Un bien grand Univers - Résumé

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Nous nous contenterons, au long de ces quelques lignes, d'une visite sommaire de l'Univers observable, nous éloignant progressivement de la planète Terre jusqu'à nous rendre aux confins de l'espace. Afin d'effectuer ce long périple dans les meilleures conditions, nous transigerons avec les lois de la physique aussi souvent que nécessaire, nous octroyant au passage le droit... d'avoir tous les droits ! Alors bouclons nos ceintures, le départ est imminent...

De la Terre à la Lune

Notre planète, dont le périmètre n'excède pas 40 000 km, n'est qu'une petite bille bleue perdue dans l'immensité du cosmos. En voiture, en roulant verticalement, ce qui n'est pas simple je vous l'accorde mais nous on s'en fiche on a le droit, atteindre l'espace ne prendrait qu'une petite heure. La ligne de Karman, frontière quelque peu arbitraire séparant l'atmosphère de l'espace, n'est en effet qu'à 100 km d'altitude. A 130 km/h, sans dormir et sans pauses pipi, couvrir la distance qui nous sépare de la Lune demanderait quatre mois, alors qu'il ne faudrait que deux semaines en avion de ligne. Il faut dire que cette dernière se trouve en moyenne à 384 000 km, distance que les astronautes des missions Apollo ont franchie en un peu plus de trois jours. Quand à la lumière, cela ne lui demande guère plus d'une seconde...

Le système solaire

Nous allons commencer notre voyage dans le système solaire par l'astre le plus brillant du ciel : le Soleil. Ce gros pépère est une étoile, autrement dit une boule de plasmaLe plasma est un état de la matière dans lequel un gaz porté à très haute température voit les électrons arrachés à leurs atomes. Ces derniers se déplacent plus ou moins librement, formant avec les noyaux d'atomes un ensemble électriquement neutre. qui émet sa propre lumière, en raison d'une température de surface très élevée (environ 5500°C) : ce phénomène porte le nom d'incandescence. Comparé à notre planète, c'est un véritable colosse : il est en effet 109 fois plus grand qu'elle (1 492 000 km de diamètre) et 330 000 fois plus massif ! Pourtant, malgré ces mensurations impressionnantes, les astronomes le rangent dans la catégorie des "naines jaunes". Il n'y a donc pas de quoi se vanter.

Constitué, à plus de 98%, d'hydrogène et d'hélium, le Soleil tire son énergie des réactions thermonucléaires qui se produisent en son coeur, où la température s'élève à 15 millions de °C. Chaque seconde, alors que 620 millions de tonnes d'hydrogène s'y transforment en hélium, quatre millions de tonnes de matière semblent manquer à l'appel. En réalité, cette matière est convertie en énergie de rayonnement, et ce en vertu de l'équation E = m.c², où m représente la masse de matière "disparue" et c la célérité de la lumière. Les calculs montrent que l'énergie libérée par le Soleil en une seule seconde correspond à celle que fourniraient l'ensemble des centrales électriques de notre planète pendant une durée de six millions d'années !

