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Les supernovas

 

 

 

 

 

 

 

Les supernovas


Spectaculaires mais rares, les supernovas sont des explosions cataclysmiques des étoiles les plus massives.

Publié le 10 décembre 2015


Pour que les nouveaux éléments synthétisés au cœur de l'étoile enrichissent l'Univers, encore faut-il qu'ils se répandent dans le milieu interstellaire.

DES ÉTOILES…
Les étoiles dont la masse est à peu près dix fois supérieure à celle du Soleil entretiennent tout d’abord la fusion de l’hydrogène en hélium pendant quelques millions d’années. À la fin de cette période, l’épuisement de l’hydrogène conduit à la contraction gravitationnelle du cœur jusqu’à ce que la température soit suffisamment élevée pour amorcer la fusion de l’hélium en carbone et en oxygène, pendant que l’hydrogène continue sa fusion dans une couche entourant le cœur. Après environ un million d’années, l’hélium s’épuise à son tour et la contraction du cœur permet la fusion du carbone en néon et en sodium, pendant dix mille ans. Suivent ensuite la fusion du néon en oxygène et en magnésium (qui dure une dizaine d’années), puis celle de l’oxygène en silicium et en soufre (pendant quelques années). Finalement, une semaine suffit à transformer le silicium en fer. L’apparition de ce dernier marque le début d’un processus qui aboutira à la destruction de l’étoile.
Le noyau du fer étant le plus lié (son énergie de liaison étant la plus forte), sa combustion ne permet pas de produire l’énergie que l’étoile rayonne inexorablement par sa surface.
Une fois le silicium épuisé et le fer formé, la contraction du cœur reprend, mais, cette fois, la température est si forte que les photons peuvent briser les noyaux de fer. La disparition d’une partie de l’énergie lumineuse diminue la pression centrale et précipite l’effondrement du cœur, attisé par la capture des électrons par les noyaux transformant les protons en neutrons. Cette réaction nucléaire s’accompagne d’une émission de neutrinos, qui emportent la phénoménale quantité d’énergie potentielle gravitationnelle dégagée par la contraction.
En quelques dixièmes de seconde, la matière atteint l’incroyable densité d’un million de tonnes par centimètre cube, l’équivalent d’une plate-forme pétrolière compactée dans le volume d’un dé à coudre !

…AUX SUPERNOVAS
Le cœur de l’étoile, désormais constitué de neutrons, se réduit à une petite sphère d’une dizaine de kilomètres de diamètre : une étoile à neutrons vient de se former, sur la surface rigide de laquelle le reste de l’étoile en effondrement vient s’écraser. La violente compression qui en résulte produit une onde de choc qui remonte à travers les couches externes de l’étoile. Son passage chauffe la matière à des températures supérieures au milliard de degrés et provoque des réactions de fusion qui produisent des éléments lourds, notamment du nickel et du cobalt radioactifs. Quand l’onde de choc atteint la surface, la température s’élève brutalement et l’étoile entière explose, éjectant les éléments qui la composent à des vitesses pouvant atteindre plusieurs dizaines de milliers de kilomètres par seconde. Cet événement, appelé « supernova », marque la mort d’une étoile massive.
Ressource multimédia


Explosion de la Supernova SN2014J

La supernova SN2014J a explosé en 2014. Grâce aux observations du satellite Integral, de l’ESA, qui détecta les rayons gammas des éléments radioactifs synthétisés durant l’explosion, les astrophysiciens ont eu la preuve que ce type de supernova est bien dû à l’explosion d’une naine blanche accrétant de la matière d’une étoile compagnon.

Cette séquence de vues d’artiste représente ces différentes étapes. L’image 1 montre une naine blanche, étoile dont la masse est voisine de celle du Soleil mais comprimée dans un volume équivalent à celui de la Terre, qui capte la matière d’une étoile compagnon.

Les mesures du satellite Integral suggèrent qu’une ceinture de gaz entoure l’équateur de la naine blanche (image 2).

Cette ceinture gazeuse détone (image 3) et déclenche l’explosion de l’étoile en supernova (image 4). La matière transformée par l’explosion entre en expansion rapide (image 5) et finit par devenir transparente aux rayons gammas (image 6).

