Big Bang Pendant des siècles, différentes sociétés humaines ont cru que l'univers - tout ce qui exis...

« Big Bang Pendant des siècles, différentes sociétés humaines ont cru que l'univers - tout ce qui existe dans la nature, en fait - avait été créé par un Dieu (ou par des dieux).

L'astrophysique a, depuis Je X/Xe siècle, montré que cet univers a une histoire et qu'il a connu, au cours des transformations ayant conduit à celui dans lequel nous vivons, plusieurs phases. De l'observation du spectre de la lumière des galaxies, l'astronome américain Hubble déduit en 1929 - en application de l'effet Doppler (voir art.

8) l'hypothèse de l'expansion de l'univers.

Notre uni­ vers actuel serait né (il y a environ 15 milliards d'années) de l'explosion gigantesque d'un «atome primitif». C'est cette explosion que l'on appelle le Big Bang. Elle donne lieu à différents scénarios sur l'histoire du monde 'dèpuis cet instant-origine: comment (et quand) les corps célestes (et ensembles de corps célestes) qui nous sont connus, se sont-ils formés, comment ils ont évolué depuis, qu'est-ce qui peut se passer dans un lointain avenir? Le problème des origines (ici, celles de l'univers tout entier) a toujours préoccupé les sociétés humaines.

Premières traces d'une réflexion sur ce sujet, les mythologies anciennes offrent généralement une esquisse de réponse à la question.

Les socié­ tés occidentales - et toutes celles qui puisent pour une part leur inspiration dans la Bible, le monde musulman compris gardent en mémoire (consciemment ou non) les premiers ver­ sets de la Genèse : « Au commencement, Dieu créa le ciel et la terre»; ce qui signifie, ajoute le commentateur d'une édition française du livre, que Dieu, à partir de rien, crée la totalité de : l'univers. La majorité des astrophysiciens retient aujourd'hui l'hypo-i. thèse du Big Bang.

II ne s'agit plus de mythologie mais d'une' théorie scientifique, découlant de l'hypothèse de l'expansion �· de l'univers.

Celle-ci est déduite de résultats inspirés par l'effet Doppler-Fizeau (voir art.

8).

Cela n'interdit évidemment pas aux fidèles de l'exégèse biblique d'interpréter à leur manière les résultats de la science. Petit glossaire des corps (ou des ensembles de corps) , célestes • Amas: - d'étoiles (voir ce mot et astre), ensemble d'.étoiles qui se sont formées en même temps; - de galaxies (voir ce mot) : regroupement de galaxies. • Astéroïde (ou petite planète): corps solide de petites dimensions, gravitant autour du Soleil. • Astre: traditionnellement, tout corps céleste.

Serait plutôt maintenant utilisé pour désigner une étoile (voir ce mot). • Comète: corps céleste solide, sans doute principalement constitué de glace (qui, en s'évaporant, donne l'impression que l'objet a une sorte de queue), tournant autour du Soleil sur une orbite très excentrée.

La plus célèbre, la comète de Halley, passe à proximité de la Terre tous les 76 ans environ. • Constellation: traditionnellement, un groupe d'étoiles semblant dessiner sur la sphère céleste des figures imaginaires (la Grande Ourse, etc.).

Depuis 1927, les astronomes ont divisé le ciel en 88 parties qu'ils ont baptisées « constellations». • Étoile: le terme a longtemps désigné quantité d'objets célestes de nature différente.

Il est plutôt réservé maintenant à un objet céleste émettant une importante quantité d'énergie.

Le Soleil, par exemple, est une étoile moyenne qui rayonne une énergie due à la fusion thermonucléaire (regroupement de 2 noyaux d'hydrogène pour donner un noyau d'hélium). • Galaxies: ensembles de grandes dimensions regroupant , une très grande quantité d'étoiles, de planètes, et de matière spatiale de nature diverse (particules, etc.).

Quand on met une majuscule au mot et que l'on écrit la Galaxie, cela désigne celle dont fait partie le système solaire, également appelée Voie lactée depuis !'Antiquité, à cause de son aspect. • Météorite: solide appartenant au système solaire et qui peut percuter la Terre (ou une autre planète).

Il est probable que certains objets en métal (ustensiles, outils, armes), datant des débuts du néolithique au Moyen-Orient (7000 à 8000 av.

J.-C., c'est-à-dire bien avant l'apparition des métallurgies) sont d'origine météoritique (objets en fer, en particulier). • Nébuleuse: à l'origine, amas de matière céleste confus, de contenus imprécis, et non identifiés (XVl1°-XVll1° siècles). La puissance des instruments modernes d'observation a permis de reconnaître dans certaines de ces nébuleuses des galaxies, situées à plusieurs millions d'années-lumière de la Terre, dans d'autres des nuages de poussière et de gaz ..• L'une des plus célèbres, la nébuleuse d'Andromède, a ainsi été identifiée par Hubble en 1924 comme une galaxie. • Planète: en toute rigueur, corps céleste du système solaire, décrivant une orbite elliptique autour du Soleil.

