UNIVERS (notions de base)Afficher la liste complète (17 médias)Observer et dénombrer les constituants de l’Univers, comprendre son organisation, son fonctionnement et retracer son histoire font partie des aspirations que l’homme a toujours voulu satisfaire. Depuis cinquante ans, ses connaissances ont considérablement progressé, grâce à la maîtrise de nouvelles techniques. Mais bien des questions restent posées car les récentes découvertes apportent aussi leur lot d’énigmes à résoudre.
[size=22]1. Théories de l’Univers : de la mythologie à l'astronomie
De tout temps, les hommes ont eu besoin de représenter le monde pour affirmer leur place dans l’Univers. Le recours aux mythes a été le fondement des antiques cosmogonies, puis l’observation des astres a été la source de cosmographies et d’une réflexion sur la structure de l’Univers fondatrice de systèmes physiques : les cosmologies.
• Cosmogonies antiques (Mésopotamie, Égypte)
Les mythes antiques de la
création du monde procèdent de la division d’une matière primordiale indifférenciée (œuf, chaos, unité Ciel-Terre, limon tiré de l’Océan), du démembrement d’un géant ou d’un monstre aquatique, de la parole ou de l’échauffement d’un dieu. Les récits peuvent combiner ces différents thèmes. Toutes ces cosmogonies conçoivent l’Univers comme une
totalité organisée et constamment menacée par le retour du chaos.
En
Mésopotamie, en
Sumer (III
e millénaire av. J.-C.), Enlil, dieu auto-engendré fondateur du monde par séparation de ces éléments constitutifs, a pour compagnon Enki, dieu de l’eau et de la sagesse, l’ordonnateur et le dispensateur de la vie. De la parole et du geste, Enki éveille les dieux, les arbres et les plantes, les animaux et enfin les hommes. Au pays voisin d’Akkad, le monde naît par différenciation des eaux mêlées et non de l’intervention d’un
démiurge. Celui-ci apparaît dans la religion néo-babylonienne au
XIIe siècle av. J.-C. avec le dieu Mardouk, ordonnateur du monde après un combat fratricide entre les dieux dont il sort vainqueur.
En Égypte, le soleil à son zénith, le dieu Rê, tire le monde de lui-même par la parole. Il fonde le monde à partir de l’Océan primordial, Noun, contenant la matière à l’état informe, et engendre le couple air-humidité (Shou et Tefnout) qui enfante le Ciel, Nout, et la Terre, Geb.
• Cosmogonies de l’Antiquité grecque et du Moyen Âge
En Grèce, au
VIe siècle av. J.-C., les penseurs précédant Socrate et les sophistes, appelés physiciens, substituent aux récits mythiques traditionnels un premier discours spéculatif, fondé sur la nature (physis) du principe élémentaire à l’origine du monde : l’eau (Thalès), l’air (Anaximène), le feu (Héraclite) et l’illimité (Anaximandre).
Au
IVe siècle av. J.-C.,
Aristote abandonne la question de l’origine et édifie un système sur lequel s’appuiera la science occidentale durant deux mille ans : le
géocentrisme. Il postule l’existence d’un Ciel éternel de forme sphérique, où se meuvent les astres sur des orbites circulaires, avec une Terre immobile placée au centre de l’Univers fini.
Au
IIe siècle apr. J.-C.,
Claude Ptolémée perfectionne ce système en remarquant que les
planètes décrivent des petits cercles, ou épicycles, dans un mouvement uniforme, tandis que le centre de l’épicycle est entraîné sur une orbite circulaire, le déférent.
En s’appuyant sur ces paramètres, on pouvait rendre compte de façon satisfaisante des particularités du déplacement apparent des planètes. Ce système qui allie géométrie et mathématique est à la base de toutes les tables astronomiques du Moyen Âge jusqu’à la fin du
XVIe siècle.
