galaxie Etoiles Physique Instrumentation (GEPI), labellisé Domaine d'Intérêt Majeur ACAV+ par la Région Ile-de-France, Observatoire de Paris
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/132784
2020-04-06T18:19:51Z
2020-04-06T18:19:51Z
Une nouvelle caméra pour traquer des traces de vie sur Mars
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/325028/original/file-20200402-74863-16r45zo.png?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C5%2C1920%2C1072&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Le rover Perseverance atterrira sur la planète rouge un peu après 15h40 le 18 février 2021 (heure de New York). SuperCam est l’œil en haut du mât.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://mars.nasa.gov/resources/24804/perseverance-on-mars/">NASA/JPL-Caltech</a></span></figcaption></figure><p>Le 17 juillet 2020 décollera la prochaine mission martienne de la NASA, <a href="https://mars.nasa.gov/mars2020/">Mars2020</a>. À son bord, le rover Perseverance part chercher des traces de vie fossile et identifier les échantillons qui pourraient revenir vers la Terre dans de futures missions. Sur Perseverance, la caméra SuperCam est un couteau suisse de l’espace qui permet d’analyser le sol martien.</p>
<h2>Ce qu’on sait déjà de l’eau et des potentielles traces de vie sur Mars</h2>
<p>Quand on regarde une image de Mars, on est frappé par la ressemblance avec la Terre. On y reconnaît facilement des restes de lacs, de rivières, de deltas. La Terre et Mars partagent un passé commun : lors de leurs formations dans le disque d’accrétion autour du Soleil il y a 4,5 milliards d’années, Mars et la Terre étaient des planètes « magma » qui se sont <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9ologie_de_Mars">lentement refroidies</a> jusqu’à permettre l’apparition d’eau liquide sur leur surface sous forme de lacs et d’océans. Mais tandis que notre planète a su maintenir ses océans et permettre ainsi la prolifération de la vie, la planète Mars s’est asséchée pour devenir ce monde froid et sec qu’on observe aujourd’hui – une divergence de destins qui date d’il y a environ 3 milliards d’années. Comme les plus anciennes traces de vie sur Terre remontent à environ 3,7 milliards d’années, période où les deux planètes n’avaient pas encore évolué de manière différenciée, on pense que des conditions favorables à l’apparition de la vie sur Mars ont existé.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/324605/original/file-20200401-66134-xam0sw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=2%2C0%2C1859%2C1488&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/324605/original/file-20200401-66134-xam0sw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=481&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/324605/original/file-20200401-66134-xam0sw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=481&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/324605/original/file-20200401-66134-xam0sw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=481&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/324605/original/file-20200401-66134-xam0sw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=604&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/324605/original/file-20200401-66134-xam0sw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=604&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/324605/original/file-20200401-66134-xam0sw.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=604&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Site d’atterrissage de Mars2020, dans le cratère martien Jezero. Dans le passé, il existait sur Mars des canaux creusés par l’eau, qui transportaient des sédiments, formant des deltas au fond de lacs. L’image contient les données de deux instruments de la mission Mars Reconnaissance Orbiter, de la NASA : la caméra de contexte et le spectromètre d’imagerie.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/press-release/nasa-announces-landing-site-for-mars-2020-rover">NASA/JPL/JHUAPL/MSSS/Brown University</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Depuis le début des années 2000, un nombre important de missions spatiales en orbite ou à la surface de la planète Mars fournissent des informations précieuses. Ce vaste programme d’étude de la planète s’articule autour de trois axes scientifiques : déterminer si la vie a pu émerger, comprendre les processus et l’histoire du climat, comprendre l’évolution de la surface et de l’intérieur de la planète.</p>
<p>Les missions américaines telles que <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/2001_Mars_Odyssey">Mars Odyssey</a> ou <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Mars_Reconnaissance_Orbiter">Mars Reconnaissance Orbiter</a> mais également la mission européenne <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Mars_Express">Mars Express</a> ont permis entre autres de faire une cartographie des minéraux hydratés, des carbonates, des sulfates par exemple, de faire l’analyse de la surface et de l’intérieur des calottes polaires et d’étudier les processus atmosphériques mettant en évidence le cycle de l’eau ou des poussières qui contribuent aux processus atmosphériques.</p>
<h2>L’habitabilité d’une planète, notion-clef</h2>
<p>Ces premiers indices sont un premier pas important vers la notion d’habitabilité de Mars. Le terme d’habitabilité désigne le fait qu’une planète a pu réunir à un moment de son histoire l’ensemble des conditions favorables de l’apparition de la vie. Même si les indices recueillis par les premières missions ont donné espoir à la communauté scientifique martienne que la vie aurait pu émerger sur cette planète, ils ne suffisent pas pour en faire la démonstration. En s’appuyant sur ce que l’on connaît sur Terre, et même si ce n’est pas le seul modèle possible, on considère que la preuve pourrait être faite si plusieurs paramètres sont réunis au même endroit, et au même moment géologique. On peut citer parmi ces paramètres la présence d’eau liquide salée à <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Potentiel_hydrog%C3%A8ne">pH</a> modéré sur une longue période géologique, la présence <a href="https://media4.obspm.fr/public/ressources_lu/pages_planetologie-habitabilite/habit-decouvrir_impression.html">d’une source d’énergie pour initier des réactions chimiques</a>, la présence de <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re_organique">matériaux organiques</a> et de <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Biosignature">biosignatures</a>. De plus, de manière à pouvoir observer les biosignatures aujourd’hui, ces dernières doivent avoir été préservées de la biodégradation due par exemple aux <a href="https://www.science-et-vie.com/questions-reponses/comment-survient-le-processus-de-fossilisation-6186">processus de fossilisation</a> ou aux <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonnement_cosmique">rayonnements cosmiques</a>.</p>
<p>En août 2012, la mission américaine Mars Sample Laboratory a déposé sur Mars le célèbre <a href="https://mars.nasa.gov/msl/home/">rover Curiosity</a>. Ce rover embarquant dix instruments scientifiques dont deux français, a comme mission de démontrer l’habitabilité du site d’atterrissage, de caractériser la géologie du site d’atterrissage et le climat de Mars. Le site choisi pour la mission, le cratère Gale, est un cratère d’impact daté de 3,8 à 3,5 milliards d’années avec la présence de couches sédimentaires indiquant la présence passée d’une grande quantité d’eau liquide. Grâce à l’ensemble de ses instruments, cette mission est un grand succès puisqu’elle a maintenant démontré l’habitabilité du site. Ces résultats posent néanmoins de nouvelles questions d’abord sur le cratère Gale lui-même : combien de temps est-il resté habitable ? est-il le seul cratère de Mars à l’avoir été ? Plus globalement : pourquoi l’habitabilité s’est-elle arrêtée ? Et surtout, habitabilité ne signifiant pas forcément que la vie a réellement existé : est-ce que la vie s’est développée sur Mars à un moment de son histoire ?</p>
<h2>Un plan ambitieux : ramener des échantillons contenant des biosignatures</h2>
