Le Livre d'Argent

La semaine dernière, nous avons donc parlé un peu de la façon, pas forcément aussi tranchée qu'on le croît d'habitude, dont on a découvert que la Terre n'est pas au centre de l'univers. Pour autant, elle reste au centre de ce que l'on appelle « l'univers observable », et puisqu'on est de nouveau #VendrediVulga, nous allons consacrer les habituels seize pouets du #Vulgadredi de cette semaine à partir vers l'infiniment grand explorer cette notion.

Mais pour partir accomplir un tel voyage, il va nous falloir une unité de mesure adaptée, parce que celles qu'on utilise dans la vie de tous les jours vont vite se retrouver dépassées. En effet, si l'on veut parler de voyages, alors commençons par évoquer les plus longs qui aient réellement été effectués jusque là : les missions Apollo ont amené des êtres humains se poser sur notre Lune, qui orbite à une distance approximative de quatre cent mille kilomètres de la Terre.

2/16 C'est déjà une distance assez impressionnante : environ dix fois plus qu'un tour de notre Terre, dont le périmètre mesure un peu plus de quarante mille kilomètres. Encore qu'à la surface de la Terre, on puisse difficilement avancer en ligne droite, surtout quand on voyage en bateau : la première circumnavigation, effectuée par l'équipage de Fernand de Magellan et partie fin 1519, a dû parcourir soixante mille kilomètres en tout, pour contourner les continents.

Ce tour du monde, effectué à la voile, leur avait pris à l'époque pris quasiment trois ans. Voyager dans l'espace aujourd'hui est bien plus rapide, puisque les astronautes à bord des missions Apollo n'ont eu besoin que de quatre jours pour atteindre notre satellite. Tant mieux pour eux, ceci dit, car les conditions de voyage n'étaient pas spécialement les plus agréables, le manque de place ne leur permettant pas d'aller se dégourdir les jambes.

3/16 S'il faut déjà parcourir des centaines de milliers de kilomètres juste pour atteindre notre Lune, les distances à parcourir pour atteindre les autres planètes sont encore plus élevées. D'autant qu'elles tournent autour du Soleil, et non plus autour de la Terre, comme on l'a, aussi, évoqué la semaine dernière (mais vous le saviez déjà, n'est-ce pas ?)

Or cela signifie qu'elles ne sont pas toujours à la même distance de nous. Vénus, par exemple, est la plus proche voisine de la Terre : quand elles sont au plus près l'une de l'autre, elles sont séparées de quelques quarante-deux millions de kilomètres. Mais quand elles sont à des positions opposées sur leur orbite, c'est plutôt deux cent cinquante huit millions !

Au fait, si vous avez besoin d'une révision, le thread de la semaine dernière est là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/Azm7oxzbjuzK2vMu8G

4/16 Deux cent cinquante huit millions de kilomètres restent cependant assez peu si l'on compare à la distance qui nous sépare de Saturne, située à une distance qui dépasse largement le milliard de kilomètres de nous même quand nous sommes au plus près. Et qui pourtant est encore loin d'être la plus éloignée de nous. Compter la distance qui nous sépare des planètes en kilomètres, c'est un peu comme compter la contenance de nos disques durs en kilooctets⁽*⁾ : avec ce qu'on est capable d'atteindre de nos jours, il commence à falloir un peu trop de zéros pour que ce soit utilisable.

Pour les planètes et autres objets de notre système solaire, qui restent globalement « à notre portée » (la sonde New Horizons a par exemple réussi à atteindre Pluton en « seulement » neuf ans, profitant d'une configuration exceptionnellement favorable), on peut encore envisager les choses en « unités astronomiques », soit globalement en proportion de la distance Terre-Soleil.

