POUR EN SAVOIR PLUS(2)

Une brève histoire chronologique de l'astronomie et du système solaire

VI- Le 20ème siècle

Comme nous l'avons vu, le 20ème siècle vit l'arrêt de la construction des grands réfracteurs et l'avènement des télescopes réflecteurs. La spectroscopie naissante allait permettre de connaître la composition chimique des astres observés : elle allait prendre un essor considérable et, par contrecoup, la mécanique céleste et l'astrométrie allaient subir une éclipse de quelques 50 ans : tout paraissait avoir été trouvé et la précision obtenue dans la détermination des mouvements suffisante. Pourtant, la mécanique newtonienne allait subir un échec. Déjà Le Verrier avait remarqué que Mercure s'écartait de sa trajectoire calculée. Les mêmes causes devant produire les mêmes effets, Le Verrier chercha un corps perturbateur entre Mercure et le Soleil. Il le baptisa même Vulcain et supposa que la présence proche du Soleil empêchait son observation. Malheureusement, aucun corps perturbateur ne pouvait expliquer parfaitement le fait que le périhélie de Mercure avançait plus vite que ne le prévoyait la théorie.

 

La théorie de la relativité générale

Déjà, à la fin du 19ème siècle, le mathématicien français Henri Poincaré (1854-1912), auteur de travaux fondamentaux en mécanique céleste théorique, avait réalisé la portée de la vitesse finie de la lumière. Il faudra attendre qu'Albert Einstein (1879-1955)physicien allemand, publie sa théorie de la relativité restreinte en 1905 et sa théorie de la relativité générale en 1915 pour comprendre le bouleversement qui affecte ainsi notre vision de l'univers. La théorie de la relativité générale donnait une théorie globale de la mécanique qui allait expliquer les incohérences auxquelles on était confronté alors.


En 1916, Karl Schwarzschild (1873-1916), physicien allemand, démontre que la théorie de la relativité générale explique parfaitement l'excès d'avance du périhélie de Mercure, prouvant ainsi la réalité physique de la relativité générale. Un autre effet devait être observable : le Soleil devait dévier les rayons lumineux venant des étoiles lointaines, mais l'effet ne pouvait en être observé que près du Soleil. A partir de 1919, on utilisa les éclipses totales de Soleil pour mesurer cette déviation qui fut effectivement constatée.

 

L'organisation de l'astronomie mondiale

En 1919, l'Union Astronomique Internationale fut créée pour unifier 

la nomenclature des objets astronomiques (en particulier l'UAI définira les constellations d'une manière unique et leur donnera des noms latins admis par tous) et pour édicter des recommandations pour l'utilisation de telle ou telle constante afin que les travaux réalisés à travers le monde puissent être comparés plus aisément. L'Union Astronomique Internationale se réunira tous les trois ans dans un pays différent : elle prit rapidement une importance majeure pour permettre les collaborations entre les différents pays, importance qu'elle a gardée aujourd'hui.

En 1911, s'est tenu le congrès international des éphémérides qui partagea les tâches entre les différents bureaux d'éphémérides, principalement entre le Bureau des longitudes français, l'observatoire naval de Washington D.C. et le Royal Greenwich Observatory. On décida aussi de choisir un méridien d'origine pour l'ensemble des pays comme l'avait recommandé la conférence de Washington D.C. dès 1886 : ce fut le méridien de Greenwich qui fut choisi et adopta également le principe de choisir le système métrique comme système de mesure international.

 

Les progrès de l'astronomie du début du 20ème siècle

Les travaux concernant la mécanique céleste et l'étude du système solaire se ralentirent durant la première moitié du 20ème siècle. L'étude des galaxies, pour lesquelles l'américain Edwin Hubble (1889-1953) mit en évidence l'éloignement systématique qui indiquait un univers en expansion, fit des progrès prodigieux.

 

Le fonctionnement du Soleil et des étoiles

Au cous du 19ème siècle, diverses explications avaient été données pour le fonctionnement du Soleil. Celui-ci se devait d'être au moins aussi vieux que la Terre, mais les explications ne permettaient pas de faire briller le Soleil longtemps. Un énorme tas de charbon en combustion n'aurait pas duré plus de quelques siècles et la simple énergie gravitationnelle due à la masse énorme du Soleil n'aurait rayonné de l'énergie que pendant quelques millions d'années. Il faudra attendre 1920 pour que l'idée de la transmutation nucléaire et la transformation de masse en énergie deviennent une conséquence de la théorie d'Einstein. C'est vers la fin des années 1930 que la nucléogénèse formant les éléments chimiques à partir d'hydrogène commence

à être expliquée.