ENRICHIR L’UNIVERS
L’influence des supernovas sur le milieu interstellaire se fera sentir pendant des millions d’années, car cette explosion propulse les noyaux synthétisés durant toute la vie de l’étoile, ainsi que ceux qui furent produits lors du passage de l’onde de choc.
Petit à petit, les supernovas enrichissent ainsi le milieu interstellaire en nouveaux noyaux, qui entreront dans la composition de futures étoiles et de leurs éventuelles planètes.
Absents au début de l'Univers, ces noyaux lourds ne représentent aujourd'hui que 2 % des atomes de matière. Les noyaux rencontrés sur Terre sont quasiment tous issus de la nucléosynthèse stellaire, et le fer ne provient que des supernovas.
Les chercheurs ont longtemps cru que les supernovas offraient les bonnes conditions pour former les noyaux plus lourds que le fer, au moment de l’explosion, lorsque des noyaux lourds sont exposés à un intense flux de
neutrons.
Selon la masse initiale de l’étoile, l’implosion du cœur de fer laisse subsister un objet compact nommé étoile à neutrons. Des modèles développés ces dix dernières années suggèrent que la formation des éléments les plus lourds, comme l'or, nécessite la rencontre de deux étoiles à neutrons pour former un trou noir. Cet événement se manifeste par l’émission d’un flash de rayonnement gamma durant une fraction de seconde, un « sursaut gamma » si puissant qu’il est observable jusqu'à des distances cosmologiques.
La formation de l’or, et plus généralement des noyaux plus lourds que le fer, passerait donc par l’évolution d’étoiles beaucoup plus massives que le Soleil dont l’explosion donne naissance à des étoiles à neutrons, puis par la coalescence explosive de ces étoiles à neutrons en un trou noir. On comprend pourquoi l’or est cher : il est rare et l’Univers a beaucoup peiné pour le produire !

Nous sommes tous constitués
de poussières d’étoiles.
LES DIFFÉRENTS TYPES DE SUPERNOVAS
À la classification spectroscopique traditionnelle (avec ou sans hydrogène dans le spectre) s’est substituée récemment une distinction physique caractérisant le mode d’explosion : thermonucléaire ou gravitationnel.

Les supernovas thermonucléaires
Lorsque deux étoiles cohabitent, elles tournent autour de leur centre de gravité commun en un système binaire.
Les supernovas thermonucléaires surviennent dans les systèmes binaires formés d’une géante rouge en fin de vie et d’une naine blanche. La matière de la première peut tomber sur la seconde ; lorsque la masse de la naine blanche atteint 1,4 fois celle du Soleil, elle devient instable, s’effondre et explose.
Toute la matière est dispersée dans l’espace, il ne reste rien au centre de la supernova.

Les supernovas gravitationnelles
Une supernova gravitationnelle correspond à l’explosion d’une étoile massive en fin de vie. L’implosion de son cœur, devenu instable au moment de la combustion du silicium en fer, est rapidement suivie de l’expulsion de son enveloppe. Cet effondrement gravitationnel central libère une fabuleuse énergie (des milliards de fois supérieure à la luminosité de notre Soleil !), essentiellement sous forme de neutrinos. Seul un dix millième de l’énergie totale se manifeste sous forme de lumière visible.

 

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Découverte du champ magnétique le plus puissant jamais observé dans l'Univers

 

 

 

 

 

 

 

PHYSIQUE

Découverte du champ magnétique le plus puissant jamais observé dans l'Univers

Par Marine Benoit le 18.07.2022 à 19h00

Ecouter 4 min.
Un champ magnétique d'une puissance encore jamais observée dans l'Univers - l'équivalent de un million de milliards de fois celui de la Terre - a été mesuré par une équipe d'astronomes chinois. Cette dernière l'attribue à un magnétar présent dans notre galaxie.

Illustration d'une étoile à neutrons intensément magnétique - un magnétar - qui émet un puissant éclat de rayons X.

NASA’S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER/CHRIS SMITH (USRA)
1,6 milliard de Tesla ! Il s’agit de la puissance du champ magnétique de surface la plus forte jamais enregistrée dans l’Univers connu. Ce champ magnétique record émane de ce que l'on appelle un magnétar ultralumineux à rayons X – plus précisément de l’étoile à neutrons Swift J0243.6+6124 -, qui est en train de cannibaliser un autre pulsar avec lequel il forme un (mortel) tandem. Il bat ainsi de 600 millions de Tesla le précédent record, attribué en 2020 au pulsar GRO J1008-57, et équivaut à un million de milliards de fois le champ magnétique de la Terre.  

