Top 10 des découvertes astronomiques

Introduction

Note de la rédaction: Dans le cadre du week-end scientifique consacré à Discovery le 20 février, le film «Telescope» fera son avant-première, un voyage vigoureux dans les coulisses de la prochaine étape de l'évolution des télescopes: le télescope spatial James Tebb de la NASA, filmé par le directeur de la série Oscar, Nathaniel Kahn. Le télescope James Webb sera 100 fois plus puissant que le télescope spatial Hubble NASA / ESA (illustré ici). "Telescope" raconte cette mission épique et toute l'histoire de l'astronomie.

V-kosmose.com suivra de près cet événement et, avant la première, il fournira des articles pertinents et des galeries sur l'histoire de l'astronomie et les exploits incroyables de Hubble, qui se déroulent depuis plus de 25 ans après son lancement. Découvrez, en bref, les 10 meilleurs moments de l’histoire de l’astronomie qui nous aideront à comprendre la conception du télescope spatial de la prochaine génération de la NASA ...

1. Les cieux changent et les planètes bougent

Nos ancêtres les plus anciens ont compté sur le ciel pour suivre les changements de saisons. Selon lui, ils savaient quand on peut chasser certains types d'animaux. Dans le développement de l'agriculture, comme dans l'Égypte ancienne, les étoiles prédisaient quand semer le grain et quand le récolter. Nous utilisons le ciel comme une énorme horloge pour déterminer l'heure au cours de l'année. Lorsque des phénomènes célestes tels que des éclipses ou des comètes sont apparus, ils sont apparus comme des événements imprévisibles créés par les dieux. Nous savons aujourd'hui que cela est dû aux rotations et aux interactions gravitationnelles dans l'espace.

Au fil du temps, certaines personnes intelligentes ont remarqué qu'il y avait des étoiles se déplaçant de manière prévisible dans le ciel. Ils ont parcouru le même chemin que le Soleil, traversant le fond étoilé. Maintenant, nous appelons ces objets des planètes (traduit approximativement du grec - "vagabonds"). Dans de nombreuses cultures, les planètes ont été nommées d'après les dieux. Même nos noms sont Mercure, Vénus, Mars, Saturne et Jupiter (cinq planètes connues dans l'Antiquité ) - s'est produite en l'honneur des êtres supérieurs.

1. La Terre (comme le Soleil) n'est pas au centre de l'univers

Plus tôt, ils croyaient (sur la base de la religion) que la Terre est le centre de l’univers. Lorsque les anciens astronomes ont observé le ciel, ils ne comprenaient pas beaucoup de choses. Par exemple, pourquoi Mars change-t-il parfois la direction du mouvement dans le ciel, puis reprend dans la même direction que les autres planètes? Certains astronomes ont mis au point des modèles géométriques complexes appelés épicycles, destinés à prédire le mouvement chaotique des planètes.

Nicolaus Copernicus a proposé au XVIe siècle une solution plus simple: il a publié des matériaux dans lesquels le soleil est au centre de l’univers et où la Terre tourne autour, tout comme les autres planètes. De même Aristarque de Samos au 13e siècle, mais ses œuvres étaient alors peu connues de l’Occident. Cela a résolu le problème des épicycles et a été corroboré par d'autres preuves. Par exemple, la découverte par Galilée de lunes tournant autour de Jupiter en 1610, prouve que tout ne tourne pas autour de la Terre. Les autorités religieuses n'étaient pas satisfaites de cette découverte, mais au fil du temps, les preuves ont dépassé les arguments.

Avec le développement de la technologie télescopique, nous avons finalement appris que le soleil n'était pas le centre de l'univers. En 1750, on pensait que la Voie lactée était un grand groupe d'étoiles avec son centre. Au début du 20ème siècle, l'observation de nouvelles étoiles (formations d'étoiles) dans d'autres galaxies a montré qu'elles étaient beaucoup plus éloignées que la Voie Lactée. Edwin Hubble, astronome postérieur, a trouvé des preuves que l'univers est en expansion constante et qu'il n'a pas de centre réel.