(∗) Même si en vrai, pour les octets, on devrait parler de kibi- plutôt que de kilo-, mais là-dessus, @gee avait fait une chouette B.D. : https://grisebouille.net/dites-adieu-aux-kilos-en-trop/

5/16 Vous vous souvenez peut-être de cette notion d'unité astronomique, que j'avais évoquée dans le thread sur Cérès et la loi de Bode⁽*⁾. La notion est assez récente (1958 si ma mémoire est bonne), mais le fait de compter les distances de cette manière est beaucoup plus ancienne. Et effectivement, à l'échelle du système solaire, cela marche plutôt bien. Mais dès que l'on veut sortir de notre système solaire pour aller rencontrer d'autres étoiles, même l'unité astronomique devient encore sacrément petite.

Alors pour compter ce genre de distances astronomiques (c'est le cas de le dire), on va plutôt utiliser une durée : celle que met la lumière à parcourir autant d'espace. Car en effet, la vitesse de la lumière est assez énorme : elle chemine à 299 792 458 (±1) mètres par seconde. C'est en fait la vitesse la plus élevée qu'il soit possible d'atteindre dans notre univers.

(∗) Si vous l'aviez manqué, le voici : https://fadrienn.irlnc.org/notice/AyMztvDdmCsEVRGpYe

6/16 Arrondissons ça à environ trois cent mille kilomètres par secondes. Cela signifie qu'en une heure, soit 3600 secondes, elle parcourt plus d'un milliard de kilomètres. En une journée de 24 heures, c'est donc près de vingt-six milliards kilomètres. Et en une année d'environ 365 jours, c'est presque neuf mille milliards de kilomètres et demi. Ce qui évidemment diminue un peu les ordres de grandeurs.

La distance qui nous sépare du Soleil, quinze millions de kilomètres en moyenne, est parcourue par la lumière en à peine plus de huit minutes. Ce qui suffit déjà à ne pas nous montrer notre étoile en direct, mais en léger différé. Pour atteindre Jupiter, la lumière qui part du Soleil a besoin de presque trois quarts d'heure. Pour Neptune, il lui faut déjà plus de quatre heures.

Tenez, si vous voulez essayer ça (y compris avec les tailles des planètes à l'échelle, ce qui n'est pas évident à représenter), c'est encore possible au niveau de notre système solaire, à condition d'aimer scroller longtemps : https://www.le-systeme-solaire.net/systeme-solaire-a-l-echelle/

7/16 Et pourtant, les étoiles sont si lointaines que la lumière a déjà besoin de plusieurs années pour atteindre les plus proches d'entre elles. Ainsi, Proxima du Centaure, qui est présentement (ça change avec le temps, mais ça prend plusieurs dizaines de milliers d'années, on ne voit pas ça à échelle humaine) la plus proche voisine de notre Soleil, est située à un peu plus de quatre années-lumière de nous.

Véga, l'étoile principale de la constellation de la Lyre, encore visible dans notre ciel en début de nuit, est à vingt-cinq années-lumière… et Deneb, un peu plus loin dans celle du Cygne, à plus de mille six cent. Je l'avais d'ailleurs déjà évoqué dans mon thread sur l'« équation » de Drake et la recherche d'« intelligence » extraterrestre du projet SETI.

Thread qui est là, si jamais : https://fadrienn.irlnc.org/notice/AxQp1Fw6mSoy7eglf6

8/16 Déjà la moitié de ce thread, et nous en sommes seulement à évoquer la taille immense de notre galaxie (dont vous trouverez quelques images en suivant le lien ci-dessus) : cent mille années-lumière de diamètre. C'est qu'il faut de la place pour contenir plus de deux cent milliards d'étoiles. Mais ce n'est donc pas grand chose à l'échelle du reste de l'univers.

Tenez, prenons l'une de nos plus proches voisines parmi les galaxies : celle dite d'Andromède. Ce n'est pas exactement notre plus proche voisine, car les deux « nuages de Magellan », situés dans l'hémisphère sud et nommés en hommage au navigateur sus-mentionné, qui sont deux galaxies beaucoup plus petites et satellites de la nôtre, sont plus proches. Mais c'est la galaxie de taille comparable à la nôtre la plus proche… et aussi l'objet le plus lointain qu'on puisse voir à l'œil nu.