<p>La prochaine mission américaine vers la planète Mars, nommée <a href="https://mars.nasa.gov/mars2020/">Mars2020</a> déposera à nouveau sur Mars un rover similaire à Curiosity et nommé Perseverance, de la taille d’une petite voiture, embarquant sept instruments dont un instrument français. Le lancement est programmé pour juillet 2020 et l’atterrissage dans le cratère Jezero est prévu en février 2021. L’objectif principal cette fois est la préparation au retour d’échantillons de traces de vie fossile. L’ensemble des instruments du rover identifieront les meilleurs échantillons susceptibles de renfermer des biosignatures. Grâce à son bras motorisé, une quarantaine de prélèvements seront effectués et mis dans des conteneurs laissés sur place. La mission suivante, en cours de programmation, ira les récupérer pour les ramener sur Terre afin de les analyser en laboratoire. Le site d’atterrissage <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Jezero_(crat%C3%A8re)">Jezero</a> a été choisi avec soin pour optimiser les chances de trouver des biosignatures. Il s’agit à nouveau d’un cratère d’impact du même âge que Gale. Il abrite un delta argileux riche en minéraux hydratés, indiquant la présence autrefois d’une grande quantité d’eau liquide.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/324603/original/file-20200401-66140-13lario.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/324603/original/file-20200401-66140-13lario.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/324603/original/file-20200401-66140-13lario.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=415&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/324603/original/file-20200401-66140-13lario.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=415&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/324603/original/file-20200401-66140-13lario.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=415&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/324603/original/file-20200401-66140-13lario.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=522&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/324603/original/file-20200401-66140-13lario.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=522&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/324603/original/file-20200401-66140-13lario.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=522&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Le cratère Jezero, où atterrira la mission Mars2020. Les couleurs claires représentent les altitudes plus élevées. L’ellipse indique le site d’atterrissage.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://mars.nasa.gov/system/downloadable_items/44555_PIA23511.png">NASA/JPL-Caltech/MSSS/JHU-APL/ESA</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Parmi les 7 instruments scientifiques de la mission Mars2020 se trouve l’instrument SuperCam développé conjointement par un ensemble de laboratoires, universités et industriels français et américains. Véritable couteau suisse, cet instrument permet d’associer plusieurs techniques permettant l’analyse de la composition chimique des roches par la technique <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A9trie_d%27%C3%A9mission_atomique_de_plasma_induit_par_laser">LIBS</a> qui utilise un laser qui les pulvérisent, l’analyse des minéraux et de la matière organique par la technique <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectroscopie_Raman">RAMAN</a> qui analyse la lumière émise par les vibrations des molécules excitées par un laser, ou spectroscopie passive visible et infrarouge. Une caméra de contexte permettra de voir les zones analysées en détails : par exemple une zone sur laquelle on a tiré avec le laser ou encore des veines minéralogiques intéressantes. Enfin, un microphone permettra d’enregistrer les sons. Toutes ces techniques contribuent à faire de l’analyse minéralogique de terrain. Elles sont complémentaires. Si la zone observée est propice, d’autres instruments de la mission feront également des analyses, qui seront toutes utilisées pour identifier des échantillons intéressants à ramener sur Terre.</p>
<p>SuperCam succède à l’instrument ChemCam, qui était embarqué sur le rover Curiosity. Il a été largement amélioré et contribuera à remplir les objectifs scientifiques de la mission.</p>
<p>Avec la mission Mars2020 et le retour d’échantillon de la mission suivante, nous sommes à l’aube de découvrir pour la première fois qu’une autre planète que la nôtre aurait pu dans son histoire favoriser le développement de la vie. La Terre et Mars ne sont que deux petites planètes orbitant autour d’une étoile banale à la périphérie d’une galaxie composée de centaines de milliards d’étoiles accueillant pour la plupart des planètes, parmi des centaines de milliards de galaxies. La recherche de la vie dans notre système solaire et dans l’univers ne fait donc que commencer.</p>
<hr>
<p><em>La Région Ile-de-France finance des projets de recherche relevant de Domaines d’intérêt majeur et s’engage à travers le dispositif Paris Région Phd pour le développement du doctorat et de la formation par la recherche en cofinançant 100 contrats doctoraux d’ici 2022. Pour en savoir plus, visitez <a href="https://www.iledefrance.fr/des-aides-la-recherche-pour-13-domaines-dinteret-majeur">iledefrance.fr/education-recherche</a>.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/132784/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Jean-Michel Reess ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>
La prochaine mission martienne de la NASA embarque une caméra sophistiquée qui participera à détecter des traces de vie fossile.
Jean-Michel Reess, Ingénieur au Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (LESIA), CNRS, Observatoire de Paris
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tag:theconversation.com,2011:article/124537
2019-10-02T17:52:19Z
2019-10-02T17:52:19Z
Y a-t-il une éducation au climat digne de ce nom en France ?
<p>La préoccupation climatique aura particulièrement occupé l’actualité du mois de septembre : un sommet des Nations unies à New York, les grèves et marches des jeunes pour le climat dans de nombreux pays, le rapport spécial <em>Océans et Cryosphère</em> publié par le Groupe intergouvernemental pour l’étude du climat, ouragans et incendies…</p>
<p>Mais quelle place exacte nos lycées, collèges et écoles, qui ont récemment fait leur rentrée, font-ils à l’enseignement du changement climatique ?</p>
<p><a href="https://unfccc.int/resource/docs/2015/cop21/fre/l09f.pdf">L’article 12</a> de l’Accord de Paris, ratifié à la suite de la COP21 (2015), fait obligation aux signataires de se préoccuper d’une telle éducation pour tous les élèves. Au printemps dernier, une pétition signée d’éminents climatologues interrogeait vigoureusement la situation en France. <a href="https://www.ladocumentationfrancaise.fr/rapports-publics/194000526-premier-rapport-annuel-du-haut-conseil-pour-le-climat-agir-en-coherence-avec-les-ambitions/">Le premier rapport</a> du Haut-Conseil pour le climat souligne qu’« il faut intégrer systématiquement les connaissances sur le changement climatique, les émissions de GES et les actions bas carbone dans les systèmes d’éducation ».</p>
<p>Sans doute sensible à la mobilisation de la jeunesse comme à celle des scientifiques, le ministère de l’Éducation nationale a tardivement pris conscience de la nécessité d’agir, nécessité d’autant plus impérieuse que tout changement au sein du système éducatif prend du temps.</p>
<p>En juin dernier, le ministre a saisi le Conseil supérieur des programmes – où siègent notamment des députés et sénateurs – pour lui demander d’étudier, au collège et à l’école primaire, « des enseignements plus explicites, plus précis et plus complets… ayant trait au changement climatique, à la biodiversité et au développement durable, intégrés dans toutes les disciplines… avec une base scientifique progressivement consolidée ».</p>
<p>Vaste programme, dont il faut espérer la cristallisation opérationnelle et concrète dès la rentrée 2020.</p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"1176804726274449408"}"></div></p>
<h2>Ignorance des faits et du consensus scientifique</h2>
<p>De fait, il est déjà bien tard. Nombre de témoignages, de parents comme de professeurs, attestent du désarroi, voire de l’angoisse ressentie par de jeunes enfants ou adolescents, démunis ou crédules en entendant que la planète est en perdition, une nouvelle extinction en marche, l’humanité entière menacée de collapse, voire de disparition.</p>
<p>Et les adolescents, s’interrogeant sur leurs choix professionnels à venir, ne sont pas en reste. <a href="https://theconversation.com/leco-anxiete-une-angoisse-salutaire-123028">L’éco-anxiété</a>, charriée par les réseaux sociaux, serait-elle le nouveau mal du siècle ? En Europe, aux États-Unis, en Australie, des chercheurs ont analysé en profondeur, chez des jeunes de 12 à 25 ans, le <a href="https://climatecommunication.yale.edu/publications/american-teens-knowledge-of-climate-change">rôle des connaissances</a>, des valeurs et des <a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/wcc.353">engagements</a> autour des questions climatiques.</p>
<p>Il en ressort une grande ignorance des faits et du consensus scientifique sur ceux-ci, de sérieuses confusions entre adaptation et atténuation, mais aussi une place de choix donnée à certains « messagers » que ces jeunes estiment fiables, au premier rang desquels figurent leurs professeurs.</p>
<p>Aujourd’hui, si tous nos élèves savent que « la Terre se réchauffe », très rares sont ceux auxquels ont été expliqués les phénomènes en jeu et les ordres de grandeur associés.</p>
<p>Une analyse soignée des <a href="http://cache.media.education.gouv.fr/file/MEN_SPE_11/67/3/2015_programmes_cycles234_4_12_ok_508673.pdf">actuels programmes</a> de l’école et du collège en France, lesquels sont communs à tous les élèves, montre qu’à une ou deux rares exceptions en primaire, les connaissances climatiques n’y apparaissent que timidement à partir de la classe de 6<sup>e</sup>. Dans les trois années qui suivent, elles figurent de-ci de-là, évoquées en géographie et en sciences de la vie et de la Terre (SVT) sous forme quelque peu désordonnée et impressionniste.</p>