Nous en recensons actuellement 9: Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, Pluton (par ordre d'éloignement croissant du Soleil).

Par analogie, on baptise aussi planètes des corps célestes du même type tournant autour d'autres étoiles que le Soleil.

Plusieurs de ces planètes, situées hors du système solaire, ont été détectées ces dernières années. • Pulsar: objet céleste qui émet des signaux électromagnétiques, relativement brefs (des «impulsions»), à intervalles de temps réguliers (donc périodiques).

Ces signaux vont des ondes radio courantes aux rayons, en passant par la lumière visible et les rayons X. • Quasar: objet céleste très lointain (le spectre de sa lumière est fortement décalé vers le rouge - voir les passages consacrés à Hubble dans le présent article et dans l'article 8), dont l'émission électromagnétique est très puissante.

Sans doute, la partie visible du noyau d'une galaxie très active. • Trou noir: objet céleste de très grande densité, dont le champ de gravitation est tel qu'il retiendrait tous les rayonnements et toute la matière passant dans son voisinage. Des observations, indirectes mais confirmées, de trous noirs existants ont été identifiées récemment. • Unités astronomiques: - l'année lumière: unité de longueur = distance parcourue par la lumière en 1 année, soit 94.608.10 8 km , (9 460 800 millions de km = 9 460 milliards de km); - le parsec: unité de longueur astronomique.

1 parsec = 3,26 années-lumière = 3,08.10 13 km. ~ La nébuleuse pri_mitive de Laplace Laissons de côté la longue histoire des conceptions religieuses et/ou philosophiques qui foisonnent de l'Antiquité au XVIIe siècle_ Notons que la minutie et la patience de Tycho Brahé et ensuite les instruments astronomiques et les observatoires (conçus, réalisés et construits, à partir de Galilée et de Kepler) ont permis de découvrir quantité de corps célestes nouveaux (ou mal distingués auparavant) dont les astronomes n'ont pas, la plupart du temps, déterminé tout de suite la nature (voir art.

5, 6, l l, 13, 18, 20 et 21): galaxies, comètes, nébuleuses ... La progression rapide de l'astronomie devait susciter de nouvelles hypothèses cosmogoniques, c'est-à-dire de nouvelles conceptions sur l'origine et (éventuellement) l'évolution de l'univers.

On doit notamment une cosmogonie à Descartes, une autre plus intéressante à Buffon (Descartes est mort en 1650, Buffon a vécu de 1707 à 1788).

Newton s'en ti~nt au Dieu, « grand architecte et mécanicien», devenu « grand horloger» chez Voltaire (voir art.

5, 11, 20 et 21).

Le philosophe Emmanuel Kant rationalise en quelque sorte la construction.

A l'origine est le Chaos, qui s'organise de lui-même sous l'influence de la gravitation universelle.

Cela ne prouve pas l'existence de Dieu, mais ne la nie pas non plus. S'inspirant des travaux de -l'astronome anglais William Herschel (qui observait dans le ciel des « nébuleuses » dont il ne discernait pas la nature), le Français Pierre Simon de Laplace, adepte de la mécanique de Newton (voir art.

5 et 11), essaye de comprendre, à partir d'une théorie sur la constitution du système solaire, la manière dont l'univers s'est formé.

Dans Exposition du système du monde (la première édition est de 1795), il envisage qu'une nébuleuse primitive soit à l'origine_ du système solaire.

Son évolution ultérieure et son état actuel sont, dès le départ, inscrits dans sa réalité première, puisque le tout est parfaitement déterminé (voir art.

5) par les lois de la mécanique, de la gravitation universelle et de la nature en général.

Cette conception, développée pour le système solaire, est extrapolable à l'ensemble de l'univers. ; les apports de la physique Outre les instruments d'optique (lunettes astronomiques, télescopes ...

) devenus classiques depuis le XVIIe siècle et améliorés au XVIIIe, la physique a offert à l'astronomie en pleine expansion des techniques d'investigation qui, à partir du milieu du XIXe siècle, lui ont permis de faire un bond considérable.

Ces techniques sont dérivées de la spectroscopie (voir art.

2, 8 et 13) et de la photométrie.

Nous nous intéresserons surtout aux applications de la première de ces deux spécialités scientifiques. La photométrie La photométrie est la partie de l'optique qui s'intéresse à la mesure des grandeurs caractéristiques de l'énergie d'un rayonnement électromagnétique (puissance rayonnée; flux lumineux; éclairement d'une surface; luminance ou brillance, c'est-à-dire ce à quoi l'œil est directement sensible). Elle a été créée par le physicien français P._ Bouguer en 1729. Reposant essentiellement, pendant longtemps, sur des comparaisons entre sources grâce à la seule observation visuelle, elle bénéficie maintenant d'instruments découlant de technologies modernes (cellules photoélectriques, etc.). Dès le début du XIX 0 siècle, Wollaston (1802) puis Fraunhofer ( 1814-15) étudient le spectre de la lumière solaire.

