Maquette (couverture et intérieure)
et illustrations : Atelier AAAAA

Pictogrammes (Noun Project) : p. 73 – créé par icon 54 ; p. 78, 103, 151 – créé par iyikon ; p. 98, 140 – créé par yusuf kara ; p. 129 – créé par Diego Naive.

Crédits iconographiques : p. 41 – ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) ; p. 76 – NASA/JPL ; p. 89 – NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute ; p. 162 – NASA and The Hubble Heritage Team (STScl/AURA).

© Dunod, 2017

11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff

www.dunod.com

ISBN : 978-2-10-077232-2

Ce document numérique a été réalisé par PCA

PRÉAMBULE

Aux passeuses et passeurs de sciences dont les folles histoires ont guidé à travers l’Univers l’Homo sapiens que je suis.

Bonjour à tous ! Je suis Florence Porcel, community manager officielle de l’Univers, et je vous souhaite la bienvenue dans le premier ouvrage adapté de mon podcast vidéo « La folle histoire de l’Univers », qui traitera de notre Système solaire…

Pour celles et ceux qui ne connaissent pas ce contenu que j’ai créé sur ma chaîne Youtube il y a cinq ans : rassurez-vous. Je vais vous emmener dans ce livre à la découverte du monde – et des mondes ! – qui nous entourent lors d’une promenade dans l’espace et dans le temps, de la naissance du Soleil jusqu’à sa mort. Entre les deux, nous ferons un tour d’horizon de ce qui compose notre Système solaire, basé sur les découvertes scientifiques les plus récentes. Nul besoin de m’avoir déjà croisée sur Internet, il vous suffira de vous laisser guider page après page !

Pour celles et ceux qui connaissent le podcast, la seule différence (hormis la forme évidente) sera dans le fond : plus question d’actualités classées dans les huit mêmes rubriques, il n’y a qu’un seul sujet – en l’occurrence le Système solaire. Mais vous retrouverez sa folle histoire racontée à travers huit chapitres pour garder le même rythme, agrémentés d’illustrations et d’encarts dans lesquels je vous proposerai des chiffres, des tweets, des dates ou encore des bidules 2.0, ainsi que des personnalités qui m’ont fait l’honneur de m’offrir leur témoignage : Hélène Courtois, Alessandro Morbidelli, Sylvie Vauclair, François Forget, Claudie Haigneré, Hervé Cottin, Agnès Fienga, et Roland Lehoucq… Plus au top que ces femmes et ces hommes, c’est bien simple : vous ne trouverez pas.

Comme tout ouvrage de vulgarisation scientifique, certaines des connaissances fournies à l’intérieur seront sans doute, au moment de sa sortie, au pire obsolètes, au mieux améliorées ou complétées. Il a été écrit entre novembre 2016 et mai 2017, et malgré tout le soin accordé aux moindres détails, il se peut que certains d’entre eux ne soient plus justes. Ce livre ne saurait être autre chose qu’un instantané de l’état de nos connaissances sur le Système solaire à la mi-2017, moment où il a été définitivement rendu à mon éditrice. Il faut l’appréhender ainsi.

Et, bien entendu, vous imaginez bien qu’un sujet si vaste, si riche, si passionnant et si exaltant mériterait qu’on lui consacre une bibliothèque entière. J’ai donc dû faire des choix. J’espère qu’ils vous satisferont.

Je vous emmène ? Venez, ça va être fou !!! Bon voyage par chez vous…

Florence

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PAPIERS, S’IL VOUS PLAÎT !

Vous êtes ici. Vous êtes ici, comme tous les êtres et espèces disparus avant vous, et comme tous les êtres et espèces actuellement vivants – dans l’état actuel de nos connaissances. Vous êtes ici, je suis ici, nous sommes tous ici : dans le Système solaire.

Si la Terre était notre maison, alors le Système solaire serait notre rue. Et si la métaphore veut bien filer, le bras de la galaxie dans lequel nous nous situons serait notre quartier et la Voie lactée notre ville, comprise dans une communauté de galaxies appelée le « Groupe local », lui-même attiré par l’amas de la Vierge qui compte plus de mille galaxies ; et tout ce petit monde fait partie d’un « continent » nommé Laniakea. Et encore des millions de fois plus grand que cette structure gigantesque… c’est l’Univers ! Pfiou… Voilà de quoi donner le tournis, et je ne vous ai pas encore parlé de taille ni de distance, qui échappent évidemment à toute conception humaine.

Mais reprenons. Après avoir fait un zoom arrière à toute vitesse, prenons le temps de voyager tranquillement à travers l’espace, du continent cosmique jusqu’à notre Terre…

OÙ SOMMES-NOUS DANS L’UNIVERS ?