 

La radioastronomie

Les ondes radio avaient été mises en évidence dès 1886 par Hertz (1857-1894). Les astres pouvaient-ils émettre des ondes radio ? Henri Deslandres, astronome français, directeur de l'observatoire de Paris, supposa que le Soleil pouvaient en émettre mais il fallut attendre 1932 pour qu'un signal de période 23 heures 56 minutes 4 secondes venant de l'espace, soit reçu lors d'une expérience de transmission entre la Grande-Bretagne et les Etats-Unis par l'ingénieur américain Karl Jansky (1905-1950). Ce signal venait en fait du centre de la galaxie.

 

La coronographie

La couronne solaire ne pouvait être observée que durant les éclipses totales de Soleil, ce qui limitait grandement la durée des observations. L'astronome français Bernard Lyot (1897-1952) imagina, en 1930, d'observer la couronne solaire en permanence au moyen d'un système appelé coronographe qui, occultant le disque solaire, permettait l'observation souhaitée. C'est au Pic du Midi où le ciel est particulièrement pur et limite les effets de la diffusion de la lumière que les premières observations furent réalisées. Cette technique fut appliquée par la suite à l'observation d'astres faibles près d'astres brillants.

Les moyens d'observation de la première moitié du 20ème siècle

Le développement des télescopes en remplacement des grands réfracteurs avait mis en lumière la petitesse du champ utile de ces instruments. Aussi, en 1931, l'opticien allemand Bernhard Schmidt (1879-1935) apporta une solution pour augmenter le champ d'un télescope : il introduisit une lame correctrice, dite lame de Schmidt, destinée à corriger l'aberration de sphéricité induite par le miroir primaire de forme sphérique. Ce dispositif permit d'obtenir des images excellentes sur des champs très étendus, jusqu'à dix degrés. Depuis lors, de nombreux télescopes de Schmidt ont été installés dans le monde, le plus grand de tous ayant été construit vers 1950 à l'Observatoire du Mont Palomar, avec une lame de Schmidt de diamètre égal à 120 centimètres pour un miroir principal sphérique de 180 centimètres d'ouverture. Ces télescopes ont été principalement utilisés pour la réalisation d'atlas photographiques très détaillés, tant pour l'hémisphère boréal avec le Palomar Sky Survey durant les années cinquante, que pour l'hémisphère austral, avec l'ESO Sky Survey de 1972 à 1978, atlas aujourd'hui numérisés et servant de référence pour les catalogues nouveaux. Ils ont été également utilisés pour la recherche et le suivi d'astéroïdes et de comètes. Signalons aussi dans le domaine de l'observation astrométrique, la mise au point en 1951 par André Danjon (1890-1967), directeur de l'observatoire de Paris, de l'astrolabe impersonnel, permettant de mesurer le passage d'une étoile de magnitude maximum 6 à la hauteur de 60° avec une précision de 0,1 seconde de degré.

 

La nature des comètes

En 1950, Fred Whipple, astronome américain, fait l'hypothèse que les noyaux cométaires sont des boules de neige mélangée à de la poussière. L'eau se sublime sous l'action du Soleil créant les queues cométaires si particulières. En 1951, l'astronome Ludwig Biermann (1907-1986) montra que les particules éjectées par les comètes étaient ionisées par des particules émises par le Soleil. On appellera ce flot de particules le "vent solaire" créant une pression de radiation pouvant modifier la trajectoire newtonienne des comètes. Ce vent solaire est aussi à l'origine des aurores boréales et australes sur Terre.



Les débuts de la conquête spatiale

Le 4 octobre 1957, le premier satellite artificiel de la Terre "Spoutnik 1" est lancé par la Russie, alors Union soviétique. Ce lancement fut le premier d'une longue série destinée à l'étude scientifique de l'espace proche ou plus lointain de la Terre, mais aussi à des fins militaires. L'état de guerre froide entre les Etats-Unis et la Russie soviétique exacerba la concurrence. Le développement de lanceurs capables de mettre en orbite des charges de plus en plus lourdes permit d'envoyer des sondes équipées d'appareils scientifiques pouvant photographier et analyser l'environnement terrestre, puis, bien sûr, celui de la Lune et des planètes. La Lune fut le premier objectif. Tout d'abord des sondes comme les Luna russes ou les Ranger américains survolèrent et percutèrent la Lune. Luna 9, le 3 février 1966 puis Surveyor 1 le 2 juin 1966 se posèrent en douceur et retransmirent des images de la surface lunaire. Mais le défi le plus audacieux consista en l'envoi d'hommes dans l'espace. Devancés par les soviétiques dans la course à l'espace, les américains se lancèrent le défi d'envoyer des hommes sur la Lune avant la fin des années 1960. Ce fut le programme Apollo et l'avènement de la fusée Saturne 5, un lanceur très puissant pouvant mettre plusieurs dizaines de tonnes en orbite autour de la Terre. Le 20 juillet 1969, deux astronautes américains foulèrent le sol de la Lune lors de la mission Apollo 11 : ils furent suivis par 6 autres missions jusqu'en décembre 1972. 300 kg de roches lunaires furent ramenés sur la Terre permettant de dater l'origine du système solaire à 4,56 milliards d'années. L'homme n'est pas retourné sur la Lune depuis cette date.