Ces résultats, obtenus conjointement par l’Institut de physique des hautes énergies (IHEP) de l'Académie chinoise des sciences et par le Centre Kepler de physique des particules et d'astrophysique de l'Université de Tübingen (IAAT), ont été obtenus grâce au Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT) ou instrument Insight-HXMT, un satellite chinois lancé en juin 2017 pour en apprendre plus sur les étoiles à neutrons, les trous noirs, les sursauts gamma et tout autre phénomène émettant des rayons X et gamma. Les conclusions des chercheurs ont été publiées le 28 juin 2022 dans la revue Astrophysical Journal Letters.

Les magnétars, objets rares
Les magnétars sont souvent décrits comme les "aimants les plus puissants de l'Univers". Il s’agit plus précisément d'étoiles à neutrons en rotation qui puisent leur énergie de champs magnétiques extrêmement puissants, les plus intenses de l'Univers. Ils sont beaucoup plus rares que les pulsars (un autre type d’étoiles à neutrons), et nous n'en dénombrons que quelques-uns dans notre galaxie.
Lorsque les étoiles à neutrons naissent lors de l'explosion en supernova d'une étoile massive, ces particules chargées peuvent brièvement créer un puissant champ magnétique. Dans les étoiles à neutrons "classiques", le champ magnétique disparaît rapidement en raison de toute la physique complexe qui se produit dans l'explosion. Mais chez certaines étoiles à neutrons, le champ magnétique "se bloque" avant que cela ne se produise. Dès lors, l'étoile à neutrons enfin révélée devient un magnétar.


Les traces d'un festin comme outil de mesure
Notre Swift J0243.6+6124, lui, est plus qu'un "simple" magnétar. Non seulement, il réside dans notre Voie lactée, mais il désigne en réalité un système binaire à rayons X d'étoiles à neutrons, un objet des plus extrêmes composé d'une étoile à neutrons et de son étoile compagnon. Sous l'effet de la colossale force gravitationnelle de l'étoile à neutrons, le gaz de l'étoile compagnon tombe vers l'étoile à neutrons, formant un disque d'accrétion. En "glissant" le long de lignes magnétiques jusqu’à la surface de l’étoile à neutrons, le plasma du disque d'accrétion s’enflamme alors, libérant de puissants rayons X qui, avec la rotation de l'étoile, se traduisent par des signaux périodiques de pulsation de rayons X (d'où le nom de "pulsar d'accrétion de rayons X" pour ces objets).
Dans le spectre de ces rayons X, les astronomes ont trouvé une ligne d'absorption causée par les électrons qui éliminent les rayons X et qui ne peuvent se comporter ainsi que s'ils sont alimentés par un champ magnétique. C'est donc grâce à cette observation qu'ils ont pu mesurer directement l'intensité du champ magnétique.

Cette ligne d’absorption a fini par révéler une énergie allant jusqu'à 146 keV, ce qui correspond à un champ magnétique de surface de plus de 1,6 milliard de Tesla. Il s'agit non seulement du champ magnétique le plus puissant directement mesuré dans l'Univers à ce jour, mais aussi de la première détection d'une ligne d'absorption de cyclotron électronique dans une source de rayons X ultralumineux, fournissant une mesure directe du champ magnétique de surface de l'étoile à neutrons. À bon entendeur, les magnétars : un nouveau record de puissance est à battre.

 

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LES PLANÈTES

 


 

 

 

 

 

Les planètes

Publié le 19 avril 2017

Notre système solaire comporte 8 planètes et notre galaxie vraisemblablement des milliards. Les planètes sont des boules de matière et de gaz qui gravitent autour d’une étoile. Elles sont classées en différentes familles. Les plus brillantes ont été observées depuis toujours par l’Homme. Les scientifiques cherchent à observer des planètes toujours plus lointaines et peut être habitables.

QU’EST-CE QU’UNE PLANÈTE ?
Une planète est un corps céleste de forme sphérique qui tourne autour d’une étoile (appelée étoile hôte) sans rencontrer d’autres corps sur son orbite.

COMMENT SE FORMENT LES PLANÈTES ?
Les planètes se créent à partir de poussières et de gaz présents autour d’une étoile dans ce que l’on appelle le disque d’accrétion « proto-planétaire ».  Les particules de poussière de ce disque s’agglomèrent progressivement sous l’effet des forces électrostatiques. Ce sont ces mêmes forces qui rassemblent les poussières en « moutons » dans nos maisons. Plus tard, la force de gravité prend le relais pour agglomérer les éléments plus massifs (de plusieurs centaines de mètres de diamètre). Un corps solide devient une planète lorsqu’il atteint une masse critique qui lui confère une forme sphérique. Si la masse de la planète dépasse environ 10 fois la masse de la Terre,  les gaz à proximité vont progressivement être attirés vers la planète créant ainsi une planète géante.