PhotographieAristoteDe la «Physique» à la «Métaphysique», Aristote (385 env.-322 avant J.-C.) dresse l'inventaire exhaustif d'un monde où la réalité s'ordonne selon les catégories logiques de la pensée. Juste de Gand, Portrait d'Aristote, Musée du Louvre, Paris. Crédits: Photos.com/ Jupiterimages[/size]
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• La révolution copernicienne
Il faut attendre le milieu du
XVIe siècle, avec
Copernic (1473-1543), pour qu’un nouvel ordre du monde soit proposé : l’héliocentrisme. La sphère des
étoiles fixes englobe toujours l’Univers, mais c’est le Soleil qui est placé en son centre. Planète parmi les autres, la Terre tourne autour de l’astre en même temps que sur elle-même.
Contraire à l’évidence sensible, cette nouvelle
cosmologie remettait aussi en cause la physique d’Aristote récupérée par les théologiens. Le géocentrisme fixiste aristotélicien était compatible avec la révélation biblique, alors que l’héliocentrisme était hérétique : il détrônait la Terre et l’homme de leur place centrale dans la création divine.
C’est sur ce point que les astronomes durent affronter l’Église. Ayant étayé l’hypothèse héliocentriste par ses propres observations au moyen d’une lunette et l’ayant érigée en vérité physique,
Galilée (1564-1642) est condamné par le Saint-Office en 1633.
L’autonomie scientifique face aux vérités de foi l’emporte pourtant : les théories de l’Univers ou représentations du monde se construisent désormais à partir d’hypothèses et par l’expérimentation.
Johannes Kepler (1571-1630) découvre les lois régissant le mouvement réel des planètes autour du soleil à partir de leur mouvement apparent.
VidéoLa révolution copernicienneAu début du [size=9]XVIe siècle, Copernic, le premier, conçoit l'hypothèse héliocentrique pour remplacer le système géocentrique hérité d'Aristote et de Ptolémée. Le Soleil est substitué à la Terre au centre du cosmos, sans que le mouvement parfaitement circulaire des planètes et des éto… [/size]
Crédits: Encyclopædia Universalis France[/size]
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2. Les constituants de l’Univers
À mesure que nos connaissances avancent, de nouveaux constituants de l’Univers nous apparaissent. Nous savons en voir et en détecter certains : planètes, étoiles, nuages de gaz et de poussières, rayonnements de toute nature. Mais d’autres, comme la masse cachée ou l’énergie noire, ne nous donnent qu’une preuve indirecte de leur existence.
Recenser les objets constituant l’Univers a depuis longtemps suscité la curiosité de l’homme, mais des moyens d’observation plus efficaces que nos yeux n’existent que depuis quatre siècles. Nos connaissances sur l’immense diversité du cosmos se sont accrues de façon prodigieuse au cours des cinquante dernières années, mais sont encore loin d’être exhaustives. Chaque nouveau détecteur ouvre une nouvelle fenêtre d’observation, et de nouveaux composants apparaissent, de plus en plus imposants par la place qu’ils occupent, mais aussi par les questions qu’ils suscitent.
• Étoiles, amas d’étoiles, nuages et rayonnements
C’est étape par étape que s’est construite notre idée des dimensions et du contenu de l’Univers visible. Jusqu’au début du
XXe siècle, l’Univers se réduit à ce que nos yeux, aidés de
télescopes, sont capables de voir, à savoir les objets brillants, qu’ils émettent de la lumière ou qu’ils reflètent la lumière qui les éclaire.
Il apparaît ensuite, que, au-delà du Soleil et de son cortège de satellites, les milliers d’étoiles du ciel nocturne sont elles-mêmes d’autres soleils. Parfois plus rouges ou plus bleus, plus ou moins gros que le nôtre, ces derniers sont situés à des distances grandes, mais mesurables, au moins pour les plus proches.
À côté de ces étoiles, strictement ponctuelles, on découvre des objets diffus dont la nature et la diversité n’apparaissent pas tout de suite. Si certains de ces objets ne sont que des amas plus ou moins gros d’étoiles (voir « Les structures de l’Univers »), d’autres sont des nuages de gaz ou de poussières, qui ne font que diffuser la lumière qu’ils reçoivent d’étoiles voisines.
