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L’Univers dévoiléUne histoire de l’astronomiede 1910 à aujourd’huiJames Lequeux

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LUnivers dvoilJames Lequeux

LUnivers dvoilUne histoire de lastronomie de 1910 aujourdhui

James LequeuxAstronome lObservatoire de Paris

17, avenue du Hoggar Parc dactivits de Courtabuf, BP112 91944 Les Ulis Cedex A, France

ISBN : 2-86883-792-1Tous droits de traduction, dadaptation et de reproduction par tous procds, rservs pour tous pays. La loi du 11 mars 1957 nautorisant, aux termes des alinas 2 et 3 de larticle 41, dune part, que les copies ou reproductions strictement rserves lusage priv du copiste et non destines une utilisation collective , et dautre part, que les analyses et les courtes citations dans un but dexemple et dillustration, toute reprsentation intgrale, ou partielle, faite sans le consentement de lauteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite (alina 1er de larticle 40). Cette reprsentation ou reproduction, par quelque procd que ce soit, constituerait donc une contrefaon sanctionne par les articles 425 et suivants du code pnal.

EDP Sciences 2005

SommaireSommaire Avant-propos 1 1910-1950, les dbuts de lastronomie contemporaine. Physique et astronomie, lre des grands tlescopes 2 1950-1970, nouveaux domaines, nouveaux objets 3 1970-1980, lre de lespace et des ordinateurs 4 1980-1990, une priode de transition 5 Aprs 1990 : la course au gigantisme 6 Une vue contemporaine de lUnivers. I. Du systme solaire la Galaxie 7 Une vue contemporaine de lUnivers. II. Astronomie extragalactique et cosmologie 8 Que pourrait tre lastronomie de demain ? Appendice 1 : Petite histoire de linterfromtrie en France Appendice 2 : Loptique gravitationnelle Rfrences Sigles Glossaire Index iii v 1 31 81 103 117 143 191 231 249 255 259 269 273 281

Avant-proposLa plupart des Histoires de lastronomie, mme rcentes, sarrtent la dcouverte par Hubble de lexpansion de lUnivers, qui date de 1929, ou au mieux au milieu du XXe sicle. Faut-il voir l le rsultat dune certaine timidit vis--vis de lhistoire contemporaine dont certains acteurs sont toujours vivants, ou vis--vis de la complexit croissante de la science ? Pourtant, le dernier sicle a vu dincroyables progrs dans notre connaissance de lUnivers, comparables ceux raliss au XVIe et au XVIIe sicles par les grands pionniers qutaient Nicolas Copernic, Tycho Brahe, Johannes Kepler, Galile et Isaac Newton. Si lon a pu parler pour cette priode de rvolution astronomique, on peut affirmer que lessentiel de lUnivers nous est aujourdhui dvoil. Ce sont lhistoire et les moyens des progrs de lastronomie depuis cent ans que veut rsumer ce livre. Devant limmensit de la tche que serait lcriture dune vritable histoire de lastronomie au cours du dernier sicle, on ne peut que rester modeste. Aussi le prsent ouvrage nest-il quun embryon dhistoire de lastronomie contemporaine. Mon but est de faire partager un public aussi large que possible quelques ides et opinions sur lvolution rcente dune science que jai vcue activement depuis cinquante ans. Jespre aussi lui communiquer mon enthousiasme pour les progrs rcents de notre vision de lUnivers. Le livre suit un ordre chronologique. Le premier chapitre couvre les annes 1910 1950, et le suivant une priode de vingt annes, ce qui nous amne 1970. Ensuite, le rythme des dcouvertes sacclre tellement que les trois chapitres suivants, qui insistent sur les techniques dobservation, ne couvrent chacun quune dcennie. Les chapitres 6 et 7 font ltat des lieux lore du XXIe sicle, et le chapitre suivant tente quelques projections sur ce que pourrait tre lavenir de lastronomie. Bien entendu, jai d faire des choix dans les sujets que jai dvelopps ; pour ne pas lasser le lecteur, jai fait souvent limpasse sur des sujets quelque peu arides comme la photomtrie, malgr son importance pratique pour les astronomesa.Lhistoire de la photomtrie astronomique au XXe sicle est bien dveloppe dans louvrage de Leverington D. (1995) A history of astronomy from 1890 to the present, Springer-Verlag, Berlin. Pour lhistoire de lastronomie solaire et stellaire, voir Tassoul J.-L., Tassoul M. (2004) A concise history of solar and stellar physics, Princeton University Press.a.

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Je me suis efforc de ne pas entrer dans trop de dtails techniques, mais ctait quelquefois impossible. Un glossaire devrait aider comprendre quelques-uns des concepts et la nomenclature de base de lastronomie daujourdhui, et des textes encadrs et deux appendices dtaillent des points particulirement dignes dintrt. De nombreuses notes donnent des rfrences aux articles de recherche originaux, qui permettront aux lecteurs les approfondissements quils jugeront souhaitables. Il ne ma videmment pas t possible de citer tous les articles importants, ni mme le nom de tous les collgues qui me paraissent avoir contribu de faon fondamentale aux progrs de lastronomie, et dont certains sont mes amis : quils veuillent bien men excuser. Je tiens remercier mon pouse Genevive, Claudine Laurent et Charles Ryter pour leur relecture attentive de cet ouvrage, et pour leurs commentaires et critiques particulirement constructifs.