L'envoi d'hommes sur la Lune ou dans l'espace ne correspond pas à une nécessité scientifique, mais à un défi technologie qui marque les esprits. Aussi, les plus grandes découvertes sur le système solaire vinrent des nombreuses sondes automatiques qui furent envoyées par la suite vers les planètes et leurs satellites. Ainsi, le 19 mai 1961, la sonde russe Venera1 survole la planète Vénus, suivie de la sonde américaine Mariner 2 le 14 décembre 1962. Le 15 décembre 1970, la sonde Venera 7 fera un atterrissage en douceur sur le sol de Vénus et émettra pendant de courts instants. Le premier survol de la planète Mars eu lieu le 15 juillet 1965 par la sonde Mariner 4 et le premier atterrissage eu lieu le 2 décembre 1971 avec la sonde Mars 3. L'absence de canaux sur Mars fut confirmé par les photographies prises lors des survols de la planète. C'est la sonde Mariner 10 qui survola Mercure dès le 29 mars 1974 révélant son aspect lunaire. La planète Jupiter, plus lointaine, était plus difficile à atteindre et il fallut attendre la fin de 1973 pour que la sonde Pioneer 10 envoie des images prises à 130 000 kilomètres. Pioneer 11 s'approcha à 42 000 kilomètres le 2 décembre 1974. Afin d'optimiser les vols vers les planètes lointaines, on eut l'idée d'utiliser les configurations favorables des planètes ainsi que le rebond gravitationnel produit sur une sonde lors de son passage près d'une planète. Ainsi naquit l'idée du "grand tour" qui aurait permis à une même sonde de survoler Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton. Cette idée se concrétisa dans le projet "Voyager" : deux sondes furent envoyées vers Jupiter. Voyager 1 fut lancée le 5 septembre 1977 et atteignit Jupiter le 5 mars 1979; Voyager 2, lancée le 20 août 1977 atteignit Jupiter le 9 juillet 1979. Ces sondes effectuèrent une moisson de données inégalées et découvrirent, en particulier, l'intense volcanisme de Io. La planète Saturne fut survolée le 1 septembre 1979 par Pioneer 11, puis par les sondes Voyager 1 et 2, respectivement le 12 novembre 1980 et le 26 août 1981. Seule la sonde Voyager 2 continua son voyage jusqu'à Uranus qu'elle atteignit le 24 janvier 1986, puis vers Neptune qu'elle survola le 24 août 1989. Douze ans de voyage avaient été nécessaire. Malheureusement, pour des raisons budgétaires, le vol vers Pluton ne fut pas programmé. Enfin, en 1985 la sonde américaine ICE survola la comète Jacobini-Zinner et en 1986, les sondes Giotto de l'Agence Spatiale Européenne, Vega d'Union soviétique, Suisei et Sakigake du Japon, survolèrent la comète de Halley. Il faudra attendre la sonde Galileo en 1991 pour qu'un astéroïde, Gaspra, soit visité, puis en 1993 l'astéroïde Ida, révélant du même coup un plus petit astéroïde satellisé autour d'Ida. Le Soleil ne fut pas oublié grâce à la sonde Ulysses qui survola les pôles du Soleil difficilement observables depuis la Terre et aux satellites d'observation européen Soho et japonais Yohkoh.

D'autre part, à côté de l'exploration du système solaire par l'envoi de sondes, des télescopes furent placés en orbite autour de la Terre permettant de s'affranchir de l'atmosphère terrestre et donc d'obtenir des images dont la résolution était celle du télescope ainsi que de collecter des rayonnements (en infrarouge par exemple) que l'atmosphère arrête. Le lancement en 1990 du télescope optique spatial Hubblede 2,4 mètres d'ouverture a permis d'obtenir des résultats spectaculaires.

 

Le renouveau des observations au sol dans la deuxième moitié du 20ème siècle

A côté des explorations spatiales, des découvertes sont faites à partir des observations au sol : en 1963 on découvre les quasars; en 1964 le rayonnement du fond de ciel à 3K, rayonnement fossile qui vient confirmer la théorie du big-bang née vers le milieu du 20ème siècle, suite à l'observation de l'expansion de l'univers. En 1967, c'est la découverte des pulsars.