HISTOIRE DE LA DÉCOUVERTE DES PLANÈTES
Depuis toujours l’Homme s’est intéressé à la voûte céleste. Il distingue d’abord les planètes les plus brillantes des étoiles. Cette différenciation s'est faite rapidement car les planètes ont un mouvement périodique très régulier dans le ciel, tandis que les étoiles restent fixes. De plus, leur apparence diffère des comètes (petits objets célestes constitués de roches et de glaces) qui présentent une queue caractéristique lorsqu'elles s'approchent du soleil. Parmi les astres les plus brillants du ciel la nuit se trouvent 5 planètes de notre système solaire visibles à l’œil nu : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne.
Certaines planètes de notre système solaire sont restées inconnues plus longtemps car invisibles à l’œil nu. En 1781, William Herschel, un astronome britannique, découvre Uranus à l’aide d’un télescope très performant de son invention. En 1846, c’est Neptune qui est découverte par l’équipe d’Urbain Le Verrier, astronome et mathématicien français, suite à des calculs pour déterminer la position de l’astre par rapport à Uranus.
Il faut attendre Michel Mayor et Didier Queloz, deux astrophysiciens suisses, pour la découverte, en 1995 à l’Observatoire de Haute-Provence, de la première exoplanète (planète en dehors du système solaire) qu’ils appelleront 51 Peg b (ou Dimidium) du système de l’étoile 51 Peg (ou Helevetios).


LES DIFFÉRENTS TYPES DE PLANÈTES
Selon leurs caractéristiques, les scientifiques ont établi deux grandes familles de planètes :
Les planètes telluriques
Ces planètes, dont la surface est solide, sont constituées principalement de roches et de métaux. Dans le système solaire, ce sont, par ordre de taille et de masse, Mercure, Mars, Vénus et la Terre.


Les planètes telluriques dont la masse dépasse le double de la masse de la Terre sont appelées des « super terres ». Elles sont les planètes telluriques les plus abondantes dans l'Univers mais notre système solaire n'en compte aucun.

Les planètes gazeuses
Ces planètes sont constituées d’une proportion importante de gaz et contiendraient (selon certaines théories) un cœur solide de roches et de glaces autour duquel le gaz est maintenu.
On parle de planètes géantes car leur diamètre est très grand. Par exemple, dans le système solaire, leur diamètre va d’environ 49 500 km pour Neptune jusqu’à environ 143 000 km pour Jupiter soit un diamètre 9,4 fois plus important que la Terre. Dans notre système solaire, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune sont des planètes géantes.

Parmi les planètes telluriques et gazeuses, il existe deux sous-catégories de planètes :
*         Les planètes avec satellites
Lorsqu’un corps céleste est en orbite autour d’une planète, il est alors nommé satellite. La Terre possède un satellite : la Lune.  D’autres planètes comme Jupiter ou Saturne en possèdent plus de cinquante chacune.
*         Les planètes à anneaux
*         Les anneaux sont composés de grains de glace (de 1mm à 10 mètres de diamètre) qui entourent certaines planètes. Ils sont le résultat de l'équilibre entre la force de gravité des grains qui s’attirent et la force de marées de la planète qui va les empêcher de se rassembler pour former, par exemple, des satellites.


Qu'est-ce qu'une planète naine ?
Une planète naine tourne autour d’une étoile, est de forme sphérique mais n'a pas éliminé tout corps susceptible de se déplacer sur une orbite proche. Par exemple Pluton, initialement considérée comme la 9e planète du système solaire, forme un système binaire avec sa lune Charon et a été catégorisée en 2006 comme planète naine sous le nom 134 340.

Quelle est la différence entre une étoile et une planète ?
Contrairement aux planètes, les étoiles produisent de la lumière car ce sont d’énormes boules de gaz brulantes (composées essentiellement d’hydrogène et d’hélium). Elles sont également beaucoup plus grosses et massives que les planètes qui tournent autour d’elles. Par exemple le Soleil a une masse de 332 946 fois la Terre.
*             Pour savoir plus, consultuer "L'essentiel sur les étoiles"

COMMENT DÉTECTE-T-ON LES PLANÈTES ?
Pour détecter les planètes, les chercheurs peuvent utiliser plusieurs méthodes en fonction de la distance qui les sépare de l’objet céleste.
Les planètes du système solaire sont visibles à l’œil nu ou à l’aide de télescopes la nuit grâce au reflet de la lumière du Soleil sur leur surface.
Pour les exoplanètes, la méthode de détection est différente car elles se situent à plusieurs années lumières. Comme des détectives, les scientifiques vont alors rechercher des empreintes révélant l’existence d’exoplanètes en analysant la lumière des étoiles. Il existe deux moyens principaux :