<p>On comprend que le chantier qui s’ouvre sera difficile. Il devrait donner aux élèves un cadre structuré de pensée, leur permettant d’avoir une vision globale, quoiqu’ici élémentaire, du système Terre (continents, océan, atmosphère, glaces, biosphère et leurs couplages mutuels), de son évolution rapide sous l’influence humaine, des risques encourus, et des solutions encore accessibles, tant pour l’adaptation que pour l’atténuation. Il devrait aussi pointer l’indispensable solidarité globale et l’exigence de justice climatique. Il devrait enfin souligner que la science analyse des faits et des stratégies, évalue des probabilités, dessine des scénarios pour l’avenir, mais qu’elle ne dicte pas des choix qui relèvent de valeurs et du libre débat démocratique.</p>
<h2>Une indispensable vision systémique</h2>
<p>Au collège, la fragmentation disciplinaire des professeurs joue contre cette indispensable vision systémique. Seul un travail collectif, un narratif obligé par le programme et commun à tous, permettrait de restituer aux élèves la cohérence de la science climatique et le paysage des actions possibles. À l’école primaire, avec son unique professeur traitant de toutes les disciplines, la tâche sera plus aisée.</p>
<p>Pour tous ces jeunes entre 6 et 16 ans, l’essentiel est de structurer leur pensée de façon rationnelle et de leur offrir, par des projets et une <a href="http://oce.global/fr/oce/a-propos">pédagogie active</a> du type <a href="http://fondation-lamap.org">« La main à la pâte »</a>, des activités qui, pour modestes qu’elles soient dans leur voisinage immédiat, fassent sens – telle l’estimation du bilan carbone de chacun, de la famille, de l’école, du quartier. Dans le sillage de « La main à la pâte », la création en 2018 de l’<a href="http://oce.global">Office for Climate Education</a> à Paris vise à accompagner les enseignants par des outils adaptés et de qualité scientifique indiscutable, en écho aux <a href="https://www.ipcc.ch/reports/">rapports successifs du GIEC</a>.</p>
<p>Au lycée, la maturité des élèves permettrait de construire des connaissances plus approfondies, ouvrant à l’exercice prochain de leur citoyenneté. La réforme du lycée général est <a href="https://www.education.gouv.fr/pid285/bulletin_officiel.html?pid_bo=39051">entrée en vigueur tout récemment</a>. La classe de 2nde demeure indifférenciée, et le climat de la Terre en est pratiquement absent. Puis en 1<sup>re</sup> et terminale (pour 2020), les anciennes sections S, ES et L sont supprimées, remplacées par un tronc commun à tous les élèves (soit près de 350 000 par niveau) accompagné d’un menu « à la carte » de spécialités, choisies par chaque élève.</p>
<p>Dans le tronc commun, le mot « climat » ne figure ni en géographie, ni en enseignement moral et civique (EMC), ni en philosophie. « L’environnement », notion très générale, parfois fourre-tout, aux multiples facteurs, est mentionné une à deux fois en EMC et en géographie. L’innovation, réelle, se trouve dans un enseignement scientifique interdisciplinaire, de deux heures hebdomadaires. Le climat terrestre, le réchauffement actuel et ses impacts, la consommation énergétique et la transition écologique y trouvent une place explicite, quoique modeste (à peine 20 % en 1<sup>re</sup>, environ 50 % en terminale).</p>
<p>Ici une vision systémique est bien proposée, éclairée par chacune des sciences : physique, chimie, sciences du vivant et de la planète, mathématiques. L’expérience dira si les professeurs de science savent collectivement mettre en valeur cette vision, en associant économistes, géographes et philosophes à leur enseignement. Elle dira aussi si place est faite, par un dédoublement de classes souvent pléthoriques, à une pédagogie active comprenant des projets et des expériences.</p>
<p>Seule la petite fraction d’élèves (de l’ordre d’un quart au plus), choisissant en 2020 la spécialité « Sciences de la vie et de la Terre » en terminale, recevra une exposition bien plus solide, quoique coupée de la physique-chimie qui se limite à conseiller « d’évoquer » le climat à propos de l’énergie. Enfin, la spécialité « économie » fait une modeste place aux conséquences du changement climatique.</p>
<p>La réforme du lycée professionnel, en cours, ne comprend pour le moment aucune exposition structurée aux questions climatiques, non plus que les sections technologiques du lycée général. N’y aurait-il pas une profonde injustice à ce que, face à cet enjeu planétaire, un bon tiers des jeunes de chaque classe d’âge, de surcroît souvent plus démunis que les élèves du lycée général, ne soient pas dotés d’un minimum d’outils de compréhension ?</p>
<p>En conclusion, une action vigoureuse est nécessaire à l’école et au collège. Au lycée général, les nouveaux programmes pourraient suffire à donner des bases solides à une partie de la jeunesse, à condition qu’au sein de l’établissement un travail collectif des professeurs, élargi à la plupart des disciplines, assure la <a href="http://documents.irevues.inist.fr/handle/2042/70363">cohérence des connaissances</a>. Dans les voies technologiques et surtout professionnelles, tout est à faire. Partout, la <a href="https://www.education.gouv.fr/pid285/bulletin_officiel.html?cid_bo=144377">généralisation récente des éco-délégués</a> ouvre peut-être une piste ?</p>
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<figcaption><span class="caption">Les 5 missions de l’éco-délégué. (Éducation France, 2019).</span></figcaption>
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<p>Sans doute certains argumenteront-ils que les programmes scolaires ne peuvent se saisir à tout moment de toutes les questions sociétales brûlantes, et doivent conserver une certaine distance dans la transmission des savoirs. Certes, mais ici, serait-il vraiment légitime de se contenter d’une <em>school as usual</em>, à l’image des scénarios les plus catastrophiques du GIEC que l’on intitule <em>business as usual</em> ? <a href="https://www.lalibrairie.com/livres/l-education-en-anthropocene_0-6236291_9782356876744.html?ctx=9feebeb87ebb2e5910f5cc2f2a71026b">Entendons la voix de la jeunesse</a> qui est aussi, ici, celle de la sagesse.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/124537/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>L’Office for Climate Education (OCE), dont Pierre Léna est le président du Conseil stratégique, reçoit des financements de nombreux organismes publics (ministères, MétéoFrance…) et privés (Fondation Luciole de l’Institut de France, Fondation Siemens…). </span></em></p>
Si les élèves savent que « la Terre se réchauffe », très rares sont ceux auxquels ont été expliqués les phénomènes en jeu.
Pierre Léna, Professeur émérite, Observatoire de Paris & Université Paris-Diderot, Observatoire de Paris
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/116111
2019-05-21T07:08:00Z
2019-05-21T07:08:00Z
Horizon, ombres et lumière : secrets de trous noirs
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/275260/original/file-20190518-69174-19g7nea.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Le disque d'accrétion du trou noir M87* imagé par l'Event Horizon Telescope.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Trou_noir#/media/File:Black_hole_-_Messier_87.jpg">Event Horizon Telescope</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>L’année 2019 sera, pour l’histoire, marquée… d’un trou noir. En avril dernier, en effet, la première image de cet objet céleste très mystérieux a été révélée. Réaction logique : ne pas y croire. Car un trou noir, par définition, n’émet pas de lumière. Alors comment peut-on imaginer en observer une image ? Passons ensemble en revue cinq questions qui nous permettront de mieux comprendre ce que cette fameuse image signifie : qu’est-ce qui caractérise un trou noir ? Comment se forment et où se trouvent les trous noirs dans l’univers ? Qu’est-ce qui émet de la lumière près d’un trou noir ? Comment la présence du trou noir se traduit-elle sur l’image obtenue ? Et enfin : comment observer cette image ?</p>
<p>Parmi les innombrables membres du bestiaire astronomique, le trou noir est un objet très particulier. Il n’est pas constitué de matière. Pour le définir, les scientifiques utilisent la géométrie. Un trou noir est un lieu géométrique défini par la présence d’une frontière mathématique appelée l’horizon des événements. Rien ni personne ne peut s’en échapper, pas même la lumière qui est pourtant la particule messagère la plus véloce de l’Univers. D’où la justification de l’épithète : un trou noir est, effectivement, noir, vu qu’aucune lumière ne peut s’en échapper.</p>
<h2>Trous noirs stellaires et supermassifs</h2>
<p>Si la définition du trou noir est purement géométrique, il est possible de « créer » un trou noir à partir de matière normale, en la compressant dans un espace suffisamment petit. Ainsi, je peux moi-même être transformé en trou noir pour peu qu’on prenne la peine de me comprimer dans une sphère de rayon égale au dix milliardième de la taille d’un <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Proton">proton</a>. Il faut donc des conditions extrêmes pour former des trous noirs, ce qui explique leur absence de notre quotidien.</p>
<p>Les étoiles massives, lorsqu’elles terminent leur vie en explosant sous forme de supernova, peuvent donner naissance à un trou noir dont la masse est de l’ordre de 10 fois la masse du Soleil. On parle alors de trous noirs stellaires, pour garder en mémoire le processus de fabrication. Notre Galaxie abrite ainsi des millions de trous noirs stellaires, qui ne sont autres que des cadavres d’étoiles massives.</p>