Bon, le Soleil on l'aime bien, mais il n'est pas tout seul. Ce dernier est en effet accompagné d'un cortège de huit planètes et de leurs satellites, de planètes naines, ainsi que d'une multitude de petits corps aux formes diverses et variées. Allons de ce pas à leur rencontre... En nous éloignant progressivement du Soleil, nous rencontrons d'abord quatre planètes telluriques (c'est à dire rocheuses) : Mercure Située à environ 58 millions de kilomètres du Soleil, Mercure est la plus petite planète du système solaire, avec un diamètre d'à peine 4800 km. Sa surface, constellée d'une multitude de cratères, est soumise à des conditions extrêmes : alors qu'il fait 430°C au plus chaud de la journée, la température tombe à -170°C côté nuit !, Vénus La planète Vénus, surnommée l'"étoile du Berger", est l'astre le plus brillant du ciel après le Soleil et la Lune. Bien qu'elle soit deux fois plus éloignée du Soleil que Mercure, il y fait encore plus chaud. Enveloppée d'une atmosphère de dioxyde de carbone cent fois plus dense que celle de la Terre, la température au sol y atteint allègrement 460°C, de quoi faire fondre le plomb et le zinc. Pour couronner le tout, les nuages qui masquent en permanence sa surface sont constitués de gouttelettes d'acide sulfurique presque pur. Bref, un vrai petit paradis..., la Terre Nous voilà sur notre bonne vieille Terre. On y trouve un tas de choses hétéroclytes, des créatures plus ou moins étranges, de drôles de bipèdes qui parfois s'aiment, parfois se tapent dessus, des tondeuses à gazon qui font du bruit le weekend, et les cakes aux olives de tante Simone. Quant aux Shadoks, il y a bien longtemps qu'ils ne fréquentent plus cette planète... et Mars Mars, la "planète rouge", est deux fois plus petite que la Terre, et pourtant, on y trouve le plus grand canyon du système solaire, long de 4000 km, ainsi que la plus grande montagne (Olympus Mons), haute de 23 km. Comme sur Terre, il y a des saisons, mais il y fait beaucoup plus froid : -63°C en moyenne. Et en hivers, cela peut descendre à -140°C ! Il y a beaucoup trop de choses à raconter à son sujet, alors n'allons pas plus loin....

Se rendre jusqu'au Soleil en avion de ligne, outre le fait que l'idée est légèrement saugrenue, demanderait près de vingt ans. La lumière, qui se propage dans le vide à près de 300 000 km/s, accomplit ce même trajet en à peine plus de huit minutes. La Terre est pourtant éloignée de l'astre du jour d'environ 150 millions de kilomètres. Cette valeur, à laquelle on donne le nom d'unité astronomique (notée ua ou au), permet d'exprimer plus simplement les distances dans le système solaire.

Laissons derrière nous les planètes telluriques. Nous nous apprêtons maintenant à franchir ce qu'il est convenu d'appeler la ceinture principale d'astéroïdes, qui s'étend entre 1,7 et 4,5 ua du Soleil. Le membre le plus imposant de cette ceinture, Cérès (950 km de diamètre), ne fut découvert qu'en 1801. Aujourd'hui, on estime à un bon million le nombre d'astéroïdes faisant plus d'un kilomètre, parmi lesquels près de 20 000 se sont vu attribuer un petit nom (Pallas, Vesta, Junon... mais nous n'allons pas tous les citer). Sur l'image ci-contre, vous pouvez admirer l'astéroïde Ida.

Au-delà de cette ceinture, nous entrons dans un monde glacé, dominé par les planètes géantes gazeuses. Elles sont, elles aussi, au nombre de quatre : Jupiter Plus grosse planète du système solaire, Jupiter est onze fois plus grande que la Terre (avec un diamètre de 142 000 km) et 318 fois plus massive ! L'une de ses principales caractéristiques est la Grande Tache rouge, gigantesque cyclone large de 16 000 km (elle était même bien plus grande dans le passé), où les vents soufflent parfois à plus de 600 km/h ! Jupiter est accompagnée de quatre gros satellites (Io, Europe, Ganymède et Callisto), ainsi que d'une ribambelle de satellites beaucoup plus petits : on en a dénombré plus de soixante-dix, et l'on continue à en découvrir... , Saturne La planète Saturne est reconnaissable entre mille, en raison de ses manifiques anneaux. Ces derniers, constitués de milliards de particules de roche et de glace dont la taille est comprise entre 1 cm et 10 m, s'étendent sur près de 360 000 km de diamètre (pratiquement la distance Terre-Lune), alors qu'ils ne font que quelques dizaines de mètres d'épaisseur.
Son plus gros satellite, Titan, est le seul satellite connu à possèder une atmosphère dense, composée à plus de 95% de diazote. La sonde Cassini a repéré à sa surface de vastes mers de méthane liquide (il faut dire qu'il y règne une température de -180°C) parfois larges de plusieurs centaines de kilomètres. , Uranus Brrrrr... Là-bas, il ne fait pas bien chaud (bon, là je ne me suis pas foulé). et Neptune La planète Neptune a été découverte en 1846 par l'astronome français Urbain Le Verrier, qui détermina sa position par le calcul, à partir des perturbations observées dans l'orbite d'Uranus. Sa couleur, tirant sur le bleue, est due à la présence de méthane (environ 1,5%) dans son atmosphère. En 1989, lorsque la sonde Voyager 2 nous envoya les premiers clichés en haute définition de cette planète, une surprise nous attendait : à l'instar de Jupiter, Neptune possèdait son propre cyclone géant, la Grande tache sombre (qui a depuis disparue), à l'intérieure de laquelle des vents ont été mesurés à près de 2 500 km/h ! Un record absolu dans notre système solaire. .