En astrométrie, un effort fut fait pour mettre en place de nouveaux catalogues d'étoiles. Le but était de définir un système de référence fiable où les mouvements propres des étoiles seraient définis et dans lequel le mouvement de la Terre serait pris en compte correctement par l'intermédiaire d'un système de référence dynamique où tous les corps du système solaire interviennent. Les catalogues matérialisent un repère concrétisant le système de référence choisi. Comme références, citons le Fundamental Katalog FK3 en 1938 contenant 1587 étoiles, suivi du FK4 en 1960 et du FK5 en 1990. Ces catalogues servirent de référence aux catalogues plus fournis tels que l'AGK3 en 1960 ou le Smithonian Astrophysical Observatory Star Catalog (SAO) contenant 250 000 étoiles en 1966. Tous ces catalogues fournissent une précision de l'ordre du dixième de seconde de degré avec des erreurs de zones importantes dues aux difficultés de raccordement des différentes observations étalées dans le temps et dans l'espace. L'astrométrie au sol est maintenant limitée à la précision de 0,01 à 0,1 seconde de degré selon que l'on utilise des télescopes de Schmidt, des instruments à plus longue focale ou des instruments méridiens rénovés et automatisés. Il faudra attendre l'arrivée de l'astrométrie spatiale et du satellite européen Hipparcos en 1990 pour obtenir un catalogue de 100 000 étoiles ayant une précision meilleure que le millième de seconde de degré.

A partir de 1960, une nouvelle génération de radiotélescopes géants vit le jour : en Australie, une antenne de 64 mètres de diamètre est construite à Parkes, en France, un radiotélescope méridien est construit en Sologne à Nançay, aux Etats-Unis, à Arecibo dans l'île de Porto-Rico, un radiotélescope de 300 mètres de diamètre est construit en 1963.

En 1962, constatant que c'est surtout l'hémisphère nord qui est bien équipé en moyens d'observations, les Européens décident de construire un observatoire au Chili, dans la cordillère des Andes sur le Cerro La Silla. C'est la naissance de l'ESO (European Southern Observatory ou Observatoire Européen Austral) qui sera équipé de 14 télescopes dont le plus puissant est un télescope de 3,60 mètres d'ouverture. A cette époque, lors des projets de construction de grands télescopes, on cherche des sites exempts de toute pollution lumineuse et assez en altitude pour pouvoir observer dans l'infrarouge. Les américains installèrent aussi un observatoire dans les Andes chiliennes. Déjà en 1947, les américains construisirent en Californie à 1800 mètres d'altitude sur le mont Palomar un télescope de 5 mètres de diamètre, le plus grand de l'époque, qui fut malheureusement vite gêné par les lumières de Los Angeles. En 1979, le site du Mauna Kea à Hawaï est investi par les astronomes. Son altitude (4200 mètres) lui conférait des qualités qu'il a conservé. Les astronomes français, canadiens et américains y installèrent un télescope de 3,6 mètres de diamètre qui fut suivi par bien d'autres. De leur côté, les astronomes russes installèrent un télescope de 6 mètresd'ouverture dans le Caucase à Zélenchuk mais eurent beaucoup de mal à le mettre au point. De multiples sites furent équipés aux Etats-Unis, en Australie et aux Canaries de télescopes de la classe des 4 mètres. En France, le Pic du Midi fut équipé d'un télescope de 2 mètres en 1979, l'observatoire de Haute Provenced'un télescope de 1,93 mètres en 1958. Leur modernisation dans les années 1980 leur permit de continuer à pratiquer des observations performantes. Près de Grasse, un télescope de Schmidt fut installé en 1974 et, sur le même site, des télescopes fonctionnèrent en mode interférométrique.

L'observation du Soleil ne sera pas oubliée : citons deux opérations importantes : la construction d'un télescope solaire à Sacramento Peak aux USA dans les années 1970 et celle du télescope français Thémis aux Canaries dans les années 1990.

Du côté des récepteurs, la plaque photographique rendit de grands services jusqu'à l'apparition des récepteurs électroniques. L'effet photoélectrique ayant un rendement quantique plus élevé que la plaque photographique, il devenait intéressant de l'utiliser en astronomie, particulièrement en photométrie. Des phénomènes difficiles à observer autrement que visuellement tels que les phénomènes des satellites de Jupiter, purent être observés au moyen de photomètres photoélectriques, au moment où l'apparition des calculateurs électroniques permettaient le calcul de phénomènes plus discrets mais très intéressants, les phénomènes mutuels. La photométrie photoélectrique servit aussi pour l'observation des étoiles variables et des astéroïdes dont les variations de flux lumineux au cours du temps révélaient leur forme. Les récepteurs CCD constitués d'une mosaïque de "pixels" sensibles reconstituant une image ont désormais remplacé la plaque photographique. Leur sensibilité 100 fois supérieure à celle des plaques photographiques ont permis à des télescopes de taille modeste de conserver un intérêt pour l'observation, surtout dans le cas des corps du système solaire en général assez brillants.


L'avènement des CCD permit de découvrir de nouveaux satellites autour des planètes, concurremment avec les sondes spatiales et les observations photométriques, principalement par occultation, permirent à des astronomes français de détecter les anneaux d'Uranus et de Neptune avant la sonde Voyager et à des astronomes professionnels et amateurs regroupés en réseau de mesurer la taille de certains astéroïdes avec la précision du kilomètre.