Les physiciens vont bientôt pouvoir utiliser la photographie pour fixer des images, et notamment les spectres lumineux (la première photographie est obtenue par Niepce en 1822).

En 1857, Swan montre que si l'on met un petit morceau de sodium dans une flamme, le spectre de la lumière émise par cette flamme contient obligatoirement deux petites raies parallèles et rapprochées (un doublet), d'un jaune très soutenu tirant un peu vers l'orangé.

A l'inverse, la présence de œ doublet dans le spectre démontre la présence de sodium dans la source lumineuse. Le sodium Métal de numéro atomique 11, de symbole Na, léger, liquide à la température ordinaire (son point de fusion est 0,8° C). Lorsqu'il est en contact avec l'eau (même en faible quantité), il se produit une réaction violente avec formation de soude caustique (formule NaOH, jadis utilisée dans certaines lessives ou pour déboucher les éviers), qui est une substance dangereuse (voir art.

16, le paragraphe sur les surgénérateurs). A l'état pur, il doit donc être conservé dans un liquide ne contenant pas d'eau (le pétrole, par exemple). Le sodium est, avec le chlore, l'un des deux composants du sel marin (ou de cuisine, de formule NaCI). L'étape décisive est franchie par deux savants allemands - Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff - qui, généralisant l'étude de Swan sur le sodium, montrent que de l'étude d'un spectre on peut déduire la nature des éléments chimiques contenus dans la source, mais aussi celle des gaz traversés par la lumière dans son parcours, etc.

(I 859-1862).

La technique peut servir l'analyse chimique · des composés.

Elle peut aussi conduire à détèrminer la naturè des éléments constituant les corps célestes, à partir de l'analyse du spectre de la lumière qu'ils émettent ou qu'ils réfléchissent. Les savants ont ainsi réfuté une affirmation dogmatique du philosophe français Auguste Comte, décrétant que« ...

l'homme ne pourrait jamais connaître la substance d_es étoiles».

Un exemple célèbre d'application de cette méthode est la découverte en 1869, grâce au spectre du Soleil, d'un gaz jusqu'alors inconnu sur la Terre, l'hélium (prévu par Mendeleïev dans sa classification - voir art.

2), et redécouvert sur notre planète en 1895 par Ramsay.

La naissance de la discipline aujourd'hui baptisée astrophysique est concomitante de l'utilisation de la spectroscopie. La meilleure connaissance de la lumière, celle des ondes électromagnétiques en général, ont permis à l'astrophysique de progresser notablement.

L'étude des émissions de rayons infra- rouges et ultraviolets, bien que techniquement et scientifiquement délicate, a apporté des connaissances supplémentaires. •Après quelques tentatives de détection infructueuses, suite aux travaux de Jansky (1933), les astronomes découvrent que les corps célestes émettent des ondes électromagnétiques de fréquences très inférieures à celles des lumières visibles.

Après la fin de la Deuxième Guerre mondiale, les progrès réalisés lors de la fabrication des radars font de la radioastronomie un moyen d'investigation nouveau.

La possibilité d'observer à partir de satellites artificiels, affranchissant ainsi les astronomes des perturbations dues à l'atmosphère terrestre, a amené une collecte d'informations et de données en nombre considérable.

Les renseignements communiqués par les satellites mis~ en orbite autour de planètes autres que la Terre, par les sondes spatiales diverses, ont aujourd'hui beaucoup accru la connaissance de l'univers en regard de ce qu'elle était il y a quelques dizaines d'années.

La physique quantique, la relativité généralisée,font également partie des outils courants des astrophysiciens contemporains. Effet Doppler-Fizeau et expansion de l'univers En 1929, observant la lumière provenant de galaxies lointaines, 1_:astronome Hubble constate que les raies des spectres de ces galaxies sont« décalées vers le rouge».

Dans la théorie ondulatoire de la lumière, à chaque raie d'un spectre - et donc à chaque couleur- correspond une longueur d'onde (voir art. 13 et 17).

P~ exemple, une source lumineuse située sur la Terre et contenant du calcium ionisé émet une lumière dont le spectre contient une «raie», dite raie K du calcium ionisé, dont la longueur d'onde vaut 0,3934 micron.

Dans le spectre de la lumière qui provient d'un amas de galaxies situé dans la constellation de l'Hydre, la même raie K du calcium ionisé correspond à la longueur d'onde de 0,4734 micron (1 micron= 1 millionième de mètre) (cité par R.

Caratini).

Donc, la longueur d'onde d'une couleur précise est plus grande dans la lumière qui nous parvient de ces galaxies que quand elle est émise par une source terrestre.

Ce qui revient à dire que, sur l'écran ou la plaque photographique ayant fixé ce spectre,.... »