*         Par l’observation de la vitesse radiale, c’est-à-dire en observant les variations de vitesse de l’étoile dans la direction de l’observateur. Lorsqu’une planète tourne autour d’une étoile, celle-ci fait varier la vitesse de son étoile hôte. En regardant les variations de vitesse de l’étoile, il est alors possible de calculer la masse de la planète qui gravite autour mais aussi de connaître la période de révolution de la planète.

*         Par l’observation des variations du flux lumineux de l’étoile au cours de l’orbite de la planète (méthode des transits ). En effet, lorsque la planète passe devant l’étoile, un phénomène d’éclipse partielle se produit. Elle masque une partie de l’étoile et le flux lumineux diminue en proportion du rayon de la planète que l’on peut donc calculer.

 

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La révolution de l'héliocentrisme ou quand Nicolas Copernic affirme l'impensable

 


 

 

 

 

 

ASTROPHYSIQUE

La révolution de l'héliocentrisme ou quand Nicolas Copernic affirme l'impensable

Par Rédacteur le 13.09.2020 à 20h00
Lecture 13 min.

Au milieu du 16e siècle, dans un monde en plein bouillonnement intellectuel, Copernic affirme l’impensable : la Terre n’est pas au centre de l’Univers. Prenant à rebours la tradition des savants grecs et l’autorité de l’Église, il déboulonne l’Homme de son piédestal... et invente la science moderne.


MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRA / MGA / SCIENCE PHOTO LIBRARY VIA AFP
Cet article est extrait du hors-série n°191 "9 révolutions scientifiques qui transforment le monde" daté octobre/novembre 2017. Une histoire de l'héliocentrisme racontée par Denis Savoie, astronome et historien des sciences.

"Une Terre immobile autour de laquelle tournent les corps célestes… Lorsque Nicolas Copernic voit le jour à Toruń (Pologne), le 19 février 1473, le géocentrisme n’a jamais été remis en question. On estime, depuis Aristote (384- 322 av. J.-C.) et Ptolémée (v. 100- 168), que le Soleil et les planètes qui l’escortent sont portés par des sphères concentriques. Sur la plus éloignée se trouvent des astres fixes, les étoiles. Cette théorie, en phase avec la course apparente du Soleil, fait l’unanimité : l’astre ne se couche-t-il pas vers l’ouest, après s’être levé vers l’est ?
À l’Université, l’enseignement de cette cosmologie s’appuie sur le grand texte grec qui domine l’astronomie depuis des siècles : l’Almageste de Ptolémée. Certains astronomes, notamment arabes et perses, ont toutefois repéré quelques anomalies entre leurs observations et la doctrine du savant. Ainsi, la position des planètes ne correspond pas exactement aux prédictions issues des tables dressées à partir de sa théorie. Mais dans l’Europe médiévale, le géocentrisme a la vie dure. Aristote a décrété que le ciel était immuable, donc il ne peut rien s’y passer - inutile de l’observer !
Pour autant, toutes les activités astronomiques n’ont pas été abandonnées. Mais elles sont plutôt fondées sur des commentaires de textes anciens. En outre, en plaçant la Terre au centre de l’Univers, le géocentrisme s’accorde parfaitement avec les Saintes Écritures. Ce qui satisfait l’Église, omnipotente. Et c’est un homme seul, éloigné des sphères intellectuelles, qui, depuis les brumes de sa Pologne natale, va parvenir à déloger la Terre de sa place imprenable. Incroyable !
Dans un premier manuscrit anonyme, le Commentariolus, qu’il laisse circuler à partir de 1510, Copernic décrit sa nouvelle cosmologie : l’héliocentrisme. Le Soleil, immobile, occupe le centre du monde ; la Terre - dont l’axe est incliné - effectue autour de lui une rotation en une année, et tourne sur elle-même en un jour ; les planètes accomplissent, elles aussi, une révolution solaire. Comment l’homme a-t-il pu en arriver à ces audacieuses conclusions ? N’a-t-il pas été influencé par quelques précurseurs ? Des générations d’historiens se sont penchés sur la question… Ils n’ont rapporté que de maigres prémices.
Ainsi le pythagoricien Philolaos de Crotone (v. 470-385 av. J.-C.) - mentionné par Copernic - a émis l’idée que la Terre et le Soleil tournaient autour d’un feu central. Une vision tout de même différente de l’héliocentrisme, dont le concept sera formulé un peu plus tard, mais de manière vague, par l’astronome Aristarque de Samos (v. 310-v. 230 av. J.-C.), pour expliquer que les dimensions du monde sont plus grandes qu’on ne le croit. Qui plus est, le texte mentionnant cette hypothèse - l’Arénaire d’Archimède - ne sera publié qu’en 1544, soit un an après la mort de Copernic. Impossible donc que celui-ci en ait eu connaissance. Le mystère reste entier : le chanoine polonais semble n’avoir été influencé par personne, si ce n’est l’air du temps.

