Histoire de la Carte du ciel d’Hipparcos

Our Universe is large and complex. To contribute to its understanding a satellite was launched by the European Space Agency in 1989 with a unique if prosaic brief : to chart the positions and motions of the stars. History’s greatest star map was the result. Since its completion in 1997, astronomers worldwide have devoured and pondered its content.

Ce sont les premières phrases de la préface du livre The Making of History’s Greatest Star Map de Michael Perryman, astronome britannique. Découvrons la grandiose mission Hipparcos sous ces thèmes : Le lancement du satellite, Le contexte, La mesure des distances, Le satellite, Les catalogue et atlas des données astrométriques, La nouvelle vision de l’Univers.

Le lancement du satellite

Dans son prologue, l’auteur relate les moments palpitants du lancement du satellite européen Hipparcos à Kourou, en Guyane française, le 8 août 1989. Un événement marquant dans l’histoire de l’astronomie. Une réussite spectaculaire résultant d’une longue et minutieuse préparation. Une collaboration exemplaire de scientifiques de l’Agence spatiale européenne, d’ingénieurs de l’entreprise Aérospatiale et de politiciens de plusieurs pays européens.

Le contexte

Le chapitre 1 porte sur notre place dans le cosmos. En guide d’introduction, l’auteur cite les trois raisons motivant les missions spatiales : le prestige national et international, le développement de technologies d’avant-garde et la recherche scientifique pure. Il poursuit son exposé en abordant les thèmes suivants : l’importance de mesurer la distance des étoiles, les connaissances traditionnelles du ciel avant notre époque, la constitution du savoir scientifique, les caractéristiques du Soleil, de la Voie lactée et de l’Univers, l’évolution depuis le Big Bang et l’émergence de la vie.

La mesure des distances

Le chapitre 2 explique des unités de mesure utilisées dans le domaine astronomique : l’ascension droite (longitude sur Terre) et la déclinaison (latitude sur Terre), la seconde d’arc, l’angle d’arc, l’angle de la parallaxe, l’année-lumière, le parsec.

Le chapitre 3 relate l’histoire de l’astrométrie (évaluation de la position et du mouvement des astres) depuis l’Antiquité jusqu’à la première mesure de distance précise d’une étoile en 1838, la parallaxe de 61 Cygni, par Frederich Bessel.

Le chapitre 4 relate les développements de la période 1850-1980 selon trois axes de recherche : la détermination de plus de parallaxes avec une meilleure précision relative des distances (utilisation de la photographie); l’observation visant des mesures ayant une plus grande précision absolue pour établir un meilleur cadre de référence (catalogues d’étoiles FK); la réalisation de grands relevés pour élucider la structure et les propriétés de la Voie lactée à partir du positionnement et du mouvement des étoiles (catalogue d’étoiles Durchmusterung). L’utilisation de la photographie et la production de catalogues numériques, au cours des décennies 1970 et 1980, constituent un tournant dans l’histoire de l’astronomie. La deuxième partie du chapitre aborde les sujets suivants : le débat sur la structure de la Voie lactée, l’apport du télescope Schmidt, le projet de la Carte du Ciel (1887-1970) et le Catalogue astrographique, la théorie de la gravitation universelle de Newton, la théorie de la relativité générale d’Einstein; l’importance du Catalogue Hippercos publié en 1997.

Le satellite

Le chapitre 5 retrace le long cheminement du projet Hipparcos : les lacunes des observations astronomiques antérieures, les avantages d’un télescope spatial proposé en 1967 par Pierre Lacroute (surmonter le filtre atmosphérique, observation de l’ensemble du ciel, le calcul précis des distances des étoiles), l’européanisation du projet (ELDO et ESRO en 1962, ESA en 1973), le remodelage du projet en 1975, le processus complexe d’admissibilité du projet au sein de l’ESA (finalisé en 1980).

Le chapitre 6 explique les différentes étapes du processus menant au lancement du satellite Hypparcos : les concepts de base pour la mesure des distances des étoiles, la nomination des responsables (dont l’auteur, en janvier 1980) et la constitution des équipes, adoption du design général en 1984, la construction de prototypes et du satellite au cours des trois années suivantes. Au sein du comité scientifique qu’il a constitué, l’auteur souligne son leadership et détaille les tâches assignées aux participants. Les principaux défis à relever sont ensuite exposés : les miroirs du télescope et les autres composants du satellite, l’assemblage des pièces, les tests ultimes, le transport du satellite à Kourou pour son lancement le 8 août 1989.

Le chapitre 7 porte sur la position géostationnaire visée pour le satellite Hipparcos, les étapes planifiées pour fixer ce positionnement et les échecs répétés pour réussir ce processus.