<p>Durant le processus de formation d’une galaxie, du gaz peut s’effondrer en son centre pour former un trou noir qui grossira avec le temps pour former aujourd’hui un trou noir supermassif, affichant jusqu’à 10 milliards de fois la masse du Soleil.</p>
<p>Notre Galaxie abrite un tel monstre en son centre : <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Sagittaire_A*">Sagittarius A*</a>, qui est un poids plume de 4 millions de fois la masse du Soleil. Il est probable que chacune des centaines de milliards des grandes galaxies de l’Univers abrite un tel trou noir supermassif. C’est en tout cas le cas pour la <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/M87">galaxie M87</a>, sujet de la fameuse image publiée le 10 avril dernier : elle abrite en son sein un poids lourd de 6 milliards de fois la masse du soleil, que les astronomes ont décidé, dans un élan remarquable de créativité linguistique, de nommer M87*.</p>
<h2>Émission lumineuse à proximité d’un trou noir</h2>
<p>Si un trou noir n’émet pas de lumière par lui-même, il est fréquent de rencontrer des trous noirs sociables, qui aiment à s’entourer de matière normale, susceptible d’émettre un rayonnement. Un trou noir n’est pas seulement le grand aspirateur cosmique que l’on s’imagine généralement. De la matière (des électrons et des protons) peut se maintenir en orbite autour du trou noir, et « spiraler » lentement vers l’horizon des événements, laissant amplement le temps à l’émission de lumière pendant ce trajet.</p>
<p>C’est le cas du trou noir M87*. Il est accompagné d’un flot de gaz qui l’entoure à la manière d’un <em>doughnut</em>, tournant et s’échauffant de plus en plus au fur et à mesure que l’on s’approche de l’horizon des événements. Aux abords mêmes du trou noir, l’interaction complexe entre ce flot de matière, le trou noir et le champ magnétique ambiant crée les conditions voulues pour donner naissance à un puissant jet de matière qui s’échappe sur des distances considérables. On comprend qu’on est vraiment très loin du trou noir-aspirateur !</p>
<h2>Effet du trou noir sur la lumière émise</h2>
<p>La lumière émise par le flot de gaz entourant M87* ne se déplace pas en ligne droite comme le ferait de la lumière émise par un phare de voiture. Les trajectoires lumineuses sont violemment courbées par la présence du trou noir, ce qui distord considérablement l’image obtenue. Regardez l’image, ci-dessous, de la Halle aux draps de Cracovie : imagée au naturel dans l’encart du haut, et en ajoutant un trou noir dans l’encart du bas. On constate en particulier que certains éléments de la Halle apparaissent plusieurs fois à des endroits différents de l’image. On comprend ainsi la grande difficulté d’interprétation lorsque le sujet photographié (les environs de M87*) est très mal connu.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/275258/original/file-20190518-69209-tccdov.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/275258/original/file-20190518-69209-tccdov.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=543&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/275258/original/file-20190518-69209-tccdov.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=543&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/275258/original/file-20190518-69209-tccdov.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=543&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/275258/original/file-20190518-69209-tccdov.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=682&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/275258/original/file-20190518-69209-tccdov.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=682&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/275258/original/file-20190518-69209-tccdov.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=682&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Halle aux draps de Cracovie.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Auteur</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Dans la région la plus interne, tout près de l’horizon des événements, la lumière peut s’enrouler autour du trou noir avant de s’échapper pour rejoindre l’observateur sur Terre. Ce processus crée une structure brillante de forme annulaire dans l’image obtenue, que l’on appelle anneau de photons (rappelons que les photons sont les corpuscules élémentaires formant la lumière). Elle entoure une région sombre, appelée ombre du trou noir. Cette diminution d’intensité est due à la présence du trou noir qui capture la lumière s’approchant trop près de son horizon des événements. Considérons un <em>doughnut</em> de matière chaude entourant un trou noir. Une photographie de cet objet montrera une structure en anneau qui correspond à ce que l’on appelle l’image primaire du <em>doughnut</em>, qui est relativement peu déformée. Au centre de la photo, une structure circulaire apparaîtra : l’anneau de photons, image hautement déformée du <em>doughnut</em>. La région entourée par cet anneau de photon est sombre, c’est l’ombre du trou noir. Ces différents éléments sont représentés dans l’image ci-dessous, qui est le résultat d’un calcul.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/275259/original/file-20190518-69174-ccd9jp.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/275259/original/file-20190518-69174-ccd9jp.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=361&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/275259/original/file-20190518-69174-ccd9jp.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=361&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/275259/original/file-20190518-69174-ccd9jp.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=361&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/275259/original/file-20190518-69174-ccd9jp.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=454&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/275259/original/file-20190518-69174-ccd9jp.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=454&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/275259/original/file-20190518-69174-ccd9jp.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=454&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Image d’un trou noir.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Auteur</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Une harmonique de l’image du trou noir</h2>
<p>Pour observer réellement une telle image, un appareil photo n’est forcement pas suffisant. La collaboration internationale <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Event_Horizon_Telescope">Event Horizon Telescope</a> a travaillé pendant plus de 10 ans pour réussir à mettre au point l’instrument nécessaire à l’obtention d’une image de trou noir. L’énorme difficulté de l’opération vient du fait que même les plus gros trous noirs ont une taille apparente (telle que vue depuis la Terre) extrêmement petite (parce qu’ils sont très loin). De l’ordre de la taille d’un pamplemousse sur la Lune vu depuis la Terre !</p>
<p>Pour observer un objet si ridiculement petit, il est nécessaire d’utiliser plusieurs télescopes répartis sur l’ensemble de la planète et mis en réseau. Ces différents télescopes permettent chacun d’avoir accès à une (petite) partie de l’information contenue dans l’image. Utilisons une comparaison dans le domaine acoustique. Un son réel (par exemple une cloche qui sonne) peut se décomposer en une superposition de sons purs, simples, qu’on appelle des harmoniques. Il en va de même pour une image. Chaque couple de télescopes de l’Event Horizon Telescope permet d’accéder à une harmonique de l’image du trou noir. À partir du petit nombre d’harmoniques observées par le réseau, il a fallu utiliser des algorithmes sophistiqués pour retrouver l’image complète sous-jacente. Le résultat final est l’image en tête de cet article, qui a abondamment circulé depuis le 10 avril (et qui n’a donc rien à voir avec une photographie au sens usuel du terme).</p>
<p>On reconnaît sur l’image les traits caractéristiques évoqués plus haut : la zone sombre centrale (l’ombre du trou noir), entourée d’une structure annulaire. Cette structure est la superposition de l’anneau de photon et de l’image primaire du flot de gaz entourant le trou noir, que la résolution de l’Event Horizon Telescope ne permet pas de séparer, au contraire de l’image calculée plus haut.</p>
<p>Cette image est un résultat majeur pour la physique des trous noirs. Elle est en parfait accord avec les prédictions de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Pour les scientifiques, prendre en défaut cette fameuse théorie est le Graal de l’<a href="https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Astrophysique">astrophysique relativiste</a> : il faudra encore attendre pour y parvenir !</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/116111/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Frédéric Vincent ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>
La publication d’une « photo » d’un trou noir en avril dernier a fait grand bruit. Mais qu’il y a-t-il derrière cette image ?
Frédéric Vincent, Chercheur CNRS à l'Observatoire de Paris, Observatoire de Paris
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/111880
2019-03-17T20:14:10Z
2019-03-17T20:14:10Z
Déjà 4 000 exoplanètes découvertes… Et ce n’est pas fini !
