Mesures et observations physiques : de Galilée à Rosetta

Les distances étant immenses entre les galaxies, nous percevons encore des témoins privilégiés des premiers temps de l’univers : les étoiles lointaines et les trous noirs. D’autres vestiges stellaires comme les comètes et les astéroïdes nous renseignent quant à elles sur la formation de notre système solaire.

Depuis les astronomes antiques, un immense chemin a été parcouru pour observer les étoiles et les planètes. Le tournant majeur, c’est le perfectionnement de la lunette astronomique par Galilée, en 1609. Cet ingénieux système optique donne une perception rapprochée des objets lointains. En quatre siècles, ce type d’instrument a profondément évolué et reste au cœur de la recherche astronomique : désormais, ce sont de gigantesques télescopes qui sont mobilisés et combinés entre eux (on parle d’interférométrie) pour nous permettre de voir toujours plus loin, depuis le sol ou depuis l’orbite de la Terre (comme avec le télescope Hubble, lancé en 1990).

A partir du XIXe siècle, de nombreuses méthodes de mesure sont utilisées en lien avec ces instruments optiques pour étudier les propriétés des corps célestes. Est observée par exemple la lumière réfléchie, pour déterminer la présence ou non d’une atmosphère ou encore la température à la surface d’une planète.
Cependant, le domaine le plus fécond est l’étude des rayonnements électromagnétiques émis ou absorbés par un objet, selon de nombreuses approches différentes :
• la spectroscopie permet par exemple de déterminer la composition chimique d’une étoile en étudiant son spectre lumineux (comme l’a fait Joseph von Fraunhofer pour le Soleil),
• tandis que la radioastronomie, apparue dans les années 1930, a permis la découverte du fond diffus cosmologique, un rayonnement persistant issu du Big Bang.

Plus récemment, c’est vers les planètes situées hors du système solaire et qui pourraient un jour abriter la vie, les exoplanètes, que se tourne l’attention des scientifiques. Presque indétectables par observation directe, elles nécessitent d’être repérées par la mesure de divers phénomènes physiques :
• l’influence des planètes sur la vitesse d’une étoile (vélocimétrie),
• la diminution du flux lumineux qui parvient d’une étoile à cause du passage d’une planète devant elle (méthode des transits),
• ou encore l’effet de microlentille gravitationnelle, qui permet de repérer des objets lumineux lointains par l’image déformée qu’en donnent des objets lumineux plus proches.

En étudiant les caractéristiques de ces planètes, il sera peut-être possible de répondre à cette question majeure : peuvent-elles abriter la vie ? Annoncée en 2016, la découverte de Proxima b, une exoplanète « proche » de notre système solaire (à 4,24 années-lumière !), donne de nombreux espoirs à la communauté scientifique.

Mais la grande révolution apportée à l’exploration de l’univers au XXe siècle, c’est la conquête physique de l’espace. Ce vieux rêve, concrétisé grâce aux efforts conjoints de scientifiques issus d’innombrables disciplines, débute avec le lancement du premier satellite (Spoutnik) en 1957 par l’URSS. Il ouvre la voie à l’exploration de Vénus, de Mercure, de Mars et de la Lune, sur laquelle se posent deux astronautes de la mission américaine Apollo 11 en 1969. Ces missions humaines et les nombreuses sondes et robots envoyés sur ces sols extraterrestres permettent de collecter mesures et échantillons dont l’analyse est riche d’enseignements. La dernière en date, la mission Rosetta, conforte ainsi la théorie selon laquelle les briques du vivant auraient été amenées sur Terre par des comètes.

Aujourd’hui, de nouveaux instruments sont en cours de réalisation comme le « télescope géant » européen E-ELT prévu pour 2024, ou la mission BepiColombo qui partira vers Mercure en 2018. Nul doute qu’ils seront essentiels pour apporter des réponses aux grandes questions de l’astrophysique contemporaine.

Sélection de livres
- 50 clés pour comprendre l'astronomie / Joanne Baker. – Dunod, 2016. – 207 p. - Cote : 52 BAK
- L'exploration des planètes : de Galilée à nos jours... et au-delà / Thérèse Encrenaz. – Belin, collection "Pour la science", 2014. - 223 p. - Cote : 523 ENC

Sélection d’articles
- Dossier « 2016. L'année de la physique : les 10 découvertes majeures » dans La Recherche n°519, janvier 2017, pp. 32-78. Ce dossier revient sur la mission Rosetta, les observations d’ondes gravitationnelles et la découverte de l’exoplanète Proxima b. Accessible en ligne sur Europresse.
- Dossier « L’astronomie gravitationnelle est née » dans Sciences & Avenir n°829, mars 2016, pp. 28-37. Accessible en ligne sur Europresse.

Podcasts & Sites internet
- « Les exoplanètes : 20 ans de découvertes », infographie en ligne sur le site d’Arte. 
- Émission « La méthode scientifique » (France Culture) : Télescopes géants : toujours plus grands, toujours plus loin, 31 janvier 2017.