Les catalogue et atlas des données astrométriques

Le chapitre 8 présente le Centre de contrôle des opérations situé à Darmstadt (Allemagne) et le réseau de communication (antennes) autour de la Terre. Le 29 août 1989, suite aux échecs répétés de mise en marche du moteur d’allumage, un plan alternatif est adopté : tirer le meilleur parti de la situation jusqu’à la mort inéluctable du satellite (survenue au début de 1993). L’auteur raconte ensuite les péripéties de l’incroyable performance collective de sauvetage du projet.

Le chapitre 9 explique comment le catalogue a été élaboré au cours des années précédant le lancement d’Hipparcos : la sélection minutieuse des étoiles à observer et la notation des données (double objectif), la constitution du catalogue initial sous le leadership de Catherine Turon, réception des suggestions de la communauté scientifique (à l’ère pré-Internet), le tri et l’agencement des propositions; le défi du traitement mathématique des données (rétrospective historique, du 16e siècle à l’ordinateur EDSAC), la solution formulée par l’analyste Lennart Lindegren, le processus indépendant de vérification des données, la constitution d’un second catalogue dénommé Tycho, la réussite de la transmission des données astrométriques jusqu’au 15 août 1993; publication finale des catalogues Hipparcos et Tycho (versions papier et électronique sur DC).

Le chapitre 10 porte sur le peaufinage des données astronomiques et leur diffusion  : la constitution du catalogue Tycho 2 et l’intégration des relevés du Catalogue astrographique, la production de l’Atlas des étoiles du millénaire [Millennium Star Atlas] (provenant des catalogues Hipparcos et Tycho; uranographie, science qui a pour objet la description du ciel), projection du ciel en 3D (août 2000), quelques célèbres utilisations scientifiques des catalogues (lune Dactyl en 1992, comète Shoemaker-Levy en 1994), la présentation des catalogues à un symposium international tenu à Venise (mai 1997); un contexte technologique rapidement désuet (exemples mécanographiques : rubans magnétiques et cartes perforées); les réflexions de l’auteur sur l’héritage du projet Hipparcos et le contexte requis pour l’émergence des avancées scientifiques.

La nouvelle vision de l’Univers

Une toute nouvelle image de l’Univers découle des observations du satellite Hipparcos. Les trois derniers chapitres du livre témoignent de cette nouvelle vision de l’Univers.

Le chapitre 11 décrit la Voie lactée : une structure dynamique (en perpétuel mouvement) similaire à celle de la galaxie d’Andromède, la distance entre le Soleil et le centre de la Galaxie, la rotation galactique selon Jacobus Kapteyn (1851-1922), Bertil Lindblad (1895-1965) et Jan Hendrik Oort (1900-1992), la complexité et les connaissances actuelles sur la rotation galactique et celle du Système solaire; le mouvement ascendant et descendant régulier du Soleil par rapport au plan de la Galaxie; la classification des étoiles et les particularités des très anciennes étoiles du halo (exemples : Groombridge 1830, Kapteyn, Barnard; amas globulaire Omega Centauri).

Le chapitre 12 étudie les étoiles : la fusion nucléaire, la théorie du Big Bang, la nucléosynthèse, l’origine des éléments, le diagramme Hertzprung-Russell et l’évolution du Soleil, la grande diversité des étoiles, l’importance des étoiles variables (Céphéides et RR Lyrae), les naines blanches, les étoiles binaires, les étoiles en fuite, les étoiles hypervéloces, les amas ouverts (Hyades, Pléiades).

Le chapitre 13 porte sur le Système solaire et l’habitabilité : la formation des objets sur Système solaire (Soleil, planètes, lunes, comètes, astéroïdes); les observations d’Hipparcos (exemple : changement climatique sur Pluton); les cycles de Milankovitch (précession, nutation, oscillation de l'axe terrestre), les variations des taches solaires, les impacts climatiques de la rotation du Soleil autour de la Galaxie (périodes glaciaires), les impacts majeurs de certains météorites; la découverte d’exoplanètes, la détection de planètes et leur habitabilité en utilisant le Catalogue Hipparcos (astrobiologie, Institut SETI, sursauts gamma); les questions laissées en suspens (origine de l’Univers, émergence de la vie).

L’auteur termine ainsi son histoire de la plus grande carte du ciel : « If there is one particular mystery that the study of the Universe brings home to me it is the one that sits midway between its origin, and the emergence of life. […] Astronomy confronts the remarkable spectacle of what happened in between. »

Le projet Gaia

Le chapitre 14 est intitulé The Future. – La prochaine mission astrométrique, adoptée par l’ASE en 2000, sera réalisée par le satellite Gaia. L’auteur décrit les objectifs de ce projet auquel il est associé depuis 2005. – [Les internautes désireux d’en connaître davantage sur le successeur d’Hipparcos pourront consulter le site Gaia – ESA’s billion star surveyor.]