Neptune, planète la plus éloignée du Soleil, en est distante de 30 ua, soit environ 4,5 milliards de km. La lumière de notre étoile met près de 4h30 pour l'atteindre, alors en avion, autant oublier tout de suite : cela prendrait en effet près de 600 ans. Et pluton dans tout cela ? Eh bien, jugée trop petite (avec 2400 km de diamètre, elle est plus petite que la Lune), elle a été déchue de son statut de planète en 2006 et rangée dans une nouvelle catégorie créée spécialement pour l'occasion, celle des planètes naines. A l'heure actuelle, elles ne sont que cinq à bénéficier de ce statut particulier : Cérès, Pluton, Eris, Hauméa, et Makémaké. Bien sûr, il y en a d'autres sur liste d'attente. On sait en effet, depuis quelques années, qu'une foule de petits corps glacés se balladent paisiblement au-delà de l'orbite de Neptune, constituant la famille des objets transneptuniens (ou TNO), dont la majeure partie est confinée dans une zone en forme d'anneau, la ceinture de Kuiper, qui s'étend jusqu'à près de 50 unités astronomiques du Soleil.

Le système solaire s'arrête-t-il là pour autant ? Absolument pas. Au-delà de cette région, des petits corps qualifiés d'objets épars évoluent sur des orbites très allongées qui les emmènent extrêmement loin. C'est ainsi que la petite Sedna, aujourd'hui distante de 86 ua (13 milliards de km) s'éloigne parfois jusqu'à mille unités astronomiques de notre étoile, qui lui paraît alors moins lumineuse que la pleine Lune vue de la Terre.
Il n'est pas aisé d'assigner une frontière précise au système solaire. Si l'on retient comme critère la limite où s'exerce l'influence gravitationnelle du Soleil, alors cette frontière se trouve au-delà du nuage d'Oort, hypothétique réservoir de comètes, de forme sphérique, dont le rayon serait de l'ordre de 60 000 unités astronomiques, soit environ dix mille milliards de km ! En toute modestie, à l'âge de vingt ans, avec mon vélo, en pédalant 24 heures sur 24 et 7 jours 7 et en faisant du 28,5 km/h de moyenne, couvrir cette distance ne m'aurait demandé que 40 millions d'années, et cela sans faire usage de la moindre substance illicite...

Les étoiles et la Galaxie

Nous allons maintenant quitter notre système solaire, et commencer (enfin !) à voir les choses en grand. L'étoile la plus proche après le Soleil, Proxima du Centaure, est distante de 40 000 milliards de kilomètres (à un chouïa près bien entendu), soit environ 270 000 unités astronomiques, ou encore 4,23 années-lumière. Pour rappel, une année-lumière (notée al) correspond à la distance parcourue par la lumière en une année, soit 9 460 milliards de km. L'objet le plus rapide fabriqué par l'homme, la sonde Voyager 2
Lancée le 20 août 1977, la sonde Voyager 2 survola les quatre planètes géantes gazeuses, nous envoyant ainsi les toutes premières images en haute résolution de l'atmosphère de Neptune, en 1989. Distante aujourd'hui de près de 17 milliard de km du Soleil dont elle s'éloigne à la vitesse de 15 km/s, elle se dirige vers l'étoile Sirius, qu'elle devrait atteindre, si tout se passe bien, dans 296 000 ans. Affaire à suivre..., mettrait environ 30 000 ans pour l'atteindre, et ce à la vitesse plus qu'honorable de 56 000 km/h. En avion de ligne, cela prendrait cinq millions d'années...