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/263459/original/file-20190312-86690-aal2sk.png?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C4%2C1354%2C745&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">La quête des exoplanètes.</span> <span class="attribution"><span class="source">Margaret Thompson/Spot on Science</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p>La quête cosmologique des exoplanètes s’avère fructueuse : la barre des <a href="http://www.exoplanet.eu">4 000</a> découvertes a été franchie la semaine dernière. Cette recherche fascine le grand public puisque l’on espère qu’un jour, l’on puisse déceler, sur l’un de ces corps célestes, des signes de vie. Mais n’allons pas trop vite en besogne. Et répondons tout d’abord aux questions suivantes : qu’est-ce qu’une exoplanète et que signifie « découvrir une exoplanète » ?</p>
<p>Une exoplanète ou planète extra-solaire est une planète qui orbite autour d’une autre étoile que le soleil. Pour la nommer, on ajoute une lettre minuscule au nom de l’étoile, en commençant par « b » pour la première exoplanète détectée ; le A étant réservé à l’étoile. Ainsi, l’exoplanète <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/CoRoT-7_c"><em>Corot7c</em></a> est la deuxième exoplanète trouvée autour de l’étoile <em>Corot7A</em>. Comme il y a des milliards d’étoiles, on s’attend à découvrir des milliards d’exoplanètes. Cependant, nous en connaissons seulement 4 000 car il est compliqué de détecter leur présence. Les instruments actuels ne peuvent en effet découvrir que des exoplanètes qui orbitent autour d’étoiles de notre galaxie dans le voisinage du soleil.</p>
<p>Alors, comment fait-on pour les découvrir ? En 2019, l’astrophysicien professionnel ne met plus jamais l’œil derrière son télescope pour étudier son objet de prédilection. Pour découvrir et étudier des corps célestes, il utilise un ensemble d’instruments composé, entre autres, d’un télescope qui collecte la lumière de la source observée et de dispositifs qui analysent cette lumière. Le tout financé par une institution, un état, voire un groupement d’états comme l’ESO (<a href="https://www.eso.org/public/france/">Observatoire européen austral</a>).</p>
<p>Utilisons l’instrument le plus simple qui soit : un détecteur similaire à un appareil photo numérique. Pointons le télescope vers une étoile autour de laquelle orbite une exoplanète et enregistrons une image. Comme l’étoile est entre 10 000 et 10 milliards de fois plus brillante que la planète extra-solaire, nous ne voyons que l’étoile sur l’image enregistrée… et pas l’exoplanète ! Pour contourner cette difficulté, les astrophysiciens utilisent des techniques indirectes : ils mesurent un signal qui trahit la présence de l’exoplanète sans détecter la lumière réfléchie ou émise par celle-ci. Plusieurs procédés sont utilisés.</p>
<h2>Transit</h2>
<p>Une première technique, celle des transits, mesure les variations temporelles de la luminosité de l’étoile. Si, en parcourant son orbite, l’exoplanète passe entre l’étoile et l’observateur, elle masque une partie du disque stellaire et la luminosité mesurée diminue : schéma explicatif ci-dessous.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/263434/original/file-20190312-86686-bw01yo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/263434/original/file-20190312-86686-bw01yo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=381&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/263434/original/file-20190312-86686-bw01yo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=381&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/263434/original/file-20190312-86686-bw01yo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=381&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/263434/original/file-20190312-86686-bw01yo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=479&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/263434/original/file-20190312-86686-bw01yo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=479&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/263434/original/file-20190312-86686-bw01yo.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=479&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Luminosité stellaire mesurée en fonction du temps. Quand la planète (en bleu) passe devant l’étoile (en jaune), le flux mesuré diminue.</span>
<span class="attribution"><span class="source">ESA</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Que mesure-t-on exactement ? Connaissant la masse de l’étoile, on peut en déduire la séparation entre l’étoile et son exoplanète (<a href="https://media4.obspm.fr/public/ressources_lu/pages_lois-kepler/peser-kepler-apprendre.html">3ᵉ loi de Kepler</a>). La forme de la courbe de luminosité donne des informations sur les paramètres orbitaux de l’exoplanète. Par ailleurs, l’amplitude de la variation de luminosité permet d’estimer le rapport entre le rayon de l’exoplanète et celui de son étoile. Si on connaît le rayon de l’étoile, on a alors celui de l’exoplanète. Des milliers d’exoplanètes ont été détectées par transit (missions <a href="https://corot.cnes.fr/fr">CoRoT</a>, <a href="https://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.html">Kepler</a>, ou <a href="https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/tess/">Tess</a>) mais il existe d’autres techniques.</p>
<h2>Mouvement orbital de l’étoile</h2>
<p>L’étoile et l’exoplanète tournent toutes les deux autour du centre de gravité du système. Si l’exoplanète tourne autour de son étoile, cette dernière bouge aussi. Il suffit donc de détecter le mouvement de l’étoile pour détecter la présence d’une exoplanète. Deux types d’instruments permettent de mesurer ce mouvement. Les premiers mesurent la vitesse radiale de l’étoile, les seconds son astrométrie.</p>
<h2>Vitesse radiale</h2>
<figure>
<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/u13tCjkPLF0?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
</figure>
<p>Une étoile émet une lumière composée d’une infinité de couleurs. C’est pour cela que la lumière du Soleil décomposée par les gouttes de pluie crée un arc-en-ciel. Cet arc-en-ciel, appelé spectre en physique, peut être enregistré par un spectromètre (sans la pluie !). Au premier abord, le spectre du Soleil ainsi obtenu</p>
<p>correspond à l’arc-en-ciel observé dans le ciel.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/263449/original/file-20190312-86678-1i77jub.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/263449/original/file-20190312-86678-1i77jub.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=83&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/263449/original/file-20190312-86678-1i77jub.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=83&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/263449/original/file-20190312-86678-1i77jub.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=83&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/263449/original/file-20190312-86678-1i77jub.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=105&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/263449/original/file-20190312-86678-1i77jub.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=105&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/263449/original/file-20190312-86678-1i77jub.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=105&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Spectre du Soleil.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Fourni par l’auteur</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>On remarque sur l’image ci-dessus des traits noirs verticaux, appelés raies d’absorption : certaines couleurs manquent car elles sont absorbées par des composés chimiques qui se trouvent dans les couches supérieures du Soleil. En étudiant quelles couleurs manquent, on peut savoir de quels composés chimiques il s’agit. De la même manière, l’étude du spectre des étoiles permet de déterminer leur composition chimique. Elle permet aussi de mesurer la vitesse radiale de rapprochement ou d’éloignement de l’étoile par rapport à nous car le spectre mesuré est modifié par ce que l’on appelle l’<a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Doppler">effet Doppler-Fizeau</a> : le spectre est décalé vers le rouge si l’étoile s’éloigne, vers le bleu si elle s’approche.</p>
<p>Si on mesure périodiquement que l’étoile s’éloigne et s’approche de nous, c’est qu’elle est en orbite autour d’un point ; dans l’espace, une étoile ne peut pas aller en ligne droite, s’arrêter et repartir en arrière. La valeur mesurée de la vitesse radiale permet d’estimer une valeur minimale de la masse de l’objet qui orbite autour de l’étoile. Si la masse est grande, il s’agit d’une seconde étoile : on a découvert un couple d’étoiles appelé une <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89toile_binaire">étoile binaire</a>. Si la masse est plus faible, il s’agit d’une exoplanète.</p>
<h2>Et bientôt, l’astrométrie</h2>
<p>L’astrométrie consiste à enregistrer le mouvement de l’étoile perpendiculairement à la ligne de visée qui lie l’étoile à l’observateur. Si l’étoile se déplace périodiquement d’un côté à l’autre, c’est qu’elle est en orbite autour d’un point. En fonction de l’amplitude du mouvement, il s’agit d’une étoile binaire ou d’une exoplanète dont on peut mesurer sa masse et ses paramètres orbitaux. Cette technique n’a pas encore été utilisée car le déplacement d’une étoile dû à son exoplanète est très faible. Mais cela va changer avec la <a href="https://gaia.obspm.fr/">mission Gaia</a> qui observe les étoiles de notre galaxie. On prévoit, grâce à cette technique, l’annonce de milliers d’exoplanètes courant 2019 !</p>
<h2>Mais on veut une image !</h2>
<p>Il est vrai qu’on aimerait obtenir des images des exoplanètes. Plus précisément, on aimerait détecter la lumière émise, réfléchie ou transmise par l’exoplanète. On pourrait ainsi étudier la composition chimique de son atmosphère par <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectroscopie">spectrométrie</a>.</p>
<p>La technique des transits décrite plus haut permet dans certains cas particuliers d’étudier les hautes couches de l’atmosphère de l’exoplanète. On compare le spectre de l’étoile avant le transit et pendant le transit et on repère les raies d’absorption qui apparaissent pendant le transit. Elles sont dues à des molécules de l’atmosphère de l’exoplanète. Les mesures sont très compliquées car le signal est ténu. De plus, la technique du transit ne permet d’étudier que des exoplanètes qui orbitent très proche de leur étoile (moins d’une unité astronomique, <em>ua</em>, qui représente la distance Soleil-Terre).</p>
<p>Pour détecter la lumière émise ou réfléchie d’une exoplanète qui orbite à plus d’une <em>ua</em> de son étoile, il ne reste qu’une solution : en faire l’image. Pour cela, on utilise un coronographe qui atténue la lumière reçue de l’étoile sans affecter celle de l’exoplanète. Depuis 2014, quelques instruments scrutent les étoiles voisines du Soleil et ont réussi à enregistrer l’image d’une quinzaine d’exoplanètes dont <em>Beta Pictoris b</em>, ci-dessous.</p>
<figure class="align-right zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/263455/original/file-20190312-86690-ogrnad.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/263455/original/file-20190312-86690-ogrnad.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/263455/original/file-20190312-86690-ogrnad.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=442&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/263455/original/file-20190312-86690-ogrnad.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=442&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/263455/original/file-20190312-86690-ogrnad.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=442&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/263455/original/file-20190312-86690-ogrnad.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=556&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/263455/original/file-20190312-86690-ogrnad.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=556&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/263455/original/file-20190312-86690-ogrnad.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=556&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Image de l’exoplanète Beta Pictoris b qui orbite à 8ua de l’étoile Beta Pictoris A, masquée sur cette image. L’est est vers la gauche et le nord vers le haut.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Fournie par l’auteur</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Eh oui, impossible de voir les détails de la surface des exoplanètes ! Comme celles-ci sont très loin de nous, leur image est une tâche et aucun instrument ne permet aujourd’hui d’avoir plus de détails. En revanche, par spectrométrie, nous avons des informations sur la température et la composition chimique de l’atmosphère de l’exoplanète. À ce jour, la quinzaine d’exoplanètes dont on a une image sont de très jeunes (environ 100 millions d’années) planètes géantes gazeuses (au moins 1 000 fois la masse de la Terre) qui orbitent loin de leurs étoiles. Pour détecter des exoplanètes plus légères et plus proches de leur étoile, il faut attendre les années 2020 et la prochaine génération d’instruments.</p>
<h2>Et les planètes jumelles de la Terre ?</h2>
<p>Il n’est pas rare de lire ou d’entendre qu’une nouvelle exoplanète jumelle de la Terre a été découverte. Une telle affirmation n’est pas scientifique car il faudrait être capable de mesurer le rayon, la masse, la période orbitale et la composition de l’atmosphère de l’exoplanète. Or, aucune technique ne permet de mesurer toutes ces caractéristiques en même temps. Et aucune exoplanète ne peut être observée par un ensemble de techniques qui permettraient toutes ces mesures. Peut-être pourra-t-on le faire un jour ; mais en attendant de découvrir la première jumelle de la Terre, les astrophysiciens ont du boulot, et c’est passionnant ! Étudier la diversité des exoplanètes permet de comprendre comment ces objets se forment et, par voie de conséquence, comment notre système solaire s’est formé.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/111880/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Raphaël Galicher a reçu des financements de l'ANR, du Cnes, de l'Université Paris Diderot, du CNRS. </span></em></p>
4 000 exoplanètes découvertes, et ce n’est qu’un début. Des nouvelles techniques permettent aux astrophysiciens d’en savoir plus sur ces corps célestes qui nous fascinent.