Nous ne connaissons qu’une partie de notre Univers, et ça n’a rien d’étonnant : je ne sais pas s’il vous est déjà arrivé de vous retrouver sur un bateau en pleine mer, loin de toute côte. Mais si c’est le cas, vous avez sans doute pu remarquer que quelle que soit la direction dans laquelle vous regardez, vous voyez le même horizon. Rien ne distingue un horizon d’un autre : c’est de l’eau à perte de vue sans point de repère. Si vous ne savez pas vous localiser grâce à la position du Soleil ou à celle des étoiles, l’horizon que vous avez devant vous peut tout aussi bien être le Nord, le Sud, l’Ouest ou l’Est, et toutes les directions intermédiaires. Et surtout, ça ne veut pas dire qu’il n’y a rien, derrière cet horizon ! Vous savez que vous vous trouvez sur une planète et que si vous avancez, l’horizon va avancer d’autant – et qu’un ami sur un bateau à un autre endroit verra exactement la même chose que vous, sauf qu’il pourra voir un bout d’océan que vous ne pouvez pas encore distinguer – jusqu’à ce que vous le rejoigniez.

UN NOMBRE

42 MILLIARDS D’ANNÉES-LUMIÈRE

C’est la distance qui nous sépare de l’horizon de l’Univers observable. L’Univers étant âgé de 13,8 milliards d’années, comment est-ce possible ? Contrairement à nos océans, notre espace-temps grandit, et de plus en plus vite : c’est l’expansion de l’Univers. Un objet âgé de 13 milliards d’années dont la lumière nous arrive aujourd’hui n’est plus à l’endroit où il se trouvait quand sa lumière a été émise : en 13 milliards d’années, l’expansion de l’Univers l’a emporté bien plus loin… Trop loin pour qu’on puisse le voir à sa position actuelle, mais on en garde quand même une trace : c’est pour ça que l’Univers « observable » est plus grand qu’une sphère de 13,8 milliards d’années-lumière de rayon.

À plus grande échelle, nous nous trouvons dans la même situation. Notre vaisseau terrestre ne navigue pas sur l’eau mais dans l’espace, et quand nous regardons autour de nous, nous ne pouvons pas voir jusqu’à l’infini : nous voyons jusqu’à un certain point, dans toutes les directions, et tous ces points mis côte à côte définissent cet horizon au-delà duquel on ne peut pas voir : c’est l’Univers observable qui, évidemment, représente une sphère dont nous sommes le centre – tout comme nous sommes le centre du cercle de ce que nous pouvons observer de la surface de l’océan quand nous sommes sur notre bateau. (Mais ça ne veut pas dire que nous sommes le centre du monde, et ça ne veut pas dire que nous nous trouvons au centre de l’Univers.)

Nous vivons dans un Univers bien plus vaste que ce que nous pouvons en voir, mais nous commençons à bien connaître l’Univers observable : à cette échelle, la matière s’organise sous la forme d’une structure qui partage une ressemblance troublante avec notre réseau de neurones. Mais la comparaison s’arrête là : avec des filaments épais de plusieurs millions d’années-lumière, et sachant qu’une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en un an, soit presque 10 000 milliards de kilomètres, je peux affirmer sans prendre trop de risques que ça dépasse de loin la capacité d’accueil d’une boîte crânienne humaine.

UNE VIDÉO

« LANIAKEA : OUR HOME SUPERCLUSTER »

Laniakea ne s’est pas contenté de faire la une de Nature : sa vidéo de présentation sur la chaîne Youtube de la prestigieuse revue est toujours la plus populaire à ce jour, avec plus de 5 millions de vues ! Voilà un argument à avancer lorsque j’entends que « la recherche fondamentale, ça ne sert à rien » : visiblement, ça intéresse des tas d’humains d’en apprendre toujours plus sur notre adresse cosmique… La vidéo est visionnable au lien suivant : bit.ly/VideoLaniakea.

Laissons-nous attirer par un point très brillant… Au fur et à mesure que nous nous approchons, nous voyons ce point grossir dans notre champ de vision et nous prenons conscience de son gigantisme. En fait, cette zone mesure 500 millions d’années-lumière de diamètre : c’est celle dans laquelle nous vivons et elle a été baptisée Laniakea, qui signifie « horizon céleste immense » en hawaïen – on ne pouvait pas mieux trouver !

De l’univers observable à la Voie lactée

ÇA A CHANGÉ QUOI ?

« J’ai choisi comme métier celui de cartographier l’univers extragalactique. Ce qui m’intéresse n’est pas seulement de repérer de nouvelles galaxies, de mesurer leurs distances et leurs mouvements (ce qui n’est pas simple) puis de les positionner sur des cartes qui ne cessent de s’agrandir : ce qui me porte, c’est l’exploration, la possibilité de chaque jour découvrir un peu davantage sur ce que nous sommes.

Se trouver à la frontière de ce que l’humanité sait et de ce qu’elle ne sait pas encore est passionnant. L’attention du public pour les résultats de mon équipe démontre que nous sommes beaucoup à avoir soif de nouvelles connaissances.

