Le Soleil vibre

Le chant du Soleil

D'autres soleils chantent

Le Soleil, véritable fournaise nucléaire

La puissance du vent solaire

Tycho Brahé, astronome danois

Né en 1546 dans une riche famille en Scanie, aujourd’hui la Suède, Tycho Brahé est d'un tempérament fougueux. Adolescent, il se bat en duel et d'un coup d'épée, son adversaire lui ampute le bout du nez. Brahé se fait sculpter une prothèse en or et en argent qu'il portera toute sa vie.

C'est un passionné des choses du ciel. Il dévore tous les livres d'astronomie et d'astrologie qui lui tombent sous la main.

Tycho rejette le système de Copernic, non seulement parce qu'il contredit la Bible, mais aussi parce qu'on n'y observait pas de parallaxes (déplacement de la position apparente d'un corps, dû à un changement de position de l'observateur) annuelles. Il prône un système géo-héliocentrique analogue à celui d'Héraclide.

Maniaque de l'observation, il se révèle fort doué pour la conception et la fabrication de nouveaux instruments qui ne possédaient aucune composante optique, comme une lentille ou un miroir, le télescope n'ayant pas encore été inventé.

Même si Galilée a critiqué plus tard la complexité inutile et le coût exorbitant de ces instruments, il n'en demeure pas moins que Brahé a réalisé de nombreuses observations d'une grande précision.

UN FIN OBSERVATEUR DU CIEL

L'erreur de position des astres observés était de l'ordre d'une ou deux minutes d'arc. Tycho Brahé est sûrement l'un des premiers astronomes, après Hipparque, à avoir réalisé la nécessité d'observations systématiques effectuées nuit après nuit, et de façon continue. Le 11 novembre 1572, Brahé découvre une étoile nouvelle dans la constellation de Cassiopée, à un endroit du ciel où il n'y avait aucune étoile auparavant. L'objet devient si brillant qu'il est visible en plein jour. Cette apparition fantastique captive Brahé et ses contemporains.

Il souligne la grande absence de parallaxes de l'objet, le situant à une très grande distance. Comme nous le savons aujourd'hui, l'objet qui a tant fasciné Brahé était une supernova, c'est-à-dire une étoile qui explose dans sa phase finale. Les mesures de la brillance de la supernova, par Brahé, sont si précises que les astrophysiciens contemporains les utilisent encore.

En 1576, le roi Frédéric II du Danemark lui offre la petite île Hveen près de Copenhague, où il construit le célèbre Observatoire d'Uraniborg, qu’il équipe d'une imprimerie et de multiples instruments fabriqués dans son atelier. À cette époque, c’est le plus important observatoire, attirant les étudiants et les astronomes de toute l’Europe.

La grande comète de 1577 est remarquée dans toute l’Europe. Tycho Brahé remet en cause Aristote, qui pensait que ces corps se formaient en dessous de la Lune, dans l'atmosphère terrestre. Brahé a démontré que la comète n’avait pas de parallaxe diurne mesurable, et donc devait se situer bien plus loin que la Lune.

Pour lui, la comète devait décrire une orbite elliptique autour du Soleil, bien au-delà de la Lune, recoupant celles des planètes. Il en conclut que les planètes ne reposaient pas sur des sphères solides transparentes (les fameuses sphères de cristal d'Aristote).

Les observations de Brahé, accumulées durant sa vie, constitueront une riche base de données pour les astronomes à venir. Considéré par ses contemporains comme le plus précis des observateurs alors que tous ses relevés étaient effectués avant l’invention du télescope et de la lunette, Tycho Brahé a imaginé son système du monde qui porte son nom. Il meurt en 1601.

Adapté de Christian Simoes, http://www.astronoo.com

Nicolas Copernic, chanoine, médecin et astronome polonais

Né en 1473, Nicolas Copernic est un chanoine, médecin et astronome polonais de langue allemande, auteur de la théorie selon laquelle le Soleil se trouve au centre de l'Univers (héliocentrisme).