1. Tout est sous l'influence de la gravité

Bien que nous ayons vu le mouvement des planètes qui les fait bouger, il a été peu étudié depuis des milliers d’années. Tout a changé au 17ème siècle, lorsque Sir Isaac Newton a commencé à appliquer des théories mathématiques à l'observation de l'univers. Il a calculé les trois lois fondamentales du mouvement, ainsi que la loi de la largeur du monde, qui dit que deux objets quelconques dans l'Univers sont attirés l'un par l'autre. Les planètes ont une force d'attraction importante et les petites pierres de les anneaux de Saturne sont petites.

Au début du XXe siècle, notre compréhension de la gravité a changé grâce aux observations de physiciens, tels que Albert Einstein, qui ont découvert que le temps pouvait varier en fonction de vos mouvements. Si vous voyagez à une vitesse proche de celle de la lumière, votre perception du temps sera plus lente que celle des habitants de la Terre. Le temps est devenu la quatrième dimension (après la longueur, la largeur et la hauteur), ce qui a permis de comprendre les conditions gravitationnelles extrêmes autour des trous noirs et d’autres objets à gravité massive. La gravité des objets s’explique alors comme une modification de l’espace-temps dans l’Univers, les objets étant modifiés par la gravité.

Début 2016, les ondes gravitationnelles ont été détectées par l'observatoire laser interférométrique à ondes gravitationnelles (LIGO). Il s’agit essentiellement d’une pulsation dans l’espace-temps créée par des objets massifs tournant les uns autour des autres, tels que trous noirs. Einstein avait prévu leur existence et les astronomes ont essayé de les détecter pendant 50 ans.

1. Il y a des planètes au-delà de Saturne.

Le télescope a permis de détecter de nombreux petits objets inaccessibles à l’œil humain. William Herschel découvrit accidentellement Uranus en 1781. En vérifiant les étoiles du catalogue, il ne trouva pas une valeur égale à 8 (plus faible que l’œil humain) ni plus brillante. À ce stade, Herschel réalisa qu'Uranus se déplaçait dans le ciel étoilé. Il avait prévu d'appeler cela le roi George III, mais d'autres astronomes ont décidé de nommer la planète en l'honneur de Dieu, comme tout le monde. D'autres découvertes ont rapidement suivi. Cérès (alors considéré comme un astéroïde et non comme une planète naine) a été découvert en 1801, le premier des milliers que l’on connaisse aujourd’hui. Neptune a été découverte en 1846 et Pluto (à l'origine reconnue comme planète) en 1930. Le système solaire est devenu plus spacieux que prévu. Au fil du temps, les modèles ont prédit que les comètes seraient probablement situées au-delà de l'orbite de Neptune, dans la région des objets glacés appelée ceinture de Kuiper. Au début du XXIe siècle, plusieurs nouveaux objets de la taille de Pluton dans la ceinture de Kuiper ont incité l'Union astronomique internationale à créer une nouvelle catégorie d'objets, les «planètes naines», et à classer Pluton et Cérès dans cette catégorie.

La découverte des planètes situées en dehors de notre système solaire n'a pas été moins frappante. Premièrement, les astronomes ont découvert 3 planètes en orbite autour du pulsar PSR B1257 + 12 en 1992, après une énorme exoplanète en orbite autour de l’étoile de séquence principale 51 Pegasus en 1995. Nous connaissons maintenant plus de 1000 exoplanètes en dehors du système solaire, avec des milliers non confirmés. La plupart d'entre eux ont été détectés à l'aide du télescope spatial Kepler de la NASA, lancé en 2009.

1. Il existe une limite de vitesse cosmique

Nous utilisons la vitesse de la lumière comme seule unité de mesure de l’Univers. Nous l'avons compté pendant des siècles et nous savons que la vitesse de la lumière dans le vide est d'environ 300 000 kilomètres (186 000 miles) par seconde. Le soleil est à 8 minutes de lumière de la Terre. La distance jusqu'au système stellaire le plus proche (Alpha Centauri) est d'environ 4 années-lumière et la grande galaxie la plus proche (Andromède) est de 2,5 millions d'années-lumière. Et bien que Star Trek rêve de parcourir l’univers pour se rendre dans ces lointaines destinations, nous sommes désormais limités par les lois de la physique. L'autre découverte d'Einstein portait sur le rapport entre la masse et l'énergie, représenté dans l'équation E = mc2. Si vous volez à une vitesse proche de celle de la lumière, l'énergie nécessaire pour l'atteindre augmente votre masse (et le transport sur lequel vous voyagez). Avant d'atteindre la vitesse de la lumière, la masse devient égale à l'infini. Impossible de se déplacer plus vite.