 

Les travaux théoriques

Un progrès technique qui fournit à l'astronomie des moyens nouveaux fut l'essor de l'informatique à partir des années 1960. Les calculs étaient jusqu'alors effectués à la main et l'arrivée des calculateurs électroniques changea complètement la façon de travailler. En mécanique céleste, les ordinateurs permirent de reprendre des travaux abandonnés du fait de l'ampleur des calculs à réaliser. De nouvelles théories analytiques très complètes furent construites en France au service des calculs et de mécanique céleste du Bureau des longitudes devenu aujourd'hui l'Institut de mécanique céleste tandis que les américains du Jet Propulsion Laboratory et de l'observatoire naval de Washington D.C. effectuaient des intégrations numériques du mouvement des planètes.


VII- Aujourd'hui et demain

 

Ce qu'on sait du système solaire - les futures missions spatiales

Depuis que la Lune a été explorée directement par des êtres humains et que des échantillons ont été rapportés sur Terre, elle suscite beaucoup moins l'intérêt des astronomes et du public. L'installation d'un télescope sur la Lune a été reporté : le Hubble Space Telescope rend des services inestimables pour moins cher.

Un radiotélescope sur la face caché, protégé de la pollution hertzienne terrestre serait intéressant mais le coût en est prohibitif. La mission Clementine de cartographie de la Lune a eu lieu en 1994 et a fourni un relevé altimétrique complet de notre satellite. En 1998, Lunar Prospector a été mis en orbite polaire basse et mesure depuis cette date le champ magnétique lunaire ainsi que le champ de gravité. Il effectue des relevés cartographiques et cherche à détecter des dépôts de glace à la surface de la Lune. En 2002, une sonde japonaise Lunar Exploration Orbiter est prévue pour être satellisée et atterrir sur la Lune.

La planète Mercure ne fut survolée que 3 fois en 1974 et 1975. Les images retransmises nous ont révélé un sol très cratérisé et des variations de température entre ö170° sur la face opposée au Soleil (la nuit) et +430° sur l'autre face (le jour). Ces différences viennent de la longueur du jour de Mercure (176 jours terrestres) due à la résonance 3 : 2 qui fait que Mercure effectue 2 révolutions autour du Soleil et trois rotations autour de son axe dans le même laps de temps. L'absence d'atmosphère a aussi été confirmée.

Afin de mieux connaître cette planète et son environnement, une mission européenne Mercury est prévue ainsi qu'une mission américaine, Messenger.

La planète Vénus a, par contre, été l'objet d'un grand nombre de missions de survol et d'atterrissage en 1974 (Mariner 10), en 1975 (Venera 9 et 10), en 1978 (Pioneer-Venus 1 et 2, Venera 11 et 12), en 1982 (Venera 13 et 14), en 1983 (Venera 15 et 16), en 1985 (Vega 1 et 2) et enfin la sonde Magellan en 1989. Cette dernière a permis une moisson de données : la surface qui reste cachée par d'épais nuages a été observée par un radar à haute résolution et reconstituée en trois dimensions. Toutes les sondes qui se posèrent en douceur sur le sol de Vénus ne survécurent pas longtemps du fait de la température de +475° et de la pression atmosphérique de 90 atmosphères terrestres. L'atmosphère de Vénus, composée de gaz carbonique, est à l'origine de l'effet de serre qui a élevé la température à son niveau actuel. La surface de la planète est relativement jeune (300 à 500 millions d'années) et volcanique sur 85% de sa surface.

La planète Mars a aussi été l'objet d'un grand nombre de missions spatiales depuis 1965. De nombreuses missions vers Mars furent des échecs jusqu'au succès spectaculaire des sondes Viking qui se posèrent en douceur et envoyèrent de nombreuses images du sol martien. Des analyses du sol furent effectuées sans révéler de traces de vie, activement recherchées. Des mesures météorologiques sur la vitesse des vents (très grande), la pression atmosphérique (très faible) ainsi que l'enregistrement de "tremblements de Mars" furent réalisés. La sonde Mars Global Surveyor, en orbite autour de Mars, envoya un nombre important d'images spectaculaires de très haute résolution. Actuellement des missions de retour d'échantillons de roches martiennes (Mars Sample Return) franco-américaine sont prévues mais retardées par les échecs récents de sondes comme Mars Climate Orbiter. Quant à une mission habitée vers Mars, cela reste très hypothétique. Si les problèmes techniques sont bien maîtrisés, la protection des astronautes contre les éruptions solaires n'a pas encore trouvé de solution.