Après des études à la prestigieuse Université de Cracovie, Copernic se rend en Italie pour étudier le droit canonique et la médecine à l'Université de Bologne. Il suit les cours d'astronomie de Domenico Maria Novara (un des premiers scientifiques à remettre en cause le système géocentrique de Ptolémée). Ensemble, les deux hommes observent de nombreuses occultations, éclipses de Lune, ainsi que l'occultation de l'étoile Aldébaran le 9 mars 1497 à Bologne. En 1500, Copernic est nommé professeur de mathématiques et conférencier sur l'astronomie à Rome.

LE SOLEIL, CENTRE DE L’UNIVERS

Trois siècles av. J.-C., le grec Aristarque de Samos pense déjà que la Terre tourne autour du Soleil sur une orbite circulaire. Il est l'un des premiers à proposer un univers héliocentrique, mais une telle conception est encore trop révolutionnaire pour recevoir l'approbation de ses contemporains.

C’est ainsi que cette théorie a été ignorée pendant deux millénaires, puisque ce n'est qu'à partir de 1543 que Nicolas Copernic a énoncé que la Terre n'était simplement que l'une des planètes tournant autour du Soleil.

Cette théorie allait à l'encontre du modèle géocentrique très largement accepté depuis que Ptolémée en avait donné une description formelle. Pendant une très longue période obscure pour la science, le système géocentrique est apparu comme une vérité inaliénable par diverses écoles de pensée et par l'Église catholique.

Finalement, l'hypothèse de Copernic finit par s’imposer puisque ce système fonctionne mieux et utilise moins d'hypothèses invérifiées que celle de Ptolémée.

Nicolas Copernic a remis en cause l'idée que la Terre est au centre de l'Univers et pour la première fois, il représente l'Univers avec, en son centre, notre Soleil avant de placer finalement tous les autres astres en orbite autour de celui-ci.

L’Église a condamné Copernic à titre posthume pour cette hérésie! Finalement, en 1610, les observations effectuées par Galilée, à l'aide de son tout premier télescope, ont fourni les preuves confirmant la vision de Copernic.

Dans la préface de son livre publié en 1543, Copernic indique, pour éviter de froisser l’Église, que son système n’est qu’une hypothèse. Copernic verra un des premiers exemplaires imprimés de son livre quelques heures avant de mourir, en 1543.

La théorie de Nicolas Copernic sera interdite par l’Église jusqu’à la fin du XVIe siècle, mais, paradoxalement, elle a libéré les savants de leurs préjugés théologiques.

Adapté de Christian Simoes, http://www.astronoo.com

Johannes Kepler, astronomie et mathématicien allemand

Né en 1571, Kepler se distingue par son intelligence. Lors d'une visite, le duc de Wurtemberg remarque le jeune homme et le prend en charge. En 1587, Kepler fréquente l'Université de Tübingen, où il obtient un diplôme en 1588 et une maîtrise en 1591. Il a pour mentor Maestlin, astronome et mathématicien allemand. Celui-ci, convaincu de la véracité fondamentale du système héliocentrique de Copernic, initie Kepler, qui deviendra rapidement l’assistant de Tycho Brahé.

À la mort de ce dernier, Kepler récupère toutes les précieuses observations de planètes accumulées pendant une vingtaine d'années et utilise les données astronomiques de Tycho Brahé pour développer ses propres théories sur l'astronomie et formuler les trois lois du mouvement des planètes, dites lois de Kepler.

Kepler s'intéresse tout d'abord au mouvement de Mars, déterminant l'origine des irrégularités du mouvement de la planète rouge. L'orbite de la planète autour du Soleil n’est pas circulaire, mais ressemble plutôt à une ellipse. Kepler publie ce résultat en 1609, dans Astronomia Nova, et met fin aux règles jusque-là admises des orbites circulaires.

Kepler devient célèbre pour avoir proposé l'hypothèse héliocentrique (la Terre tourne autour du Soleil) de Nicolas Copernic. De plus, il découvre que toutes les planètes ne gravitent pas sur une orbite circulaire parfaite autour du Soleil, mais en suivant des ellipses.