Quoi qu'il en soit, les scientifiques suggèrent des moyens rationnels intelligents. Peut-être existe-t-il des trous de ver dans l'univers à travers lesquels vous pouvez voyager librement dans l'espace et dans le temps. Peut-être existe-t-il des moyens de communiquer plus rapidement que la vitesse de la lumière, de sorte que des particules quantiques enchevêtrées puissent interagir instantanément, peu importe la distance qui les sépare (on parle souvent d’interaction «terrible à distance»). Mais à notre connaissance, la vitesse de la lumière est la vitesse maximale à laquelle vous pouvez voyager.

1. Nous voyons les échos du Big Bang

Si l’Univers a commencé comme un tout et s’est ensuite développé (phénomène appelé le Big Bang), cela devrait se faire avec une énergie inimaginable. Au fil du temps, à mesure que l'Univers grandissait, l'énergie se dissipait, se refroidissait et se condensait en une matière qui remplissait l'espace.

Nous assistons maintenant aux traces de cette énorme explosion, après la découverte accidentelle de 1965. À l'époque où Ralph Alfer avait prédit le rayonnement de fond en 1948, deux chercheurs de Bell Telephone Labs ne l'avaient découvert qu'une décennie plus tard, après avoir constaté des interférences sur un récepteur radio en construction. Arno Penzias et Robert Wilson ont fait une découverte, au moment même où l’autre équipe tentait de la découvrir. En conséquence, en 1965, deux articles ont été publiés dans l’Astrophysical Journal (de chacune des équipes). Les astronomes savent maintenant qu'il existe de minuscules fluctuations de température (appelées anisotropies) dans le fond cosmique à micro-ondes, qui montrent les fluctuations de densité insignifiante causées par l'univers antique. Ces vibrations minuscules peuvent être détectées à l'aide d'instruments très sensibles tels que la sonde anisotrope Wilkinson Space Microwave de la NASA et le télescope spatial européen Planck. On pense que l'identification de ces déviations aidera à comprendre comment s'est formé l'univers, la grande échelle de sa structure et la nature de la création d'anciennes galaxies.

1. L’univers se dilate et s’accélère

En 1929, Edwin Hubble découvrit que l’univers était en expansion. Explorateur actif et assidu, il a fait de nombreuses découvertes, y compris de véritables distances aux galaxies, à l'aide d'un nouveau télescope de 100 pouces situé sur le mont Wilson en Californie. Il l'a fait en observant les nouvelles étoiles de ces galaxies, en évaluant leur luminosité, puis en calculant le rapport entre cette dernière et la distance. Ensuite, sur la base des travaux de l'astronome Vesto Slipfera, Hubble a mesuré le mouvement des galaxies et a publié un article qui a finalement montré que l'Univers était en expansion.

Cette découverte a été stupéfiante, mais la surprise a persisté lorsque, plus tard, à la fin des années 90, l’univers s’est accéléré pendant son expansion. Les astronomes ont mesuré les supernovae dans des galaxies lointaines et ont constaté qu’elles étaient moins brillantes qu’elles auraient dû l’être, à en juger par leur décalage vers le rouge (ce qui indique qu’elles s’éloignent de nous). Cette découverte a donc amené le prix Nobel aux chercheurs.

1. Nous ne pouvons pas voir plus de la matière de l'univers

L’expansion accélérée de l’univers était un mystère pour les astronomes, qui ont suggéré qu’il devrait exister une force capable de le faire avancer. Aujourd'hui, la théorie principale est qu'il existe une force appelée énergie sombre qui ne peut pas être détectée par les technologies astronomiques modernes. Il existe plusieurs théories sur l'énergie noire. Peut-être que c'est l'espace extérieur lui-même. Au cours de l'expansion de l'espace, davantage d'énergie sombre est créée, ce qui prolonge encore davantage l'expansion. Une autre explication possible provient de la théorie de la matière quantique, selon laquelle les particules quantiques apparaissent et disparaissent, créant de l'énergie.

