Le message des étoiles

Ken Tapping, le 15 avril 2015

Dans le ciel cette semaine…

  • Après le coucher du Soleil, Vénus brille avec intensité au sud-ouest; Jupiter est presque aussi lumineuse au sud.
  • Saturne se lève autour de 23 h.
  • Nouvelle Lune le 18.

Au printemps, les rayons du matin traversent un petit aquarium chez moi. Les parois de verre forment un prisme et projettent un arc-en-ciel sur le mur. En plus d’être jolies, ces couleurs nous renseignent sur la nature du Soleil.

On peut faire un parallèle avec l’expérience de décomposition de la lumière qu’Isaac Newton a menée au XVIIIe siècle. En faisant passer un rayon de soleil à travers un prisme (triangle en verre), Newton a découvert que la lumière jaunâtre du Soleil était en fait composée de toutes les couleurs de l’arc-en-ciel. La lumière visible est une combinaison en proportions précises de rouge, d’orange, de jaune, de vert, de bleu, d’indigo et de violet. Newton venait de percer le secret de la lumière blanche, mais il était loin de se douter qu’il nous laissait l’un des outils les plus puissants pour étudier les régions les plus lointaines de l’Univers : la spectroscopie.

Même avec un spectromètre aussi rudimentaire qu’un aquarium, on peut apprendre des choses utiles sur le Soleil. Nous savons que le Soleil est une immense boule de gaz brûlants, mais en mesurant les proportions relatives des différentes couleurs spectrales projetées sur le mur, on peut estimer la température de la région du Soleil qui émet cette lumière. On obtient un résultat d’environ 6 000 °C. Comme c’est le cas pour les objets chauds, plus il y a de rouge, plus les températures sont basses, et plus il y a de bleu, plus les températures sont élevées. Par exemple, Bételgeuse, l’étoile rouge formant l’épaule d’Orion, a une température d’environ 3 000 °C, Arcturus, l’étoile orange, à l’est en cette période de l’année, atteint 4 300 °C, alors que Sirius, l’étoile très brillante d’un blanc bleuté au sud-ouest, fait grimper le mercure à 10 000 °C.

On peut lire davantage dans ces messages lumineux. À l’aide d’un spectrographe approprié, on peut voir dans la lumière des étoiles, outre les couleurs qui indiquent la température, une multitude de stries sombres. Ces raies sont la signature atomique des gaz formant l’atmosphère de l’étoile. Par résonance, les atomes captent certaines longueurs d’onde et les réémettent dans toutes les directions. Il y a donc moins de lumière à cette longueur d’onde émise dans notre direction, ce qui forme une strie dans le spectre lumineux. Les atomes de chaque élément possèdent leur propre signature de résonance, ce qui permet de les distinguer. On peut ainsi en déduire la composition de l’étoile, peu importe sa distance.

La lumière en révèle encore plus. Le cosmos est rempli de nuages froids et sombres. Lorsqu’une étoile naît dans un nuage, la lumière ultraviolette qu’elle émet excite les atomes du nuage, qui émettent alors de la lumière à leurs longueurs d’onde caractéristiques du fait de la résonance. On obtient alors un spectre composé uniquement de lignes claires, ce qui nous indique la composition des nuages.

Par ailleurs, nous avons tous déjà constaté que le timbre des sirènes de véhicules d’urgence et des sifflets de trains s’abaisse lorsque leur source s’éloigne. Christian Doppler est le premier à avoir expliqué ce phénomène, qui porte d’ailleurs son nom – l’effet Doppler. Les objets dans l’espace s’approchent ou s’éloignent de la Terre. S’ils s’approchent, les raies spectrales sont décalées vers « l’aigu » (longueur d’onde plus courte); c’est ce qu’on appelle le décalage vers le bleu, parce que la lumière apparaît plus bleutée. Lorsqu’ils s’éloignent, c’est le contraire, il y a décalage vers le rouge. On peut calculer la vitesse à laquelle se déplacent les objets à partir de ce décalage. C’est ce qui nous a permis de découvrir que l’Univers était en expansion. Essayez d’y penser la prochaine fois que vous admirerez l’arc en ciel que brossent sur le mur les rayons traversant un objet en verre.

Ken Tapping est astronome à l'Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9.

Tél. : 250-497-2300
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