La planète Jupiter nécessite un temps de voyage plus long mais a cependant été l'objet de plusieurs missions. La mission Voyager fut un formidable succès. L'atmosphère de Jupiter montra sa structure de nuages de méthane et d'hydrogène colorés par des traces de molécules complexes et de cyclones permanents, le satellite Io dévoila son volcanisme actif envoyant de la matière à plus de 700 kilomètres d'altitude et sa surface recouverte de soufre, le satellite Europe montra sa surface glacée, les satellites Ganymède et Callisto, leur surface cratérisée mais recelant de la glace. L'anneau de Jupiter fut découvert ainsi que de nouveaux petits satellites gravitant tout près de la planète. Il faudra attendre la sonde Galiléopour obtenir de nouvelles mesures et la détection, grâce au champ magnétique, d'un océan, non seulement sous la glace d'Europe, mais aussi sous la surface rocheuse de Ganymède. On commence à envisager le lancement de sondes destinées à se poser sur ces satellites.

La planète Saturne a aussi été visitée par Voyager. L'aspect de son atmosphère s'est révélé semblable à celui de l'atmosphère de Jupiter mais moins coloré. La présence de tempête gigantesque, visibles depuis la Terre, a aussi été montrée. Si les satellites rocheux montrent des surfaces curieuses (l'énorme cratère de Mimas, les deux faces très contrastées de Dioné et Rhéa), c'est Titan qui suscite le plus d'intérêt du fait de son atmosphère. Cette atmosphère, composée de méthane et d'éthane, laisse supposer l'existence de lacs ou de mers de ces mêmes composants. La nature prébiotique de certaines molécules de cette atmosphère donne envie d'en savoir plus. La mission Cassini-Huygens est chargée de cette mission. En fin, les sondes ont montré l'aspect asymétrique de l'anneau traversé de structures changeantes,les "spokes". La découverte de petits satellites confinant gravitationellement de fins anneaux de matière a aussi été une surprise.

La planète Uranus n'est vue de la Terre que sous un diamètre apparent de 4 secondes de degré. De la Terre on découvrit en 1977 qu'Uranus possédait des anneaux comme la planète Jupiter : cette découverte fut faite lors de l'observation d'une étoile occultée par Uranus : elle fut occultée brièvement avant et après le passage derrière Uranus, révélant ainsi l'existence d'anneaux. Seules les sondes spatiales peuvent nous en apprendre plus sur cette planète dont l'axe de rotation, couché sur l'écliptique, reste une énigme. Les résultats de Voyager furent cependant assez décevants : outre la confirmation de l'existence d'anneaux et la découverte des petits satellites, Voyager ne put nous envoyer que des images de la planète sans détails apparents : les nuages magnifiques de Jupiter étaient absents de l'atmosphère d'Uranus. Par contre, les images des gros satellites furent très intéressantes : la surface particulièrement tourmentée de Miranda était surprenante.

La planète Neptune est encore moins perceptible depuis la Terre. Les images de cette planète envoyées par Voyager furent spectaculaires : une planète bleue, avec une grande tache sombre et des petites taches blanches virevoltant dans l'atmosphère de Neptune. Triton dévoila une surface glacée d'où jaillissaient des geysers. Voyager confirma les anneaux découverts depuis la Terre dès 1977 par des astronomes français. Ces anneaux étaient très particuliers du fait de leur épaisseur variable qui a fait supposer au début qu'il ne s'agissait que d'arcs incomplets.

La planète Pluton n'a pas été visitée par une sonde. Seul le télescope spatial Hubble a pu fournir quelques images de sa surface. La dernière découverte importante concernant Pluton a été la mise en évidence de son satellite Charon en 1978. Une mission spatiale (Pluto Express) vers Pluton est prévue prochainement avec une arrivée à partir de 2013.

Les astéroïdes ont été étudiés depuis la Terre : on a mis en évidence les différentes classes chimiques : C carbonés, sombre; S métallo-pierreux, rougeâtre; M à dominance métallique ainsi que de nouvelles familles autres que la ceinture principale entre Mars et Jupiter : les centaures évoluant entre Jupiter et Neptune, les géocroiseurs croisant l'orbite de la Terre et présentant un danger (on pense que d'ici 30 ans, tous les cailloux dangereux seront répertoriés) et les astéroïdes de la ceinture de Kuiper au-delà de Pluton. Ceux-ci semblent nombreux, et certains d'entre eux sont particulièrement gros. Leur éloignement rend difficile leur observation. Des sondes spatiales ont approché quelques astéroïdes : Galiléoa envoyé des images de Gaspra et d'Idarévélant autour de ce dernier un petit satellite tel que ceux révélés par les occultations d'étoiles dès les années 1980. La sonde NEAR s'est satellisée autour d'Eros nous envoyant des images spectaculaires. L'optique adaptative a permis de détecter depuis le sol quelques satellites d'astéroïdes (Eugénia, Pulcova). Enfin, on a profité des passages proches de la Terre pour effectuer des tirs radar sondant quelques astéroïdes (Toutatis, Geographos, Kléopatra).