L’astrologie, face marchande de l’astronomie

Son époque sonne en effet le glas de plusieurs siècles de léthargie. Copernic naît à la charnière du Moyen Âge et de la Renaissance, peu après la fin de la guerre de Cent Ans et la prise de Constantinople par les Turcs (1453), mais aussi l’invention de l’imprimerie par l’Allemand Johannes Gutenberg (1454). C’est également le temps des grandes explorations géographiques, avec la découverte de l’Amérique par Christophe Colomb en 1492. L’heure est donc propice aux révolutions intellectuelles. Outre-Rhin, notamment, où l’Église toute-puissante doit faire face à la montée du protestantisme.
Copernic a la chance de bénéficier d’une excellente formation, car il est né dans une famille - catholique - aisée. Orphelin de père à l’âge de dix ans, il est pris en charge par son oncle, l’évêque Lucas Watzenrode, qui l’enverra à l’université de Cracovie dans l’objectif de le faire élire chanoine du chapitre de la cathédrale de Frombork, sur lequel il a autorité. Là, Copernic découvre l’astronomie qu’il étudie pendant trois ans auprès de maîtres chevronnés, car cette discipline fait partie des sept arts libéraux enseignés à l’époque à l’Université. Élu à Frombork en 1495, il profite bientôt d’un congé pour se rendre en Italie et étudier le droit à l’université de Bologne. Dès son arrivée, il s’adonne aussi à l’astronomie, sa vraie passion, avec l’un des grands maîtres de l’époque, Domenico Maria Novara. Le voilà qui se lance dans l’observation du ciel (dès 1497) et dans la lecture de l’Almageste de Ptolémée.
À l’époque, on ne lit pas directement l’original écrit en grec, mais plutôt des ouvrages de vulgarisation qui commentent la théorie et les calculs du savant. À partir de ces textes, on élabore des tables astronomiques prédisant la position des planètes. Celles-ci permettent d’établir le calendrier et de dresser les horoscopes. L’astrologie, alors très en vogue, est en quelque sorte la face marchande de l’astronomie. Elle est utilisée dans de nombreux domaines comme outil d’aide à la décision, notamment en médecine et en politique. Les tables issues de l’Almageste sont considérées comme immuables. Même si, on l’a vu, certaines observations du ciel indiquent qu’elles sont inexactes, personne ne veut l’admettre. Et l’on ne cherche pas à développer l’instrumentation, puisqu’il ne sert à rien d’explorer le ciel.
De retour à Frombork en 1510 après avoir refusé la carrière épiscopale à laquelle le destinait son oncle, Copernic peut enfin travailler à sa nouvelle théorie. Mais il est obligé d’avancer masqué. Souvenons-nous que le document où il énonce pour la première fois la doctrine de l’héliocentrisme, le Commentariolus, n’est pas signé. Il n’en diffuse que quelques copies auprès de lecteurs choisis, acquérant ainsi dans le milieu des savants une bonne réputation d’astronome et de mathématicien. Et il s’attelle aux démonstrations mathématiques de sa théorie en vue d’établir un traité capable de rivaliser avec l’Almageste.
Nicolas Copernic : chanoine, juriste, cartographe...

Qui était réellement Nicolas Copernic ? Sa personnalité peut-elle expliquer - du moins en partie - son génie ? Difficile de répondre, car on ne dispose d’aucun document écrit retraçant sa vie ou décrivant son caractère. On sait néanmoins que, excellent mathématicien, astronome plus qu’audacieux, il ne fut pas pour autant un grand observateur. De 1497, date de sa première observation (celle de la Lune s’approchant de l’étoile Aldebaran), à la publication du De revolutionibus, son traité sur l’héliocentrisme, en 1543, il ne réalisa qu’une soixantaine d’observations, dont vingt-sept seulement lui ont permis d’établir sa théorie. Et l’on ignore dans quelles conditions et avec quels instruments !