Raphaël Galicher, Docteur, Observatoire de Paris
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/98281
2018-06-28T22:08:05Z
2018-06-28T22:08:05Z
Quand arts et sciences des plasmas se rencontrent au musée : enjeux d’une médiation croisée
<p><em>Cet article a été coécrit avec l’aide de Charlotte Mansour, chargée de communication du Labex PLAS@PAR et Xavier Fresquet, chef de projet du Labex PLAS@PAR</em></p>
<hr>
<p>L’interdisciplinarité et le décloisonnement constituent-ils des clés de réponse aux enjeux sociétaux contemporains ?</p>
<p>La jeune <a href="https://www.sorbonne-universite.fr/">Sorbonne Université</a> et ses partenaires sont en faveur de ce postulat.</p>
<p>En son sein, le Laboratoire d’Excellence en physique des plasmas à Paris <a href="http://www.plasapar.com/en/">« PLAS@PAR »</a>, s’inscrit dans une dynamique en alliant excellence de la recherche et développement de projets multidisciplinaires, à travers une réflexion autour des notions de transmission et de partage des savoirs, en particulier vers le grand public.</p>
<p>Cette réflexion a ainsi vu naître en 2017-2018 un partenariat inédit avec le Centre Pompidou : scientifiques, enseignants en physique-chimie et arts plastiques, artistes, étudiants, scolaires et grand public se sont interrogés et ont expérimenté ensemble, tout au long de l’année, sur les rapports entre les arts et les sciences.</p>
<h2>Le plasma, qu’est-ce que c’est ?</h2>
<p>Également appelé 4<sup>e</sup> état de la matière ou matière ionisée, le plasma représente 99 % de l’univers visible. Étudié en laboratoire et observé dans son environnement naturel (foudre, aurores boréales, soleil, étoiles, nébuleuses interstellaires), le plasma fait aussi partie de notre quotidien, de l’éclairage (tubes néons) à la fabrication de circuits intégrés, la production d’énergie, la santé, la sécurité, l’environnement ou encore l’agronomie.</p>
<p>Si les sciences essaient de comprendre le monde et que les arts le transforment, il paraît légitime de s’interroger sur la primauté temporelle des théories artistiques face aux théories scientifiques et réciproquement. Interroger notre monde, n’est-ce pas l’essence même des sciences et des arts ?</p>
<p>Le tableau est très tôt considéré comme une imitation, une ouverture vers la nature et vers l’histoire. Nicolas Poussin le décrit comme « une imitation faite avec lignes et couleurs en quelque superficie de tout ce qui se voit sous le soleil ». À travers ces quelques mots, des notions essentielles émergent. Lumière, couleur et matière, composantes fondamentales de la peinture apparaissent comme des caractéristiques quantifiables et analysables. Un premier lien entre arts et sciences s’offre à nous.</p>
<p>Ces trois notions sont d’ailleurs tout aussi essentielles pour les sciences physiques, et naturellement en physique des plasmas. En effet la matière ionisée, en tant que matière chaude énergétique est à la fois lumineuse (elle émet des photons) et colorée (sa couleur dépend de la matière – oxygène, fer, azote, etc. – qui est excitée et de sa température). Le soleil, chaud, lumineux et brillant d’une lumière blanche qui éclaire notre quotidien, représente un exemple de plasma que chacun peut appréhender.</p>
<p>C’est ainsi, autour des discussions sur les liens que les arts entretiennent avec la notion de plasma, que le triptyque « matière-lumière-couleur » s’est imposé pour faciliter la médiation arts-sciences.</p>
<h2>Matière plastique, matière plasma</h2>
<p>La matière constitue notre univers, elle modèle notre environnement. Dans le champ des arts, la matière est sans cesse questionnée, qu’il s’agisse du matériau, du support, des techniques, ou encore de son caractère fini ou infini. La matière est au centre des préoccupations des artistes, depuis les premiers bas-reliefs sumériens jusqu’au Land Art, l’art optique, l’art abstrait, le surréalisme.</p>
<p>La foudre est un exemple concret de matière « plasma » qui parcourt l’histoire de l’art et inspire les artistes. Cette décharge électrique naturelle est un plasma très énergétique qui produit une lumière blanche intense. De <a href="http://juliusvonbismarck.com/bank/index.php?/projects/talking-to-thunder/">Julius von Bismarck</a>, à <a href="https://www.centrepompidou.fr/cpv/ressource.action?param.id=FR_R-ba2d8da42fe0665f4c82a1c415502c9f&param.idSource=FR_P-f1d87ab59055fc9942295de256286cbd">Judit Reigl</a> ou à <a href="https://www.diaart.org/visit/visit/walter-de-maria-the-lightning-field/">Walter de Maria</a>, l’éclair est à la fois sujet et matière, aussi bien tracé que dompté. D’un point de vue plus abstrait, la nature « turbulente » de la matière plasma (sous l’effet des champs magnétiques) est présente dans le geste créateur de nombreux artistes contemporains comme Jackson Pollock ou Sam Francis, dont le tableau <a href="https://www.centrepompidou.fr/cpv/resource/cxA9Mg4/rk5G5B"><em>Other White</em></a> n’évoque selon J.-J Sweeney, « pas seulement le jeu de la lumière, mais la substance dont la lumière est faite ».</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/224693/original/file-20180625-19382-1yrtspv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/224693/original/file-20180625-19382-1yrtspv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=469&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/224693/original/file-20180625-19382-1yrtspv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=469&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/224693/original/file-20180625-19382-1yrtspv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=469&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/224693/original/file-20180625-19382-1yrtspv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=589&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/224693/original/file-20180625-19382-1yrtspv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=589&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/224693/original/file-20180625-19382-1yrtspv.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=589&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Walter De Maria, <em>The Lightning Field</em>, 1977. Installation près de Quemado, New Mexico.</span>
<span class="attribution"><span class="source">John Cliett/Dia Art Foundation</span></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>La lumière : physiciens vs artistes</h2>
<p>Fondamentale dans les arts, les sciences et les techniques, conférant vie et couleurs aux objets, la lumière révèle le monde et permet son interprétation (à travers la spectroscopie par exemple).</p>
<p>À la fois matériau et outil de composition, la lumière possède une réalité physique toute particulière. C’est conjointement une onde (électromagnétique) et un flux de corpuscules (photons). La lumière, que le physicien appelle rayonnement, se propage dans le vide et interagit avec la matière par un échange constant d’énergie (où la mécanique quantique est reine). Elle peut être visible par l’œil humain (du rouge au violet) ou invisible (infrarouge, ultraviolet, rayons X, ondes radio).</p>
<p>Si la physique révèle la nature de la lumière du soleil, la peinture étudie sa représentation, son rendu. La (re)découverte de la perspective s’effectue ainsi parallèlement à la compréhension du phénomène de propagation de la lumière en ligne droite. Les impressionnistes, durant la seconde moitié du XIX<sup>e</sup> siècle, représentent la mobilité des phénomènes lumineux de manière diachronique, comme une forme de réponse à la photographie naissante qui l’immobilise. Au XX<sup>e</sup> siècle, le courant du <em>light painting</em> va faire de la lumière une technique de peinture dont vont s’emparer aussi bien <a href="https://www.youtube.com/watch?v=X-i9eqlRzks">Pablo Picasso</a> que <a href="https://www.smithsonianmag.com/arts-culture/man-rays-signature-work-8698967/">Man Ray</a>. Produit d’un univers « électrique », la lumière du physicien ou de l’artiste est à la fois point de référence, indice ou limite. De son observation découle une nouvelle perception du monde, dans sa matérialité comme dans ses tonalités.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/224695/original/file-20180625-19390-1hd5wko.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/224695/original/file-20180625-19390-1hd5wko.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=800&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/224695/original/file-20180625-19390-1hd5wko.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=800&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/224695/original/file-20180625-19390-1hd5wko.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=800&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/224695/original/file-20180625-19390-1hd5wko.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=1005&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/224695/original/file-20180625-19390-1hd5wko.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=1005&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/224695/original/file-20180625-19390-1hd5wko.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=1005&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Man Ray, 1922, <em>Sans titre</em>, rayographie, épreuve à la gélatine argentique.</span>
