La lumière si essentielle...

      Contrairement aux autres scientifiques dont les objets d'étude se trouvent en laboratoire ou dans leur proche environnement. L'astronome, lui, étudie des objets de l'univers, objets loin de sa portée. Pour appréhender ces objets le seul indice qu'il a à sa disposition c'est la lumière émise par ces objets, par ces astres. Au cours des siècles son principal objectif a été donc de pouvoir capter la lumière pour comprendre sa nature. Il lui a fallu auparavant étudier d'autres parties de la physique : l'optique, la thermodynamique en particulier. Armé de ces connaissances, il lui faut observer, grâce à des instruments qu'il a crées lui-même pour palier à l'imperfection de ses sens. Il a du analyser cette lumière, enregistrer et traiter les données obtenues par des expériences appropriées.

La nature lui a facilité les choses, puisque la lumière blanche du soleil est décomposée dans l'arc-en-ciel par les gouttelettes d'eau et c'est peut-être ce qui a inspiré l'anglais Isaac NEWTON en 1670 qui a fait une expérience à l'aide d'un prisme de verre sur lequel il fait passer un faisceau de lumière blanche et il s'aperçoit que ce faisceau est décomposé et il obtient sur son mur un spectre. Il propose de plus que la lumière est constituée de corpuscules. En 1676 RÖMER détermine la vitesse de la lumière à l'observatoire de Paris, en observant les satellites de Jupiter.

En 1690 le danois HUYGENS propose que la lumière est une série d'ondes propagées dans un milieu hypothétique appelé éther (plus tard A. Einstein a nié l'existence de cet éther!).

Déjà au 17ème siècle la lumière est considérée comme une onde (Huygens) et formée de corpuscules (NEWTON).

Au 19ème siècle la physique se développe et en 1801 l'anglais YOUNG fait une autre expérience à l'aide de deux fentes. Il fait passer la lumière par ces fentes et s'aperçoit qu'à la sortie il obtient une figure d'interférence montrant ainsi qu'indubitablement la lumière est une onde, puisque seule une onde peut s'ajouter et se soustraire et ainsi donner des zones sombres et des zones lumineuses.

En 1864 l'anglais James Clark MAXWELL révolutionne la physique en faisant la synthèse des phénomènes électriques et magnétiques (unification entre électricité et magnétisme) et il propose que la lumière est une onde électromagnétique qui se propage à une vitesse constante. L'onde électromagnétique qu'il définit est la combinaison d'un champ électrique et d'un champ magnétique qui se propage selon la même direction. Donc la lumière sera ainsi définie : elle est une onde électromagnétique.

Mais la lumière n'est pas la seule onde électromagnétique. Toutes les ondes que nous détectons sont des ondes électromagnétiques et forment ce qu'on appelle l'ensemble du spectre électromagnétique, depuis les rayons gamma de très petites longueurs d'onde, puis les rayons X, puis les rayons ultra violets. Si on représente ce spectre par un diagramme faisant intervenir les différentes longueurs d'onde, on voit que le spectre des rayons visibles occupe une très petite place. A la fin de ce spectre nous avons les ondes radio.

Le rôle donc de l'astronome va être de construire des instruments qui vont lui permettre de détecter ces différentes longueurs d'onde. Les composantes de ce large spectre ont en commun le fait qu'elles sont des ondes électromagnétiques et comme différences, leur longueur d'onde. Elles ont toutes un champ électrique et un champ magnétique qui oscillent.

Au 19ème siècle,encore, l'autrichien FRAUNOFFER observe dans le spectre continue du soleil des raies sombres qu'il ne sait pas toujours identifier sauf quelques éléments et beaucoup d'autres astronomes vont intervenir sur ce spectre du soleil, mais c'est en 1850 que KIRSCHOFFF et BUNSEN, vont considérer une lumière blanche passant à travers une fente de manière à former un pinceau de lumière qu'ils font passer ensuite à travers un prisme qui donne un spectre continue.

En remplaçant la lumière blanche par un gaz chaud, très dilué, ils observent un spectre discontinu de raies d'émission. La même expérience effectuée avec différents gaz chauds et dilués donneront des spectres d'émission différentes. Ils ont donc trouvé un moyen d'identifier chaque gaz par des raies discontinues d'émission, c'est une sorte de « code barre de chaque gaz » . Ils ont donc inventé la spectroscopie.

Ce principe de la spectroscopie, conduira à la construction de lunette + prisme, à des télescopes + prisme et aux instruments liés à la photométrie.

De nos jours, ces instruments, connectés à des ordinateurs puissants sont indispensables à l'astronome ou l'astrophysicien, pour observer, pour analyser et pour traiter les données récoltées grâce à la lumière.

Cette lumière si essentielle pour arpenter l'univers et étudier grâce à la spectroscopie et à quelques lois de physiques adéquates, sur lesquelles je ne m'étendrais pas ici.

Pour plus de détail voir mon e-book : ASTROPHYSIQUE