De son parcours, on peut néanmoins déduire que Copernic était doté d’une personnalité forte et déterminée : il a notamment résisté aux sirènes de la carrière épiscopale voulue par son oncle et préféré se consacrer à son oeuvre. On peut également lui prêter une capacité de travail impressionnante : à côté de son cursus juridique suivi à l’université de Bologne, il a entamé des études de médecine à l’université de Padoue. Et c’est en marge de ces enseignements officiels qu’il s’est formé à l’astronomie, d’abord dès 1491 à l’université de Cracovie, puis probablement à partir de 1497 (il a alors 24 ans) avec l’étude de l’Almageste de Ptolémée à Bologne. Ce n’est pas tout ! Il a également excellé dans d’autres domaines que l’astronomie : ainsi de la politique monétaire - il propose de créer une nouvelle monnaie qui serait émise par un organisme s’engageant à maintenir le taux d’argent par rapport au cuivre - et de la cartographie - il dresse des cartes de sa région. Sa fonction de chanoine le conduisait à arpenter les campagnes pour prélever un impôt sur le revenu des paysans. Peut-être est-ce cette activité qui l’amena à exercer son talent sur des domaines bien plus terre-à-terre que l’astronomie.

L’arrivée d’un jeune et brillant mathématicien

Copernic bute cependant sur plusieurs écueils. En effet, s’il place le Soleil au centre, il reprend les observations de Ptolémée, dont il reste trop dépendant. Résultat : il doit chercher des modèles géométriques compliqués pour rendre compte des différences entre les observations du Grec et les siennes, par exemple l’inclinaison, variable dans le temps, de l’axe de la Terre par rapport au Soleil. Et il achoppe sur le calcul de la longitude et de la latitude des planètes par rapport au Soleil. Ces blocages vont être levés grâce à l’arrivée à Frombork, en 1539, d’un jeune et brillant mathématicien, l’Allemand Georg Joachim Rheticus, attiré dans ces contrées nordiques par la réputation de Copernic. Rheticus a lu le Commentariolus. Il transporte dans ses bagages le texte original, en grec, de l’Almageste, beaucoup plus clair que la mauvaise traduction arabo-latine de Gérard de Crémone sur laquelle travaillait Copernic.
Quelques mois plus tard, Rheticus publie un premier texte très pédagogique, Narratio Prima (Premier Rapport), dans lequel il expose au monde savant la doctrine héliocentrique. Puis il aide Copernic, malade et vieillissant, à finaliser son oeuvre majeure, De revolutionibus orbium coelestium (Des révolutions des orbes célestes) qui repose sur les trois mêmes composantes que l’Almageste : une cosmologie, un outil mathématique (trigonométrie plane et sphérique) et une modélisation du mouvement des planètes. L’ouvrage est publié en 1543 à Nuremberg, peu avant le décès de Copernic, par le grand éditeur protestant Petreius à qui Rheticus l’a confié.
Anticipant que l’héliocentrisme serait mal vu par l’Église, le théologien luthérien Andreas Osiander a surveillé l’impression du livre. Il lui ajoute même une seconde préface, non signée, où il précise qu’il s’agit d’une simple hypothèse destinée à faciliter le calcul de la position des planètes. Copernic, lui, a écrit dans la sienne que sa théorie était conforme à la réalité du monde. Une réalité dont il sait qu’elle va déranger, car il ose changer le statut de la Terre, devenue une planète comme une autre. Pourtant, l’héliocentrisme explique enfin pourquoi plus une planète est éloignée du Soleil, plus elle met du temps à tourner autour de lui : un an pour la Terre, trente ans pour Saturne.