D’autres nuages, obscurs et opaques, existent également : ils sont détectés car ils occultent et dévient la lumière d’étoiles situées derrière eux. Il est certain que du gaz très diffus existe partout, non seulement dans les
galaxies, mais aussi dans les immenses espaces intergalactiques, là où circulent librement les rayonnements de toute nature qui sont des constituants fondamentaux de l’Univers : lumière, mais aussi ondes hertziennes, rayons X et gamma, neutrinos et
ondes gravitationnelles.
PhotographieNuage du CygneCe nuage brillamment coloré porte le nom de Nuage du Cygne et se trouve dans la constellation du Sagittaire, à 5 500 années-lumière du Soleil. C'est une des plus belles images obtenues par le télescope spatial Hubble. Il s'agit d'un nuage constitué de différents éléments à l'état gazeux, principalem… Crédits: NASA[/size]
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• La masse cachée
Tous les objets rencontrés jusqu’ici sont faits de la même matière que celle qui forme le corps humain : des atomes dont les composants et la structure sont connus, et qu’il est possible de voir car ils interagissent avec la lumière. Mais il semble que cette matière ne soit pas la seule qui existe dans l’Univers. Les galaxies tournent sur elles-mêmes autour d’un axe central, tout comme les planètes autour du Soleil.
Dans le système solaire, le mouvement et la position des planètes sont la conséquence directe de l’attraction gravitationnelle due au Soleil, prouvant ainsi son existence et permettant d’estimer sa masse grâce aux lois de
Newton.
Or il n’en va pas de même dans le cas de la rotation des galaxies sur elles-mêmes, ou dans celui des mouvements relatifs des galaxies les unes par rapport aux autres : la masse totale responsable de leur
dynamique, calculée à partir de leur position et de leur mouvement, est estimée de 10 à 100 fois supérieure à celle qui est calculée à partir des étoiles qui sont détectées.
D’où l’idée qu’il existe une masse cachée, invisible mais présente, au centre de toutes les galaxies, y compris la nôtre, et qui s’étend également entre les galaxies. La déceler n’est pas simple, dans la mesure où l’on ignore tout de sa nature.
On a d’abord imaginé qu’il s’agissait d’astres non brillants, sortes de grosses boules de la taille de Jupiter, étoiles avortées qui ne peuvent rayonner. Une campagne d’observation minutieuse menée pendant plusieurs années semble montrer que cette hypothèse, sans être fausse, n’est pas suffisante.
Il reste alors à rechercher la matière cachée du côté de particules, soit peu détectable comme les neutrinos, soit « exotiques » : elles n’interagissent pratiquement pas avec la matière « ordinaire ». On ne les a pas encore trouvées, mais elles sont prévues dans le cadre de modèles théoriques.
VidéoDécrypter l'Univers lointain (2), P. LénaMesurer l'Univers est l'un des objectifs de la cosmologie, mais de nombreuses énigmes subsistent. Pierre Léna, astrophysicien et directeur de l'École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France, nous explique comment se distribue la matière dans l'Univers. Et il répond à quelques questions… Crédits: Encyclopædia Universalis France[/size]
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• L’énergie noire
Plus mystérieuse encore que la matière cachée, l’énergie noire, dernier-né des constituants de l’Univers, est attestée par le fait, maintenant confirmé, que la vitesse d’expansion de l’Univers, que l’on croyait constante depuis le
big bang, a augmenté depuis quelque 7 milliards d’années. Une telle accélération ne peut être due à la matière, visible et cachée, qui aurait l’effet contraire.
Est alors apparue l’idée qu’une certaine forme d’énergie engendrant une force répulsive existerait dans l’Univers, dont elle représenterait 70 p. 100 de la masse, et produirait l’effet observé. Faute d’en savoir plus, on la qualifie d’énergie noire et elle représente une des plus lancinantes questions de la cosmologie actuelle.
Vidéo[size=13]Nucléosynthèse, J. AudouzeJean Audouze, directeur de recherche en astrophysique au C.N.R.S. et directeur du Palais de la Découverte, nous raconte l'évolution des étoiles (de leur naissance à leur mort), au sein desquelles se déroule la genèse de la matière. Il répond de fait à quelques questions : Comment se forment les élém…
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