Les comètes sont maintenant mieux connues : des sondes spatiales se sont aventurées dans les parages de la comète Jacobini-Zinner et de celle de Halley. Les passages proches de la Terre des comètes Hyakutake et Hale-Bopp ont montré des structures intéressantes. On a observé des blocs de roches arrachés de la surface de Hyakutake par la sublimation des glaces. Dans l'avenir, la mission spatiale Rosetta vers la comète Wirtanen, une toute petite comète qui pourrait bien ne pas résister aux assauts de la sonde (nécessité d'un grappin pour s'accrocher) est programmée.

Le Soleil est aujourd'hui mieux connu grâce au satellite Soho situé entre la Terre et le Soleil qui observe le Soleil en permanence. La sonde Ulysse nous a aussi montré que les pôles du Soleil émettait deux fois plus de vent solaire que les latitudes plus basses. Des missions vers le Soleil, comme la mission Mercury de l'ESA sont prévues.

 

Les télescopes d'aujourd'hui et de demain

Lorsque l'on a construit les télescopes dont le miroir avait un diamètre de 5 ou 6 mètres, on s'est rendu compte que l'on avait atteint une limite. Le coulage et le refroidissement de telles masses de verre prenait des années, et la taille était des plus aléatoires. Aussi, il fallut inventé de nouvelles technologies pour obtenir des télescopes de plus grande ouverture. La première innovation fut l'introduction de l'optique active. On fabriquait un miroir mince dont la géométrie était garantie par des leviers actifs disposés sous le miroir. Ainsi fut construit le VLT (Very Large Telescope) de l'ESO de 8 mètres de diamètre sur le mont Paranal au Chili. Des télescopes similaires ont aussi été construits au sommet du Mauna Kea à Hawaï. Afin de limiter les effets de la turbulence atmosphérique et atteindre le pouvoir de résolution des télescopes, la première solution a été de sortir un télescope de l'atmosphère terrestre (ce qui fut fait grâce au Space Telescope de 2,4 mètres de diamètre en orbite autour de la Terre) et la deuxième a été la correction du front d'onde en temps réel grâce à l'optique adaptative. Enfin, l'interférométrie optique permet de simuler des télescopes de plusieurs dizaines de mètres de diamètre en combinant les faisceaux de plusieurs télescopes éloignés de plusieurs dizaines de mètres. Ces télescopes sont les télescopes de l'avenir et un tel système placé en orbite aurait un pouvoir de résolution jamais atteint à ce jour. Un télescope de 100 mètres de diamètre est en projet. En ce qui concerne les télescopes optiques en orbite, il est prévu un télescope de 10 mètres de diamètre pour remplacer le télescope Hubble : le NGST (New Generation Space Telescope). Citons enfin le projet ALMA d'un réseau de 64 antennes millimétriques de 12 mètres de diamètre et représentant une surface collectrice totale de 7000 m2qui doivent être installées dans le désert d'Atacama au Chili à 5000 mètres d'altitude. Ce réseau d'antennes devrait permettre, en particulier, de détecter la formation de planètes autour des étoiles.

 

Les bases de données et Internet

La puissance des ordinateurs et la capacité des réseaux a amené la constitution de bases de données importantes et aisément consultables. Ainsi, Internetpermet de consulter rapidement les catalogues d'étoiles pour obtenir des positions (par exemple au Centre de Données de Strasbourg). L'ensemble du ciel photographié par des télescopes de Schmidt a été numérisé et est accessible en ligne (Digitized Sky Survey) pour identifier les champs observés et mettre en évidence des objets nouveaux ou variables. Les éphémérides des planètes et des corps du système solaire sont disponibles sur les sites du JPL aux USA ou de l'IMCCE en France. Le Minor Planet Center conserve toutes les observations des milliers d'astéroïdes découverts et informe en direct de l'existence de tel ou tel objet dans une zone définie du ciel. Tous ces serveurs fournissent des outils extrêmement puissants aux astronomes. Citons enfin le serveur de la NASA fournissant toutes les références des publications astronomiques effectuées dans le monde (ADS Abstracts Service).

 

La mécanique céleste

La mécanique céleste a-t-elle encore un avenir en ce début de 21ème siècle ? Les éphémérides doivent devenir de plus en plus précises pour les besoins de l'exploration spatiale. La navigation spatiale en est encore à ses débuts : les sondes ne font pas le point dans l'espace comme les marins en mer : elles sont toujours rattachées à la Terre qui les pilote. Mais la multiplicité des engins envoyés dans l'espace nécessite aujourd'hui le développement de systèmes de navigation autonome. Pour cela les éphémérides des corps du système solaire, en particulier des astéroïdes, deviennent cruciales. L'augmentation de leur précision passe par le développement de théories entièrement dans le cadre de la relativité générale et ce travail est actuellement en cours. La représentation des éphémérides évolue : aujourd'hui, elles sont fournies sous la forme de quelques coefficients peu encombrants, valables pour un intervalle de temps limité mais avec une grande précision. Les sondes, les télescopes spatiaux et les télescopes automatiques au sol utilisent ces techniques.