Chapitre 1 1910-1950, les dbuts de lastronomie contemporaine. Physique et astronomie, lre des grands tlescopesLtat de lastronomie au dbut du XXe sicleOn a peine imaginer quel point nos connaissances sur lUnivers taient rudimentaires au dbut du XXe sicle. La diffrence entre ce que lon savait lpoque et ce que lon sait aujourdhui est encore plus considrable en astronomie quen physique. Toute la physique classique en gros lessentiel de ce que lon enseigne au lyce tait alors construite, bien que les connaissances en physique de latome et des particules lmentaires fussent encore des plus primitives. Mais en astronomie, de mme quen biologie et en sciences de la Terre, tout ou presque restait faire. Les seules branches de lastronomie qui, en 1900, avaient atteint leur majorit, depuis longtemps dailleurs, taient lastronomie de position et la mcanique cleste. La thorie des mouvements des plantes et des satellites avait acquis un degr de perfection tout fait remarquable, fruit notamment dune trs importante participation franaise il suffit de citer les noms de Joseph-Louis de Lagrange, Pierre-Simon de Laplace, Urbain Le Verrier, Charles Delaunay, Flix Tisserand et plus rcemment dHenri Poincar. Le reste tait bien moins avanc. On possdait bien quelques ides qualitatives sur la nature et la composition du Soleil : Franois Arago avait montr en 1811, en constatant labsence de polarisation de sa lumire, que la surface du Soleil et de certaines toiles tait gazeuse et non solide ou liquide. Cette conclusion fut confirme par lobservation de lassombrissement des bords de limage du Soleil sur les daguerrotypes pris par Hippolyte Fizeau et Lon Foucault en 1844-451 (Fig. 1.1). Il faut voir l la naissance de lastrophysique, cest--dire de lapplication de la physique lastronomie. En 1860, les Allemands Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff avaient reconnu dans le spectre du Soleil les raies caractristiques de plusieurs lments chimiques : le fer, le calcium, le magnsium, le nickel et le chrome2. Aux tats-Unis, Henry A. Rowland avait trouv par spectroscopie 36 lments dans le Soleil, incluant lhlium qui ne fut que plus tard identifi sur Terre3. Mais les ides que lon avait sur latmosphre

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Figure 1.1. Daguerrotype du Soleil pris par Fizeau et Foucault en 1845. Cest une des toutes premires photographies dobjets clestes. On y voit des taches et aussi lassombrissement des bords du Soleil, qui a permis de confirmer la nature gazeuse de lastre.

solaire (Fig. 1.2) taient peine plus exactes que du temps du Pre Athanasius Kircher, jsuite qui avait fait les premires observations systmatiques des taches du Soleil vers 1635. En 1900, on ignorait tout de lintrieur du Soleil et de lorigine de son nergie. Quant lastronomie plantaire, ctait un domaine o limagination atteignait au dlire, taye par des observations fantaisistes comme celle des fameux canaux de Mars, qui taient supposs avoir t construits par des tres vivants. La clbre Astronomie populaire de Camille Flammarion, et ses autres ouvrages, notamment La Plante Mars et ses conditions dhabitabilit, publi en 1892, en sont des tmoignages potiques et farfelus. Voici un extrait de ce dernier livre (p. 588) : Les variations considrables observes en ce rseau aquatique [sic !] sont pour nous un tmoignage que cette plante [Mars] est le sige dune nergie volatile. [...] Tandis que nous observons tranquillement ces continents et ces mers [...], tandis que nous nous demandons sur lequel de ces rivages il serait le plus agrable de vivre, peut-tre y a-t-il l, en ce moment mme, des orages, des volcans, des temptes, des tumultes sociaux et tous les combats de la lutte pour la vie. Lorsque limagination supple labsence de connaissances scientifiques, les vieux mythes de lhumanit surgissent avec toute leur force. Ils nont pas disparu aujourdhui, mme dans lesprit de certains astronomes, ainsi quen tmoigne la navet des idogrammes emportes par plusieurs sondes spatiales, qui sont destins tre dchiffrs par dventuels habitants dautres mondes. Les coteuses expriences

Figure 1.2. Comment Arago concevait le Soleil4. Il avait montr que la partie visible du Soleil tait faite dun gaz incandescent. Cependant il pensait que les taches solaires sombres, et la pnombre de luminance intermdiaire qui les entoure, taient des zones plus profondes du Soleil vues travers des trous, zones qui ntaient pas forcment gazeuses.

1910-1950, les dbuts de lastronomie contemporaine. Physique et astronomie, lre des grands tlescopes

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emportes par les sondes VIKING dans le but de dtecter des traces de vie sur Mars, presque demble voues lchec car trop rudimentaires, ntai