Avant les vulgadredis, j'avais déjà fait un bout de thread du même style qui expliquait où la chercher, en racontant une jolie légende en prime, donc allez lire ça si vous voulez : https://fadrienn.irlnc.org/notice/Aq0bVnKPpRItNHyDiK

9/16 Et donc cette plutôt chouette galaxie (qui demande hélas de bonnes conditions pour être visible, un peu de pollution lumineuse la fait rapidement disparaître) est située à deux millions d'années-lumière de nous. Ce qui signifie qu'elle ne ressemble déjà probablement plus à ce que nous en voyons aujourd'hui : deux millions d'années, c'est déjà amplement suffisant pour que, le temps que sa lumière arrive jusqu'à nous, cette galaxie ait quelque peu changé de tête.

L'espace étant si vaste que même la lumière a besoin d'énormément de temps pour faire le trajet fait que regarder loin, c'est regarder dans le passé : les autres galaxies étant encore plus éloignées de nous, la lumière que nous captons dans nos instruments aujourd'hui provient d'époques lointaines et peuvent donc nous renseigner sur ce à quoi ressemblait autrefois notre univers.

10/16 Et nous avons d'ailleurs maintenant des instruments optiques suffisamment efficaces et précis pour détecter des galaxies particulièrement éloignées de nous, ce qui nous permet de remonter très loin dans le passé, et donc apprendre pas mal de choses sur la façon dont notre univers a évolué avec le temps.

Les télescopes spatiaux comme Hubble ou James Webb, par exemple, nous ont gratifiés de plusieurs « champs profonds », des photographies d'un angle réduit du ciel avec un très long temps de pause permettant de capter le plus de lumière possible venant d'objets très lointains et donc de visualiser tout un tas de galaxies très éloignées.

11/16 Mais il existe, à ce jeu, une limite qui restera toujours indépassable, car elle n'est pas fixée par la puissance de nos instruments optiques, mais par les conditions mêmes de l'univers dans lequel nous vivons. Celui-ci, en effet, n'existe pas de toute éternité : il est âgé d'environ 13,8 milliards d'années.

C'est plutôt vieux, à notre échelle (l'espèce humaine est apparue il y a trois cent mille ans, le clade des primates il y a un peu plus de soixante millions d'années, la vie sur Terre il y a probablement un peu plus de quatre milliards d'années, et la Terre elle-même il y a environ quatre milliards d'années et demi), mais ça reste une durée finie, limitant notre champ d'observation.

12/16 Or, nous ne savons pas avec précision quelle est la taille de notre univers, ni même s'il est fini ou infini, mais nous savons au moins qu'il est suffisamment grand pour que 13,8 milliards d'années ne suffisent pas à la lumière pour nous atteindre depuis ses points les plus éloignés.

Il y a donc des zones entières de notre univers que nous sommes simplement incapables de voir, quelle que soit la puissance de nos instruments, tout simplement parce qu'aucune lumière partie de là-bas n'a encore pu arriver jusqu'à nous. D'où cette notion d'« univers observable », la portion de l'univers sur laquelle nous pouvons espérer obtenir des informations.

13/16 Et donc pour le coup, nous sommes au centre de notre univers observable. Ce n'est pas que nous soyons exceptionnels : n'importe quel point de l'univers est au centre de son propre univers observable, mesurant la même taille que le nôtre, puisque c'est simplement une limite mécanique due à la vitesse de la lumière et à l'âge de notre univers.

D'ailleurs, on peut même noter que, puisque notre planète bouge, notre univers observable se déplace lui aussi : la distance qui sépare deux points opposés de notre orbite autour du Soleil, par exemple, est de trois cent millions de kilomètres, donc seize minutes-lumière. Mais qu'est-ce qu'un gros quart d'heure comparé à 13,8 milliards d'années ? Ce déplacement, à cette échelle, n'a qu'un effet infime.