On pense que l’énergie noire représente environ 68% de la masse de l’univers connu et la matière noire, 27%. Les scientifiques ne savent pas ce qu'est la matière noire, mais ils réalisent que, selon des calculs gravitationnels, la plus grande partie de l'Univers ne nous est pas visible. Nous pouvons observer indirectement la matière noire par l’influence de la gravité. Un exemple est la réfraction de la lumière, à travers un phénomène tel qu'une lentille gravitationnelle. Le reste de l'univers, moins de 5%, est constitué d'énergie et de matière, ce que nous pouvons voir à l'aide de télescopes.

1. Il y a de la glace d'eau dans d'autres mondes

L’eau est considérée comme un élément clé de la vie et, avec le temps, nous saurons que c’est un élément universel du système solaire et de l’univers dans son ensemble. Les premières observations d'engins spatiaux dans les années 1970 et 1980 ont montré l'existence de mondes de glace au-delà de la Terre. La découverte de satellites de glace près de Jupiter et de Saturne et au-delà a été une surprise, car nous avions l'habitude d'observer le satellite terrestre, dépourvu de l'atmosphère, mais avec le temps, nous avons appris à évaluer leur composition chimique complexe.

Ces mondes (comme l'Europe Jupiter et Enceladus Saturne) sont considérés comme les plus propices à la vie en dehors de la Terre, ce que nous connaissons dans le système solaire. On peut également noter que l’eau peut se trouver à l’intérieur de ces satellites sous forme liquide. Un exemple est Titan Saturne, qui est rempli d'hydrocarbures (l'un des éléments constitutifs de la vie) et il existe une option dans laquelle il peut y avoir un océan liquide sous sa surface. Des observations plus modernes dans les années 1990 et au-delà ont révélé la présence de glace d'eau dans des endroits inattendus. Il s'est avéré que la glace d'eau peut survivre sur un satellite sans air et même sur Mercure (la planète la plus proche du soleil), alors qu'elle se trouve dans des cratères ombragés ou sous une couche protectrice de poussière. Mars possède également des calottes polaires, composées en partie de glace d'eau. La glace à l’eau est présente sur les comètes et dans certains petits mondes, comme la planète naine Ceres.

1. Il y a encore beaucoup de découvertes

L'astronomie ne va apprendre que beaucoup de choses intéressantes, après avoir amélioré les télescopes pour sonder l'origine de l'univers et rechercher d'autres mondes. Par exemple, le NASA NASA (récepteur du télescope spatial Hubble) devrait lancer le télescope spatial James Webb en 2018 pour examiner l'origine et l'évolution des galaxies, l'apparition des étoiles et l'origine de la «première lumière» (l'apparition du premier rayon de lumière immédiatement après la formation de l'Univers).

Le très grand télescope européen, qui devrait être achevé en 2024, retracera les secrets de l'univers depuis la Terre. Avec l'aide de celui-ci, il est prévu de considérer les exoplanètes, les débuts de l'Univers, les trous noirs supermassifs et la nature mystérieuse de la matière noire et de l'énergie noire. ECBT, James Webb et la prochaine génération de télescopes rechercheront des planètes similaires à la Terre dans d’autres systèmes stellaires, notamment l’étude de leur origine, de leurs atmosphères et de leurs orbites.

La découverte récente d’ondes gravitationnelles, qui constituent un élément clé de la théorie de la relativité générale d’Einstein prédite il ya 100 ans, peut créer un nouveau type d’astronomie - l’astronomie à ondes gravitationnelles. Quel que soit le spectre électromagnétique (lumière visible, rayons X et rayons infrarouges), l’astronomie gravitationnelle sera capable de mesurer la pulsation dans l’espace, révélant ainsi des objets gigantesques qui seraient restés invisibles.