D'un autre côté, la mécanique céleste nous permet d'étudier l'évolution du système solaire ou des systèmes extrasolaires actuellement mis en évidence. Le chaos dans le système solaire a été montré : il est impossible de calculer les positions des planètes intérieures 100 millions d'années à l'avance mais on peut étudier l'évolution globale du système et aussi des scénarios concernant sa formation.

 

Des planètes autour des étoiles ? De la vie dans l'univers ?

Jusqu'à très récemment, il n'était prouvé que seul, le Soleil possédait un cortège de planètes. Bien sûr, des philosophes avaient supposée la pluralité des mondes et des astronomes s'étaient rendu compte que d'autres étoiles, parmi les milliards de notre galaxie, pouvaient avoir, elles-aussi, un cortège de planètes. Mais il n'était pas possible de le prouver. On avait bien détecter un mouvement propre sinusoïdal de certaines étoiles, ce qui montrait bien qu'elles étaient en interaction gravitationnelle avec un autre corps, mais celui-ci, de part sa masse, ne pouvait être qu'une autre étoile, même moins brillante que la première : les étoiles doubles ou triples sont très nombreuses dans l'univers.


La découverte de planètes extrasolaires se fit lorsque la mesure des vitesses radiales des étoiles (vitesse selon le rayon vecteur Terre-étoile) augmenta en précision. En 1995, des astronomes suisses observant à l'observatoire de Haute Provence, mettent en évidence une variation de vitesse radiale de l'étoile 51 Pégase révélant un corps de la taille d'une planète comme Jupiter en orbite autour de cette étoile. C'est la première fois qu'une planète est détecté ainsi. Depuis, d'autres planètes ont été découvertes autour d'autres étoiles. Pour l'instant, on ne peut détecter que des planètes d'une taille égale

ou supérieure à celle de Jupiter, mais la précision des mesures augmentant, on pourra bientôt détecter des planètes moins massives, donc perturbant moins le mouvement de l'étoile.


De nouvelles techniques sont en cours de développement pour détecter des planètes extrasolaires : la méthode des occultations devrait permettre de détecter une légère chute de flux lumineux de l'étoile lors du passage d'une planète devant le disque de l'étoile et le lancement d'un satellite astrométrique tel que GAIA prévu pour 2012 permettra de mesurer le mouvement propre d'une étoile avec une précision telle que les perturbations créées par une ou des planètes seront détectées.


Mais sommes-nous seuls dans l'univers ? La vie est-elle apparue ailleurs ? Détecter une planète est une chose, détecter de la vie sur une planète en est une autre. Il y a encore beaucoup à faire avant de disposer de moyens d'observation permettant de voir la surface d'une planète comme la Terre en orbite autour d'une étoile de notre galaxie.
En fait, la détection de vie ailleurs que sur la Terre peut se faire actuellement de plusieurs manières : dans le système solaire, on peut aller voir sur place. Les analyses faites sur Mars semblent négatives, mais l'existence d'océans d'eau salée à température convenable sur les satellites de Jupiter, peut laisser envisager des découvertes intéressantes. Enfin, l'analyse des comètes peut révéler des molécules complexes laissant présager l'apparition de la vie.


C'est la recherche de telles molécules qui est effectuées dans la matière interstellaire par l'analyse de la lumière en provenant. Cette matière bombardée de rayonnements énergétiques provenant d'étoiles proches peut avoir engendré des molécules complexes prébiotiques.


Enfin, l'écoute par les grands radiotélescopes du programme SETI (Search for Extra Terrestrial Intelligence) des ondes radio en provenance de la galaxie est censée intercepter un signal émis par des créatures intelligentes. Mais le spectre radio est tellement vaste et les étoiles tellement éloignées que, même si des êtres intelligents émettaient des signaux, nous aurions peu de chance de les capter.

 

Conclusion

Les recherches en astronomie semblent s'accélérer : toutes nos connaissances doublent dans des laps de temps de plus en plus réduits, mais toutes nos découvertes posent toujours plus de questions. L'exploration du système solaire est maintenant faite in-situ, appuyée par des observations régulières au sol pour la surveillance de phénomènes rapidement variables. La navigation spatiale va devenir autonome, nécessitant de connaître avec plus de précision les positions de tous les corps du système solaire. Des sondes vont bientôt se poser sur les satellites des planètes géantes nous révélant encore des choses nouvelles qui nous poseront de nouvelles questions. La mécanique céleste va nous dire bientôt comment le système solaire s'est formé et aussi comment d'autres systèmes solaires peuvent exister ailleurs, bien différents mais stables et durables. Enfin, les moyens d'observation vont bientôt nous montrer des régions encore plus éloignées de l'univers ainsi que les planètes des systèmes extrasolaires. Notre représentation de l'univers sera bientôt aussi périmée que celle de nos ancêtres de l'antiquité.

POUR EN SAVOIR PLUS 1

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