14/16 Il convient d'ailleurs de préciser que cette échelle est un peu plus grande qu'il n'y paraît. Même si la limite est l'âge de l'univers, 13,8 milliards d'années, l'univers observable est en fait bien plus vaste qu'une sphère de 13,8 milliards d'années-lumière de rayon. Car il faut tenir compte d'un phénomène assez particulier : notre univers est en expansion. C'est-à-dire que l'espace s'agrandit avec le temps, faisant que la distance qui nous sépare des objets lointains est de plus en plus importante.

Ce que l'on appelle « l'horizon cosmologique », la limite de notre univers observable, compte tenu de l'expansion qui a eu lieu depuis que la lumière est partie de là-bas, se situe donc maintenant à environ quarante-six milliards d'années-lumière et demi. À cette échelle, même les années-lumière commencent à sembler bien petites…

15/16 Nous pouvons donc être (plus ou moins !) le centre de « notre » monde sans que ça ne nous rende spécialement exceptionnels. On même a plutôt tendance à considérer que penser à ces quantités immenses d'univers qui nous entourent vont pousser à l'humilité : nous sommes peu de choses face à l'univers tout entier.

Il n'empêche que nous avons quand même réussi, depuis un petit point bleu pâle perdu dans l'immensité de cet univers, à mettre au point des outils nous permettant de capter cette lumière ayant cheminé depuis des durées proches de celle d'existence de notre univers lui-même, et grâce à eux, de comprendre comment fonctionne cet univers. Mine de rien, c'est quand même quelque chose dont nous pouvons être collectivement fièr·es.

16/16 Mais pour comprendre l'univers dans son ensemble, il est également nécessaire d'effectuer un voyage dans l'autre sens, vers l'infiniment petit. Un voyage qui ne s'effectue pas avec un télescope, mais avec un microscope. Et cela nous amènera à des échelles tout aussi impressionnantes… voire même peut-être encore plus encore. Mais ceci, comme l'expansion de l'univers, sont des sujets assez vastes et qui mériteront leur thread à eux plutôt que d'être juste évoqués rapidement à la fin de celui-ci.

Nous allons donc nous arrêter ici pour cette fois, et je tâcherai d'aborder ces deux sujets-là dans les prochains threads. Je ne sais pas encore dans quel ordre, et je reste ouvert aux propositions pour aborder d'autres sujets entre deux. En attendant, merci pour votre lecture et merci d'avance pour vos réactions, j'espère que tout ça vous plaît toujours :-)

@Atoto Avec plaisir, ravi de savoir que ça sert :-)

Par curiosité, dans quel coin, le collège ?

@Atoto Ah, c'est un peu loin de ma juridiction ^^

D'après le site de l'APLF, il y a un planétarium à Montpellier, mais leur site web a l'air encore moins bien fichu que le nôtre, à vue de nez.

@Atoto Je n'ai jamais eu l'occasion d'aller visiter la Cité de l'Espace, mais elle a très bonne réputation, oui :-)

@cse 'plaisir ! :-)

En fait, ça ne change rien. La plupart des télescopes spatiaux sont en orbite autour de la Terre, donc vraiment tout près de nous. À ma connaissance, le télescope spatial le plus éloigné de la Terre est le JWST, qui est situé au point de Lagrange L2 (donc techniquement en orbite autour du Soleil, mais de façon à rester au niveau de la Terre), soit, si ma mémoire est bonne, 1% plus loin du Soleil que nous le sommes.

1% de huit minutes-lumière, ça fait moins de cinq secondes-lumière. Sur une sphère de plusieurs milliards d'années-lumière de rayon, la portée reste assez rigoureusement la même. Les télescopes spatiaux (surtout le JWST, spécialisé pour voir les objets très lointains, j'en reparlerai sans doute dans le thread sur l'expansion) sont ce qui nous permet de concrétiser notre possibilité théorique de capter des infos venant d'aussi loin, mais ne changent pas la taille de l'univers observable.