A l'oeil nu, dans de bonnes conditions (pas de lampadaires, pas de brume), nous pouvons distinguer près de 3000 étoiles sur la voûte céleste. La plus éloignée d'entre elles, Rhô de Cassiopée, est située à environ 8000 al. Toutes ces étoiles ne constituent pourtant qu'une infime portion de notre galaxie, la Voie Lactée, qui en abrite plus de 200 milliards et s'étend sur une centaine de milliers d'années-lumière. Difficile de réaliser ce que cela représente vraiment, c'est pourquoi nous allons réduire la taille de l'Univers d'un facteur un billiard (soit un million de milliards). Cela peut sembler excessif de prime abord, mais nous allons vite constater qu'il n'en est rien.

A cette échelle, la Voie Lactée, que l'on désigne parfois comme étant la Galaxie (avec une majuscule), a approximativement la taille de la France (soit 1000 km de diamètre). Proxima du centaure n'est alors plus qu'à une quarantaine de mètres du Soleil, et l'orbite de notre planète tient dans un tête d'épingle de 0,3 mm de diamètre (la Terre serait donc à 0,15 mm du Soleil) !
Vue de face, la Galaxie présente l'aspect d'un "tourbillon" au centre duquel on distingue une sorte de "barre" d'étoiles : elle fait donc partie de la famille des galaxies spirales barrées, ce qui vaut mieux que pas de famille du tout. De profil, elle fait vaguement penser à deux oeufs sur le plat collés dos à dos. Le système solaire, situé dans la périphérie de la Voie Lactée, se trouve à environ 27 000 années-lumière du centre de cette dernière, dans une région appelée bras d'Orion, entre le bras de Persée et le bras du Sagittaire. Entraîné par la rotation de la Galaxie dans une course folle à 250 km/s (soit 900 000 km/h), il met environ 230 millions d'années à en faire le tour complet. Voilà, c'est dit...

Des galaxies par milliers

Jusque dans les années 1920, la majorité des astronomes pensaient que l'Univers se résumait à notre Galaxie. Aujourd'hui, nous savons qu'il n'en est rien (et de très loin) puisque l'on estime que l'Univers observable contient au bas mot une centaine de milliards de galaxies, et peut-être même vingt fois plus selon certaines estimations ! Il en existe de toutes sortes, tant en terme de tailles qu'en terme de formes. Entre les spirales, barrées ou non, les elliptiques, géantes ou naines, les lenticulaires, les irrégulières, les calmes et les agitées, ce n'est pas le choix qui manque. Vous pouvez en admider quelques-unes ci-dessous.

Toutes ces galaxies ne se promènent pas au petit bonheur la chance dans l'espace, mais appartiennent pour la majorité d'entre elles à d'immenses ensembles très hiérarchisés : les groupes, qui comportent au plus quelques dizaines de galaxies, les amas, qui en contiennent plus d'une centaine, voire des milliers, et enfin les superamas qui, en regroupant à leur tour les amas de galaxies, forment les plus grandes structures observables dans l'Univers.

Les galaxies étant parfois nombreuses à l'intérieur des groupes et surtout des amas, elles sont en général assez "proches" les unes des autres pour que les interactions soient inévitables et les collisions relativement fréquentes. Au cours de ces collisions, il arrive que certaines galaxies fusionnent entre elles pour n'en former qu'une, plus grande. Lorsque l'une des protagonistes est beaucoup plus massive que l'autre, on parle même de "cannibalisme galactique", la petite galaxie étant littéralement phagocytée par la grande.
Vous pouvez admirer ci-contre l'amas de galaxies Abell 1689, distant de 2.2 milliards d'al.