Faire des découvertes et les transmettre directement à tous sans distinction d’âge, de genre ou de milieu social sont mes deux moteurs. »

Hélène Courtois, astrophysicienne,

professeur à l’université de Lyon

Ce gigantesque « continent » regroupe plusieurs millions de galaxies qui se dirigent toutes vers une région précise (dans la direction de ce que l’on appelait jusqu’alors « le Grand Attracteur ») à la vitesse vertigineuse de 630 kilomètres par seconde (plus de 2 millions de kilomètres par heure !) – toutes, y compris la Voie lactée. Mais notre galaxie ne se trouve pas là où la densité de matière est la plus importante : elle est très en retrait, presque à la frontière avec le continent voisin, loin de toute cette concentration d’amas. La Voie lactée est timide, elle se tapit au sein du Groupe local avec la galaxie d’Andromède et la galaxie du Triangle, toutes trois accompagnées d’une cinquantaine de galaxies naines, et elle n’a rien d’extraordinaire : c’est une grande galaxie spirale, un peu moins massive qu’Andromède mais plus que le Triangle, une galaxie comme on en trouve plusieurs milliards dans l’Univers. Un détail (d’importance…) qui la distingue des autres, c’est que le livre que vous tenez entre vos mains se trouve précisément à l’intérieur…

LE SYSTÈME SOLAIRE DANS SON ENVIRONNEMENT PROCHE

Nous n’avons pas d’image de la Voie lactée dans son ensemble, pour la simple et bonne raison qu’il faudrait en sortir et s’éloigner suffisamment loin pour pouvoir la prendre en photo. Autant vous dire que le selfie n’est pas pour tout de suite ! Mais nous savons que, comme toutes les galaxies spirales, la nôtre est composée de plusieurs bras qui semblent s’enrouler autour du bulbe galactique pour mieux le câliner. Cependant, inutile de s’enflammer pour autant : exit les gros bras, nous sommes situés dans un bras mineur nommé Orion. Mais si ça peut vous réchauffer le cœur, nous sommes côté centre, à environ 26 000 années-lumière de Sagittarius A*, un trou noir supermassif relativement calme et peu glouton.

Comme la Voie lactée a un diamètre d’environ 100 000 années-lumière, nous nous trouvons à peu près à mi-chemin entre ce trou noir et le bord externe de la galaxie. Plus excentrés, nous verrions beaucoup moins d’étoiles dans le ciel ; beaucoup plus proches du bulbe, la nuit serait lumineuse. En ce qui me concerne, le compromis entre les deux me va très bien. (Mais avons-nous vraiment le choix ?)

Revenons dans le bras d’Orion. Comment trouver cette étoile si spéciale que nous avons nommée « Soleil » ? Un indice : justement en ne cherchant rien de spécial – notre étoile ne l’est pas. Elle est absolument banale et ne se distingue des autres que parce que le livre que vous tenez entre vos mains est prisonnier de son influence gravitationnelle. Cela dit, il y a peu de chance qu’on puisse distinguer ledit livre si on se trouve à une distance suffisante pour observer ce qui se trouve dans une région de 15 années-lumière de diamètre dont le Soleil serait le centre. À vrai dire, on n’y verrait qu’une cinquantaine de naines brunes (astres trop massifs pour être considérés comme des planètes, mais pas assez pour mériter leur place parmi les étoiles) et d’étoiles, dont la plupart sont regroupées par deux ou trois. C’est le cas, par exemple, du système le plus proche de nous, Alpha du Centaure, qui rassemble les étoiles Alpha du Centaure a, Alpha du Centaure b, et Proxima du Centaure. Mais inutile de penser le visiter pendant vos prochaines vacances : il se situe tout de même à 4,3 années-lumière de nous. La « proximité » est toujours toute relative, lorsqu’on se balade dans l’Univers…

De la Voie lactée au Système solaire

Et si on se rapproche du centre arbitraire de cette région de 15 années-lumière de diamètre, alors le Soleil, qui était un point parmi tant d’autres, va devenir de plus en plus lumineux. En gardant une certaine distance et avec une très bonne vue, on peut distinguer quelques planètes et se rendre compte qu’elles tournent toutes autour de lui sur une même « ligne » : c’est le plan de l’écliptique, sorte de disque imaginaire qui coupe le Soleil en deux au niveau de son équateur et sur lequel la plupart des objets orbitent. Dit autrement, les planètes tournent autour de notre étoile en étant (à peu près) alignées sur son équateur – aucune d’entre elles n’en fait le tour en passant par ses pôles, par exemple.

Les étoiles de la Voie lactée se regroupant également sous forme d’un disque et non d’une sphère (sauf un niveau du bulbe central), elles gravitent autour de Sagittarius A*, également le long d’un plan. Du coup, le plan de l’écliptique est-il aligné sur le plan galactique ? Autrement dit, les deux disques (celui qui coupe l’équateur du Soleil en deux, et celui qui coupe « l’équateur » de Sagittarius A* en deux) sont-ils un seul et même disque ? Réponse : pas du tout. En fait, le Système solaire se trouve sur la tranche par rapport au plan galactique : nous présentons toujours notre profil à notre trou noir.

Faisons donc une rotation d’environ 90° par rapport au plan galactique pour nous retrouver sur le plan de l’écliptique, et approchons-nous encore un peu… Nous voici arrivés à bon port.

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