<span class="attribution"><span class="source">https://en.wikipedia.org/wiki/Man_Ray#/media/File :Man_Ray,_1922,_Untitled_Rayograph.jpg</span></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Couleur et plasmas</h2>
<p>Dans le prisme, l’arc-en-ciel, ou le <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Disque_de_Newton">disque chromatique de Newton</a>, des organisations de couleurs s’installent, permettant la lecture des teintes, des nuances et de leurs valeurs. Ainsi, la physique nous démontre qu’une couleur peut être perçue ou créée de deux manières complémentaires : soit parce c’est la seule que le matériau éclairé réfléchit vers nous, les autres étant absorbées (peinture, encre, filtre coloré) ; soit parce qu’elle est émise par l’objet lui-même, par « synthèse additive » (une flamme, une ampoule, une étoile). On observe ici deux processus fondamentaux utilisés aussi bien par les artistes que par les physiciens.</p>
<p>La couleur est devenue l’un des enjeux majeurs de la peinture moderne. Des impressionnistes qui utilisent le pointillisme imitant la synthèse additive des couleurs pour jouer sur les sensations colorées, aux fauves qui l’étalent de manière brute, ou aux rayonnistes qui l’emploie pour créer une source lumineuse dans l’œuvre, la couleur initialement qualité deviendra matériau pour s’imposer comme sujet pictural, par exemple chez <a href="http://mediation.centrepompidou.fr/education/ressources/ENS-yves_klein/ENS-Yves_Klein.htm">Yves Klein</a> ou <a href="https://www.centrepompidou.fr/cpv/resource/c9nBKKr/rLr5eaK">Gerhard Richter</a>.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/225207/original/file-20180627-112620-qdnv9q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/225207/original/file-20180627-112620-qdnv9q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/225207/original/file-20180627-112620-qdnv9q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/225207/original/file-20180627-112620-qdnv9q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=338&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/225207/original/file-20180627-112620-qdnv9q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/225207/original/file-20180627-112620-qdnv9q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/225207/original/file-20180627-112620-qdnv9q.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=424&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Œuvre audiovisuelle immersive <em>Inside plasma</em>, présentée au Centre Pompidou, 7–8 avril 2018.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Artistes et crédit photo : Danny Rose</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>En physique, la technique qui vise à décomposer la lumière pour lire et interpréter les éléments à l’origine de ses différentes couleurs est appelée spectroscopie. Cette technique permet de nous renseigner sur de nombreuses propriétés des plasmas qui constituent notre univers (composition chimique, température, densité, vitesse et même champ magnétique).</p>
<p>L’art contemporain joue avec les mesures, les lectures et les interprétations des données issues des sciences physiques et de l’analyse des structures cristallines et lumineuses à effets colorés.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/224867/original/file-20180626-112601-1qjwjid.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/224867/original/file-20180626-112601-1qjwjid.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=544&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/224867/original/file-20180626-112601-1qjwjid.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=544&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/224867/original/file-20180626-112601-1qjwjid.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=544&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/224867/original/file-20180626-112601-1qjwjid.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=684&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/224867/original/file-20180626-112601-1qjwjid.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=684&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/224867/original/file-20180626-112601-1qjwjid.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=684&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">La spectroscopie permet par exemple d’analyser la lumière du soleil. Ici, le spectre solaire qu’utilisent les astronomes permet de connaître la composition des différentes couches de l’atmosphère du soleil.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Carine Briand, Baptiste Cecconi, Laurent Lamy / LESIA</span></span>
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</figure>
<h2>Faire émerger les convergences</h2>
<p>Comme nous l’avons vu brièvement, les notions « lumière, couleur et matière » présentent de nombreuses convergences entre ces deux champs essentiels de la connaissance que sont les arts et la physique. La transmission de ces corrélations auprès du public est alors devenue une nécessité.</p>
<p>Un programme de médiation croisée a ensuite été développé autour <a href="http://mediation.centrepompidou.fr/plaquette_art_sciences_parcours-ateliers.pdf">d’ateliers et parcours pédagogiques</a> adaptés à chaque public ; des groupes différents ont ainsi pu être sensibilisés à la notion de plasma par l’intermédiaire des arts. Le programme s’est déployé en 5 actes en 2017-2018 et s’est conclu au Centre Pompidou les 7 et 8 avril 2018 avec un <a href="http://mediation.centrepompidou.fr/programme_campus_arts-et-sciences-des-plasmas.pdf">Campus dédiés aux Arts et Sciences des plasmas</a>.</p>
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<iframe src="https://player.vimeo.com/video/266675582" width="500" height="281" frameborder="0" webkitallowfullscreen="" mozallowfullscreen="" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption"><em>Inside plasma</em>, une installation immersive au cœur du 4ᵉ état de la matière. Design et réalisation par Danny Rose, en collaboration avec le Labex PLAS@PAR.</span></figcaption>
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<p>Plus de 2 200 visiteurs ont pu apprécier les collaborations artistiques et scientifiques proposées grâce à des installations ludiques et interactives (dont l’œuvre audiovisuelle immersive INSIDE PLASMA, le workshop PLASMA REFLECTION et les expériences de <a href="https://www-perso.ias.u-psud.fr/solarstormvr/">réalité virtuelle et augmentée</a> proposées par le <a href="http://www.e-sas.org/">SAS</a> et l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS), à l’exposition de projets d’œuvres des artistes en résidence à la Station de Radioastronomie de Nançay, aux 4 conférences arts et sciences et aux 4 concerts du Collegium Musicae au sein des collections du Musée national d’art moderne. Deux films étaient également projetés en continu : l’un à visée pédagogique, conversation filmée à la croisée des arts et des sciences des plasmas autour d’œuvres de la collection permanente du Centre Pompidou, avec Arnauld Pierre, historien d’art à Sorbonne Université et Sylvie Cabrit, astronome à l’Observatoire de Paris ; le second, intitulé <em>Arts et Sciences des plasmas, Rétrospective</em>, retrace l’ensemble du projet, les moments privilégiés et les rencontres.</p>
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<iframe src="https://player.vimeo.com/video/266675930" width="500" height="281" frameborder="0" webkitallowfullscreen="" mozallowfullscreen="" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">Une œuvre d’art interactive qui permet aux visiteurs de voir leur propre réflexion dans le quatrième état de la matière : le Plasma. <em>Plasma Reflection</em> est conçu comme un miroir déformant qui transformerait la matière des personnes qui y font face. De l’autre côté du miroir, la matière est ionisée. C’est du plasma. Les silhouettes de ceux qui se tiennent ou se déplacent devant l’œuvre sont diffusées dans l’espace et sont soumises aux turbulences générées par le champ magnétique. L’installation vit avec des personnes qui interagissent avec elle.</span></figcaption>
</figure>
<p>Le plasma irrigue la création artistique et se prête aisément aux enjeux de la médiation.</p>
<p>Nous continuerons donc en 2019 cette aventure à travers de nouveaux projets Arts-Sciences et accueillerons toutes celles et ceux qui sont curieux de découvrir ces liens de manière ludique et pédagogique !</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/98281/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.</span></em></p>
Le Laboratoire d’Excellence en physique des plasmas se penche sur le triptyque « matière-lumière-couleur » pour faciliter la médiation arts-sciences.