Groupes, amas et superamas

Je ne dis pas ça pour me vanter, mais nous appartenons à un petit groupe de galaxies appelé Groupe local, qui contient une quarantaine de membres dominés par deux grosses galaxies spirales : la galaxie d'Andromède et... la Voie Lactée, distantes l'une de l'autre de 2,5 millions d'al, soit 25 000 km à l'échelle de notre maquette au un billiardième.
Le Groupe local, (qui s'étend tout de même sur environ 10 millions d'années-lumière de diamètre) fait à son tour partie d'un gigantesque ensemble appelé superamas de la Vierge, ou Superamas local, qui regroupe environ 10 000 galaxies, réparties dans une centaine de groupes et d'amas. Le plus imposant de tous, l'amas de la Vierge, compte à lui seul près de 2000 galaxies qui font le bonheur des astronomes amateurs, nombre d'entre elles étant visibles dans un petit télescope. Distant d'une soixantaine de millions d'al, nous lui fonçons dessus à près de 500 km/s, vitesse totalement folle et pourtant dérisoire au regard de la distance encore plus folle qui nous en sépare. En 2014, une équipe d'astronomes annonce que le Superamas local est lui-même englobé dans une structure beaucoup plus grande, Laniakea, qui avoisine les 500 millions d'années-lumière et contient près de 100 000 galaxies. Même au un billiardième, celle-ci s'étendrait sur cinq millions de kilomètres. Dit comme ça, cela peut sembler grand, mais il n'en est rien car Laniakéa n'occupe en réalité qu'un millionième du volume de l'Univers observable. Nous savons en effet, depuis les années 1960, qu'il existe une multitude de superamas de galaxies. Les plus proches d'entre eux, à savoir le Grand Mur, les superamas de Coma, de Persée-Poisson et de Paon-Indien forment une sorte de grande bulle - d'un rayon de plusieurs centaines de millions d'années-lumière - au centre de laquelle se trouve l'amas de la Vierge. Dans l'Univers observable, il y aurait une dizaine de millions de superamas, qui forment un réseau tridimensionnel de filaments entre lesquels existent d'immenses vides qui représentent plus de 90% du volume total.

La lumière émise par les galaxies les plus lointaines que l'on ait observées a voyagé pendant près de 13 milliards d'années avant d'être captée par nos instruments. Au-delà de ces galaxies, se trouve ce que l'on appelle la surface de dernière diffusion, région sphérique de l'espace centrée sur l'observateur, d'où a été émis le rayonnement électromagnétique le plus ancien qu'il soit donné de voir : le fond diffus cosmologique, ou rayonnement fossile.

La surface de dernière diffusion marque donc la frontière ultime de l'Univers observable. Regarder loin dans l'espace, c'est également regarder loin dans le passé, en raison de la finitude de la vitesse de la lumière. Tenter de voir ce qui se passe "au-delà" de cette "surface" revient donc à tenter de voir ce qui se passait avant même que la première lumière ne soit émise, ce qui est, dans l'état actuel de nos connaissances, impossible. Il s'agit donc d'une limite imposée par les lois de la physique. Une autre façon d'aborder ce problème consiste à dire que puisque rien ne peut voyager plus vite que la lumière, nous ne pouvons voir (et nous ne le pourrons jamais) les galaxies situées à une distance telle que leur lumière aurait dû voyager durant un laps de temps supérieur à l'âge de l'Univers pour nous atteindre.
En raison de l'expansion de l'Univers, la surface de dernière diffusion, dont la lumière a voyagé durant 13,7 milliards d'années avant d'être détectée, s'est depuis éloignée de nous : on estime qu'elle se trouve aujourd'hui à près de 45 milliards d'années-lumière de la Terre, ce qui, sur notre maquette, représente 450 millions de kilomètres, contre 0,15 mm pour la distance Terre-Soleil !! Nous sommes bien peu de chose...

Notre voyage touche enfin à son terme. Il est temps maintenant de rentrer, d'aller faire quelques courses et de regagner nos pénates, où nous attendent le joint qui fuit depuis une semaine et les factures de toutes sortes.
J'espère que cette petite escapade vous aura donné l'envie d'en apprendre davantage sur le sujet. Si tel est le cas, rendez-vous ici ! sans plus attendre. Si tel n'est pas le cas, rien ne vous empêche d'aller consulter ce cours de cosmologie alternative !.

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