Les planètes tournent autour du Soleil… sauf la Terre !
La portée du livre est énorme. À sa sortie, il suscite chez les astronomes diverses réactions. Ceux qui calculent les éphémérides et dressent les horoscopes s’en emparent avec intérêt, y voyant une nouvelle source de profit. Ils restent toutefois circonspects vis-à-vis de l’héliocentrisme, qu’ils considèrent non pas comme une nouvelle cosmologie, mais comme une simple facilité mathématique. D’autres, tels le Danois Tycho Brahe et nombre d’astronomes jésuites, adoptent un système géo-héliocentrique : la Terre demeure au centre du monde et les cinq autres planètes connues tournent, elles, autour du Soleil. Mais un courant de plus en plus puissant rejette ce compromis. L’Anglais Thomas Digges, l’Allemand Johannes Kepler, l’Italien Galileo Galilei acceptent très vite l’héliocentrisme comme le véritable système du monde. Les observations progressent alors grâce à l’invention de la lunette (1609). Celles de Kepler et de Galilée confirment la thèse copernicienne. En 1619, Kepler publie son traité magistral, l’Épitomé de l’astronomie copernicienne, où il applique à toutes les planètes les trois lois des mouvements qu’il a découvertes dix ans plus tôt et qui décrivent notamment leur orbite elliptique. Toujours valables aujourd’hui, les lois de Kepler sont par exemple utilisées, avec celles de Newton sur la gravitation, pour la mise en orbite des satellites.
Reste qu’à l’époque, les autorités religieuses - elles ont mis du temps à réagir ! - ne sont pas prêtes à admettre cette nouvelle cosmologie qui représente une rupture théologique inadmissible. En 1616, elles mettent le traité de Copernic à l’Index… Il y restera jusqu’en 1835 ! En 1633, elles forcent Galilée, qui enseigne l’héliocentrisme depuis des années, à abjurer.

Face à ces attaques répétées, les astronomes ne cesseront de chercher à établir une preuve de la doctrine copernicienne. Ce sera la parallaxe : si la Terre tourne autour du Soleil, on doit en effet remarquer un très léger déplacement des étoiles depuis notre planète. L’astronome anglais James Bradley sera le premier, en 1727, à faire le lien entre la vitesse de déplacement de la Terre autour du Soleil et ce déplacement lui-même. Puis la parallaxe sera mesurée pour la première fois en 1838 par l’astronome allemand Friedrich Bessel… mettant fin à trois siècles de doutes."
 
A DECOUVRIR
Jean-Paul Walch, Galilée dans l’Histoire, Nouveau Monde, 2017
Christian Nitschelm, Histoire de l’astronomie, Nouveau Monde, 2013
Copernic, Des révolutions des orbes célestes, première traduction en français, Les Belles Lettres, 2015
Une interview de Denis Savoie : http://sciav.fr/ denissavoie
Le satellite Gaia : https://gaia-mission. cnes.fr
 
LEXIQUE
Tables astronomiques
Livres comportant des suites de nombres, présentés sous forme de tableaux, indiquant la position des astres en fonction de la date et calculés en application d’une théorie astronomique. Les positions planétaires peuvent être ainsi établies plusieurs années à l’avance, donnant naissance à des éphémérides, exploitées principalement par les astrologues.
Pythagoriciens
Membres de l’école philosophique de l’Antiquité fondée par le mathématicien Pythagore (v. 580- 495 av. J.-C.), une secte où l’aspect mystico-religieux était central et qui fut l’une des premières à suggérer que la Terre tourne sur son axe.
Sept arts libéraux
Enseignés au Moyen Âge à l’Université, ils comprennent d’abord le trivium - grammaire, dialectique et rhétorique - complété par le quadrivium - arithmétique, géométrie, musique et astronomie.
Gaia au secours de Galilée

Contre l’héliocentrisme de Copernic défendu par Galilée, un inquisiteur, le cardinal Robert Bellarmin, soulève dans les années 1610 l’objection suivante : si la Terre décrivait une orbite autour du Soleil, on devrait observer une parallaxe, c’est-à-dire un déplacement apparent des étoiles vues de la Terre à différents moments de l’année (voir l’infographie ci-dessous). Or, ce n’est pas le cas. À cet argument, Galilée répondit que les étoiles étaient trop lointaines pour que la parallaxe puisse être vue et mesurée avec les instruments de l’époque.

Au cours des siècle suivants, la mesure de la parallaxe des étoiles s’est muée en une quête destinée à prouver la pertinence de l’héliocentrisme. Après l’ère des observations terrestres, elle a connu une impulsion nouvelle avec le lancement en 1989 du satellite d’astrométrie Hipparcos, de l’Agence spatiale européenne (Esa). Celui-ci a révélé le positionnement de plus de 100.000 étoiles dans le ciel, avec une précision supérieure à 0,001 seconde d’arc, soit cent fois mieux qu’auparavant. Lancé en 2013 pour une durée de cinq ans, Gaia, nouveau satellite de l’Esa, avait pris la suite d’Hipparcos avec un objectif plus ambitieux : mesurer les caractéristiques de plus d’un milliard d’objets célestes, dont les positions, mouvements propres et parallaxes d’une multitude d’étoiles. En 2018, Gaia avait livré la carte tridimensionnelle la plus complète de la Voie lactée avec la position de... 1,7 milliard d’étoiles !

 

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