Sylvie Cabrit, Astronome à l'Observatoire de Paris, Observatoire de Paris
Andrea Ciardi, Maître de conférences, physique des plasmas, Sorbonne Université
Xavier Fresquet, Humanités numériques, Musicologie, Physique des plasmas, Sorbonne Université
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/56820
2016-03-24T21:08:47Z
2016-03-24T21:08:47Z
Été, hiver, petite histoire des changements d’heure
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/116372/original/image-20160324-17849-aafwx2.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">
</span> <span class="attribution"><span class="source">Pixabay</span></span></figcaption></figure><p>Dans la nuit du dimanche 31 mars 2024, à <a href="https://www.service-public.fr/particuliers/actualites/A14377">2h00 du matin, il sera 3h00</a> : nous serons passés à l'heure d'été. Cette modification horaire relève de la responsabilité de l’<a href="https://www.obspm.fr/">Observatoire de Paris</a>, lequel est en charge d’établir, de maintenir et de diffuser le temps légal français, plus précisément l’échelle de l’heure légale en France. </p>
<p>Le passage à l’heure d’été et à l'heure d'hiver est en fait une idée bien ancienne, et son établissement sous la forme que nous connaissons, une petite histoire à elle seule.</p>
<hr>
<figure class="align-left zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/578916/original/file-20240229-16-5yncpq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/578916/original/file-20240229-16-5yncpq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/578916/original/file-20240229-16-5yncpq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/578916/original/file-20240229-16-5yncpq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/578916/original/file-20240229-16-5yncpq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/578916/original/file-20240229-16-5yncpq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/578916/original/file-20240229-16-5yncpq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/578916/original/file-20240229-16-5yncpq.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<hr>
<h2>Petit changement, longue histoire</h2>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/116373/original/image-20160324-17838-syon27.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/116373/original/image-20160324-17838-syon27.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=864&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/116373/original/image-20160324-17838-syon27.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=864&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/116373/original/image-20160324-17838-syon27.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=864&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/116373/original/image-20160324-17838-syon27.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=1086&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/116373/original/image-20160324-17838-syon27.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=1086&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/116373/original/image-20160324-17838-syon27.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=1086&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Franklin Benjamin et le changement d’heure dans <em>Le journal de Paris</em>.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b0/Franklin-Benjamin-Journal-de-Paris-1784.jpg">Wikipédia</a></span>
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<p>En 1784, <a href="http://www.webexhibits.org/daylightsaving/franklin3.html">Benjamin Franklin</a> évoque pour la première fois dans le quotidien français <em>Le journal de Paris</em> la possibilité de décaler les horaires afin d’économiser l’énergie. Cette idée n’est pourtant pas encore très populaire à une époque où la société est encore très largement agricole et où l’heure « utile » est celle du Soleil, qui varie de 50 minutes de l’est à l’ouest de la France.</p>
<p>Mais un siècle plus tard, le développement des transports ferroviaires va nécessiter une unification de l’heure sur l’ensemble du territoire français. Cela d’autant plus que le télégraphe électrique est quasi simultanément créé.</p>
<p>Cela va être décidé en 1891 : l’heure de Paris devient l’heure nationale. Le même processus se produit dans différents pays du monde, la différence des échelles de temps entre les pays correspondant à la différence de longitude de leur méridien de référence.</p>
<p>L’Allemagne est la première à instaurer ce changement d’heure le 30 avril 1916. Elle est rapidement suivie par le Royaume-Uni le 21 mai 1916. En France, l’introduction d’une heure d’été est proposée en 1916, votée en 1917, devançant de peu les États-Unis qui vont adopter le changement d’heure en 1918.</p>
<h2>L’heure allemande pendant l’Occupation</h2>
<p>Ce régime va subsister en France jusqu’à la Seconde Guerre mondiale. L’avancée des troupes allemandes dans le nord de la France va introduire ce qui est appelé <a href="https://fr.Wikim%C3%A9dia.org/wiki/Heure_allemande">« l’heure allemande »</a> dans la partie occupée avec une heure différente de 60 minutes avec celle de la zone libre, au sud de la ligne de démarcation.</p>
<p>Au cours de la guerre des échanges ont lieu avec le haut commandement allemand à différentes reprises avant et après l’occupation totale de la France ; ils mettent en jeu, notamment, la SNCF, pour les écarts des heures et les dates de changement d’heure, ainsi que le secrétaire d’État aux Communications. Plus tard, ce sera le tour du Gouvernement provisoire de la République française, selon l’avance des armées alliées.</p>
<p>Au mois d’août 1945, un nouveau décret rétablit l’heure d’hiver traditionnelle en deux étapes : avec un retard d’une heure le 18 septembre 1945, puis d’une autre le 18 novembre 1945 ; mais un décret annule cette dernière décision. Ce qui fait que la France demeure à cette époque à l’heure d’hiver de l’Europe centrale qui est également l’heure d’été de l’Europe occidentale.</p>
<p>La dernière décision de changement d’heure en France remonte au 19 septembre 1975 : un <a href="https://www.legifrance.gouv.fr/jo_pdf.do?id=JORFTEXT000000500782">décret</a> introduit alors une heure d’été en France, pour application du 28 mars au 28 septembre 1976. Cette mesure, prise à la suite du choc pétrolier de 1973, avait pour but d’effectuer des économies d’énergie en réduisant les besoins d’éclairage en soirée. À l’origine, cette mesure devait être provisoire.</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/aHoJ130hQ3E?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
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<p>Jusqu’en 1995, le passage de retour à l’heure d’hiver a lieu le dernier dimanche de septembre à 3 heures du matin. Mais depuis 1996, il s’effectue le dernier dimanche d’octobre et prolonge la période d’heure d’été durant une partie de l’automne. Le <a href="https://syrte.obspm.fr/spip/services/ref-temps/article/heure-d-ete-heure-d-hiver-saut-de-temps-utc-op-differences-tai-utc">décalage</a> par rapport à l’heure solaire en France est d’une heure environ en hiver et de deux heures environ l’été.</p>
<h2>Harmonisation en Europe</h2>
<p>Le changement d’heure estival a été introduit dans l’ensemble des pays de l’Union européenne au début des années 1980. Pour faciliter les transports, les communications et les échanges au sein de l’UE, il a été décidé d’harmoniser les dates de changement d’heure en 1998 par la <a href="http://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/?uri=CELEX%3A32000L0084">directive 2000/84/CE</a> du Parlement européen et du Conseil du 19 janvier 2001.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/116377/original/image-20160324-17817-1eyok4d.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/116377/original/image-20160324-17817-1eyok4d.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=264&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/116377/original/image-20160324-17817-1eyok4d.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=264&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/116377/original/image-20160324-17817-1eyok4d.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=264&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/116377/original/image-20160324-17817-1eyok4d.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=332&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/116377/original/image-20160324-17817-1eyok4d.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=332&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/116377/original/image-20160324-17817-1eyok4d.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=332&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Le passage à l’heure d’été dans le monde. En bleu, les pays qui l’ont adoptée. En orange, ceux où il s’agit d’une convention. En rouge, ceux qui ne l’utilisent pas.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://en.wikipedia.org/wiki/Daylight_saving_time#/media/File:DaylightSaving-World-Subdivisions.png">Paul Eggert/Wikipédia, 2012</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span>
</figcaption>
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<p>Dans la pratique, si chacun doit avancer sa montre d’une heure au printemps et la reculer en automne, l’<a href="https://www.obspm.fr/-heure-legale-francaise-.html">heure légale</a> réalisée à l’Observatoire de Paris est modifiée automatiquement, que ce soit la traditionnelle horloge parlante ou les méthodes plus modernes de synchronisation par <a href="https://fr.Wikim%C3%A9dia.org/wiki/Network_Time_Protocol">protocole NTP</a> pour les ordinateurs.</p>
<p>L’heure légale diffusée par l’horloge parlante ou protocole NTP est le Temps universel coordonné de l’Observatoire de Paris – UTC(OP) à laquelle on ajoute une heure ou deux selon la saison.</p>
<p>L’Observatoire de Paris réalise et diffuse le temps légal français. Le temps légal français est élaboré par des horloges atomiques du <a href="http://lne-syrte.obspm.fr/">laboratoire national de métrologie LNE-SYRTE</a> à l’Observatoire de Paris. En 2016, ce temps de référence a une exactitude de 0 000 000 001 seconde. Rappelons à ce propos que la seconde est définie depuis 1967 comme « la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133 ».</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/56820/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Arnaud Landragin ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>
En vous couchant le 30 mars, n’oubliez pas de retarder d’une heure votre montre, si elle n’est pas connectée : depuis plus de 40 ans, nous passons ainsi à l’heure d’été. Pourquoi, et qui la met en œuvre ?
Arnaud Landragin, Directeur de recherche CNRS et Directeur du laboratoire Systèmes de Référence Temps-Espace de l'Observatoire de Paris (Observatoire de Paris / PSL Research University / CNRS / Sorbonne Universités / UPMC / LNE), Observatoire de Paris
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.