Kepler abandonne ses études en théologie pour aller à Gratz, où il publie des almanachs avec des prédictions astrologiques. Il travaille dans des conditions misérables, harcelé par ses créanciers. Contemporain de Luther et des grandes hérésies, il doit souvent fuir, face à l'Église et à l'Inquisition.

«Quand la guerre fait rage, écrit-il, quand l'empire est menacé de naufrage, il n'est de destins plus nobles que d'ancrer nos connaissances scientifiques dans le roc de l'éternité.» Johannes Kepler meurt en 1630, à l'âge de 59 ans.

En 1632, durant la guerre de Trente Ans, l’armée suédoise détruit sa tombe. Ses travaux sont retrouvés en 1773. Récupérés par Catherine II de Russie, ils se trouvent aujourd'hui à l’Observatoire de Poulkovo à Saint-Pétersbourg, en Russie.

Adapté de Christian Simoes, http://www.astronoo.com

Surface du Soleil en 3D

Étoiles observées par la sonde CoRoT

La sonde SDO

La sonde CoRoT

La sonde SoHO

Corot, quelle aventure!

Observatoire de Paris–Meudon: les instruments

Observer le Soleil est une activité de loisir passionnante. Son aspect change de jour en jour selon son activité magnétique. Une simple petite lunette permet déjà de suivre le développement des taches solaires et avec un petit instrument spécialisé, on peut observer les magnifiques protubérances sur le limbe du disque, comme Bernard Lyot après avoir inventé le coronographe. Les progrès de l’imagerie numérique rendent aujourd’hui accessible la prise de clichés réservée naguère aux observatoires les mieux équipés.

OBSERVATION MONOCHROMATIQUE DU SOLEIL

L’observation du spectre de la lumière solaire montre de très nombreuses raies d’absorption. La plupart de ces raies sont dues aux gaz de la photosphère. Pendant une éclipse totale, on voit pendant un bref instant apparaître des raies en émission. Certaines sont très brillantes, comme les raies H et K du calcium ainsi que la célèbre raie Hα de l’hydrogène. On sait aujourd’hui, grâce aux nombreux travaux sur la physique solaire, que ces raies sont produites dans la haute atmosphère du Soleil, la chromosphère.

L’observation du spectre montre ces raies en absorption, mais si on isole une raie et que l’on observe l’intérieur de cette raie, on voit la composante en émission de l’élément chimique. C’est le principe de l’observation monochromatique, on rejette toute la lumière, sauf celle d’une raie précise. Il y a différentes méthodes pour obtenir ce résultat, le spectrohéliographe, le filtre de Lyot, le filtre Fabry-Pérot ou encore le filtre interférentiel. Nous allons passer en revue chacun de ces principes et voir leur domaine d’utilisation.

C’est Jules Janssen qui a imaginé une méthode pour observer le Soleil en lumière monochromatique. Il a imaginé le spectrohélioscope vers 1870. Le principe est simple : On projette l’image donnée par l’objectif d’une lunette sur la fente d’un spectroscope visuel. Au foyer de l’oculaire du spectroscope, on place une fente fine centrée sur une raie du spectre, comme la raie Hα. En donnant au spectroscope un mouvement de va et vient de sorte que la fente d’entrée balaie la totalité du disque solaire, l’œil enregistre une image monochromatique de la chromosphère. En réalité, on ne voit que la raie d’émission qui se déplace dans le champ, mais la persistance rétinienne reconstitue l’image du disque entier. Cette méthode est assez empirique et n’a été que peu employée. Henri Deslandres, à la fin du dix-neuvième siècle s’est employé à construire un instrument beaucoup plus fiable, le spectrohéliographe.

PRINCIPE DU SPECTROHÉLIOGRAPHE

Le spectrohéliographe est un spectrographe placé au foyer d’une lunette astronomique. Dans la version argentique, il était muni d’une fente d’entrée très fine et d’une fente centrée sur une raie au foyer de l’objectif de chambre. En déplaçant l’instrument, ou simplement l’objectif comme à Meudon, l’image du Soleil balaie la fente d’entrée. Un mouvement synchrone de la plaque photographique permettait d’obtenir une image monochromatique du Soleil.

