Pourquoi le ciel est-il sombre la nuit ?
Aujourd'hui, nous allons tenter de répondre à la question d'une simplicité déconcertante posée dans le titre de cet article. Parlons en détail du « paradoxe du ciel noir » !
Contenu
- Pourquoi le ciel noir est-il considéré comme un paradoxe ?
- Quel est le paradoxe d'Olbers en termes simples ?
- Solutions possibles (mais fausses) au paradoxe d'Olbers
- Les étoiles dans l'Univers sont distribuées de manière fractale et non uniforme.
- Le nombre d'étoiles dans l'univers est fini
- Nous ne voyons pas certaines étoiles parce qu'elles sont trop éloignées et donc trop faiblement lumineuses.
- L'espace est rempli de poussière interstellaire qui bloque la lumière des étoiles lointaines.
- Quelle est la meilleure solution au paradoxe d'Olbers ?
Pourquoi le ciel noir est-il considéré comme un paradoxe ?
Vous vous dites peut-être : « Ça paraît logique, non ? Le ciel est sombre la nuit parce que le Soleil est couché ! » Mais on pourrait vous répondre : « Et les étoiles, alors ? »
Notre galaxie, la Voie lactée, contient à elle seule 100 à 400 milliards d'étoiles. L'Univers observable contient 100 à 200 milliards de galaxies. Le moins que l'on puisse dire, c'est que ça fait une belle quantité d'étoiles ! Et si on ajoute à cela l'hypothèse que notre Univers est infini... La moindre petite portion de ciel que vous choisissez d'observer devrait contenir des myriades d'étoiles et le ciel nocturne devrait donc être éblouissant de clarté.
Mais ce n'est pas le cas, n'est-ce pas ? Cette divergence est appelée paradoxe d'Olbers et nous allons la résoudre dans quelques minutes.
Quel est le paradoxe d'Olbers en termes simples ?
La formulation du « paradoxe du ciel noir » est généralement attribuée à l'astronome allemand Heinrich Wilhelm Olbers, bien que de nombreuses autres personnes célèbres (dont Johannes Kepler et Edgar Allan Poe) aient également contribué à la résolution de ce problème. Voici la définition de ce paradoxe en termes simples :
Si l'Univers est infini et qu'il contient un nombre infini d'étoiles, alors le ciel devrait être rempli d'étoiles. Nous devrions voir une étoile dans toutes les directions où nous regardons et le ciel nocturne devrait donc être très lumineux. Pourquoi fait-il noir, alors ?
Pour mieux comprendre le paradoxe d'Olbers, imaginez-vous au beau milieu d'une forêt très dense. Partout où vous regardez, vous voyez un mur d'arbres sans espace entre eux. Et ce n'est qu'une simple forêt. Elle peut être grande, mais en aucun cas infinie. Essayez maintenant d'étendre cette analogie à un Univers infini rempli d'étoiles !
Solutions possibles (mais fausses) au paradoxe d'Olbers
Au fil des siècles, plusieurs tentatives ont été faites pour expliquer le phénomène déconcertant de l'obscurité du ciel nocturne. Examinons certaines de ces explications et écartons-les.
Les étoiles dans l'Univers sont distribuées de manière fractale et non uniforme.
Pourquoi c'est faux : Cette hypothèse aurait pu expliquer le paradoxe, mais les données astronomiques modernes ne la soutiennent pas. L'Univers semble être presque parfaitement isotrope (c'est-à-dire identique dans toutes les directions).
Le nombre d'étoiles dans l'univers est fini
Pourquoi c'est faux : Même s'il est fini, le nombre d'étoiles dans l'Univers est tout de même considérable et elles suffiraient à éclairer tout le ciel nocturne.
Nous ne voyons pas certaines étoiles parce qu'elles sont trop éloignées et donc trop faiblement lumineuses.
Pourquoi c'est faux : Divisons l'Univers infini en couches sphériques égales avec la Terre au centre. Si une couche contient une certaine quantité d'étoiles, alors la couche située deux fois plus loin de la Terre contiendra quatre fois plus d'étoiles, puisque l'Univers est homogène. Toutefois, selon la loi de l'inverse du carré, les étoiles de la couche supérieure brilleraient aussi quatre fois moins pour un observateur situé sur la Terre. Cela signifie que la luminosité totale de chacune de ces couches serait identique. Ainsi, chaque couche d'étoiles produirait la même quantité de lumière, quelle que soit sa distance. Par conséquent, le ciel devrait être uniformément éclairé.
L'espace est rempli de poussière interstellaire qui bloque la lumière des étoiles lointaines.
Pourquoi c'est faux : La lumière des étoiles chaufferait inévitablement la poussière. Selon la loi de la conservation de l'énergie, la poussière ne tarderait pas à réémettre la lumière absorbée et à briller aussi fort que les étoiles.
Quelle est la meilleure solution au paradoxe d'Olbers ?
Deux facteurs principaux peuvent expliquer le « paradoxe du ciel noir ». Ces deux facteurs expliquent pourquoi nous voyons des espaces vides entre les étoiles dans le ciel nocturne.
- 1. L'Univers n'est pas infiniment vieux.
Notre Univers a environ 13,8 milliards d'années. La lumière met du temps à voyager, si bien que nous ne pouvons observer que des objets situés à un maximum de 13,8 milliards d'années-lumière, pas plus. L'Univers étant d'une taille infinie, de nombreuses étoiles et galaxies nous sont invisibles pour la simple raison que leur lumière ne nous est pas encore parvenue.
- 2. L'Univers est en expansion.
L'expansion de l'Univers a été découverte par Edwin Hubble en 1929. Il a constaté que la lumière des étoiles et galaxies lointaines s'étirait en s'éloignant rapidement de nous. Ce phénomène est connu sous le nom de « décalage vers le rouge » : il se produit lorsque la longueur d'onde de la lumière augmente et se déplace vers l'extrémité rouge du spectre électromagnétique. Les ondes lumineuses des objets très éloignés sont tellement étirées qu'elles deviennent infrarouges. L'œil humain ne peut pas voir la lumière infrarouge, si bien que les étoiles et les galaxies très lointaines nous sont invisibles.
Remarque : Partout où vous regardez dans le ciel, il y a une étoile ou une galaxie. Si on ne peut pas en voir beaucoup, c'est tout simplement parce que leur lumière ne nous est pas encore parvenue ou qu'elle s'est déplacée dans le spectre infrarouge. C'est pourquoi le ciel nocturne apparaît sombre à l'œil humain.