Le spectrohéliographe permet de faire des images dans différentes raies, il suffit de déplacer le réseau pour choisir la longueur d’onde. De plus, dans les ordres élevés, la résolution spectrale est très grande. On peut ainsi centrer avec précision la position de la fente de sortie dans le cœur de la raie. Aujourd’hui, c’est une caméra CCD qui a remplacé la plaque. On utilise une rangée de pixels que l’on vient centrer sur la raie. Les pixels enregistrent une succession de lignes monochromatiques et c’est le logiciel qui reconstitue l’image. Quelques amateurs ont réalisé des spectrohéliographes. Pour plus de détails sur ces appareils sophistiquées, on consultera le site de Philippe Rousselle (1) ainsi que celui d’André et Sylvain Rondi (2).

Texte: lesia.obspm.fr
Image: solaire.obspm.fr
(1) www.astrosurf.com/spectrohelio
(2) www.astrosurf.com/rondi/obs/shg/index.htm

Observatoire de neutrinos super-Kamiokande

Cet observatoire est situé au Japon près de la ville de Mozumi et consiste en un immense cylindre de 40 mètres de haut et 40 mètres de diamètre rempli de plus de 50 000 tonnes d'eau. Son emplacement dans une mine, en dessous d'une montagne, lui fournit une bonne protection au bruit de fond que constituent les rayons cosmiques (en majorité des muons au niveau du sol) qui sont arrêtés par cette grande quantité de matière.

Texte: Wikipédia
Image: Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), University of Tokyo

Les observatoires de neutrinos

Les détecteurs de neutrinos sont de grandes piscines d’eau, ou bien de tétrachlorure de carbone, enterrées à plusieurs kilomètres de profondeur, parce qu'on est sûr qu'à cette profondeur-là, rien d'autre n'arrive que les neutrinos. Et l’on attend que l'un d'entre eux, très très rarement, percute une des molécules de la piscine en créant une gerbe de particules que l'on pourra détecter. On trouve des détecteurs de neutrinos installés au fond de mines désaffectées (Sudbury, Ontario) ou bien sous des tunnels, par exemple sous le tunnel de Fréjus, dans les Alpes.

Malgré leur discrétion, les neutrinos ont été suspectés dès les années 1930, en tant que nécessité théorique. La quantité de lumière émise par les étoiles n'était en effet pas suffisante pour transporter le flux d'énergie produit dans leur cœur. La différence devait s'échapper autrement. Les neutrinos ont été détectés pour la première fois en 1969.

Le principe des détecteurs est surprenant: il faut isoler une énorme masse de matière totalement inerte – on met par exemple 50 000 tonnes d'eau ultra pure dans un réservoir à plusieurs kilomètres sous terre –, et l’on attend le moment où, exceptionnellement, un neutrino va entrer en collision avec une molécule d'eau. L'astuce qui permet de le détecter: les conditions de pureté et d'immobilité sont telles qu'il ne se passe absolument rien d'autre dans cette piscine, pas le moindre remous, pas la moindre interaction. Ainsi, l'événement infime et rarissime produit une trace détectable – grâce aux milliers de dispositifs photomultiplicateurs (disons des loupes) tapissant les parois de la piscine.

Moyennant ces mammouths instrumentaux, on arrive à observer environ cinq neutrinos par jour, sur les 60 milliards par seconde et par centimètre carré qui défilent en permanence. Ce n’est pas la pêche la plus efficace qu'on puisse imaginer, mais les astronomes sont déjà fous de joie d'y arriver. Il fallait oser penser que le meilleur «télescope» pour observer le cœur du Soleil serait en définitive une immense cuve d'eau enfouie sous terre!

Source: Jean-Pierre Luminet et Elisa Brune. Bonnes nouvelles des étoiles (2009).
Photo: Roy Kaltschmidt, Laboratoire National Lawrence Berkeley.

Observatoire de neutrinos de Sudbury

Les sondes Voyagers I et II

Images de la sonde SoHO

Les principes d'Antarès