Les compléments

Dans l’épilogue, Michael Perryman souligne le succès du projet Hipparcos qui a dépassé les attentes. Il souligne quelques-unes des figures marquantes de cette grande réalisation scientifique : Pierre Lacroute (initiateur du projet astrométrique), Franco Emiliani, Hamid Hassan, Catherine Turon, Jean Kovalevsky, Lennart Lindegrem, Eric Høg, Roger-Maurice Bonnet.

À la fin du livre : les références aux 53 notes infrapaginales, des vues en stéréoscopie des amas ouverts Hyades et Pléiades, les remerciements et l’index. Par ailleurs, le sommaire du livre est inséré entre la préface et le prologue, à la page xi.

Quelques remarques sur les citations et les illustrations. Une citation est insérée sous le titre du prologue et les différents titres de chapitres (auteurs des citations) : Fred Hoyle, Thomas Carlyle, William Shakespeare, Confucius, David Gill, Thomas Jefferson, Hermann Bondi, Freeman Dyson, Rensis Likert, Willem Frederik Hermans, Vincent Van Goht, Carl Sagan, Arthur Eddington, Samuel Johnson et Friedrich Nietzsche.

Le volume est illustré par de nombreuses photographies et dessins. Les portraits de plusieurs dizaines de scientifiques ayant contribué au projet Hipparcos sont insérés tout au long de l’exposé. Un grand nombre de photos de groupes et d’instruments scientifiques sont aussi affichées.

Parmi les dessins accompagnant les propos de l’auteur, soulignons ceux-ci : angle d’une seconde d’arc (31), parallaxe (41), mouvements apparents des planètes (45), précession de l'orbite de Mercure (80), ceintures de radiations de Van Allen (126), positionnement sur une orbite géostationnaire (127), disque galactique NGC 4565 (188), vues de la Voie lactée (195), schéma de la Galaxie illustrant le mouvement ascendant et descendant régulier des étoiles (196), diagramme Hertzprung-Russell (210), précession et nutation de la Terre (237), inclination de la Terre (238), oscillation de l'axe terrestre (239), déplacement du Soleil dans la Galaxie (243). Des reproductions d’images tirées du Catalogue Hipparcos et de l’Atlas des étoiles du millénaire [Millennium Star Atlas] : page sur l’étoile Sirius (168); amas des Pléiades (172), déplacement de Groombridge 1830 (199).

Références

Perryman, Michael. – The Making of History’s Greatest Star Map. – Londres / New York : Springer, 2010. – xii, 282 p. – ISBN 978-3-642-11601-8. – [Citations : pp. vii, 255]. – BAnQ : 523.8 P465m 2010. – [Sur le site Archive].

Sinnott, Roger W.; Perryman, Michael A. C. – Millennium Star Atlas : An All-sky Atlas Comprising One Million Stars to Visual Magnitude Eleven from the Hipparcos and Tycho Catalogues and Ten Thousand Nonstellar Objects. – Cambridge (Massachusetts) : Sky Publ. Corp., 1997. – 3 v. XXV-1-516 + IX-517-1032 + IX-1033-1548 p. – ISBN : 0933346840. – [Université de Montréal, Centre de conservation, 101, boul. Marcel-Laurin].

Image

Hipparcos result – typical accuracy of stellar distances (2 juillet 2002) – [Avril 1997 – Crédit : ESA-SP 1200 (Volume 1) – Catalogues Hypparcos et Tycho].

Auteur

Michael Perryman (Site de l’auteur)
Michael Perryman awarded prestigious Tycho Brahe Prize (European Astronomical Society)

Sur la Toile

Hipparcos, une troisième dimension pour la Carte du Ciel (Frédéric Arenou et Catherine Turon – GÉPI / Observatoire de Paris, CNRS UMR 8111)
The Hipparcos Space Astrometry Mission (ESA)
Hipparcos testing (ESA)
Millennium Star Atlas (ESA)

Le projet de la Carte du Ciel (1887-1970)

Gaia dresse le catalogue le plus complet des étoiles de notre galaxie et d’au-delà (ESA)

Astrophysique pour les nuls

Astrophysics is notoriously difficult idea to wrap your head around because it’s incredibly vast, yet also extremely detail-oiented. We’ve broken down the information into digestible chapters so that you can read this book all at once, or can flip throught to only the sections that interest you.

Découvrir l’astrophysique

La citation liminaire est tirée de l’introduction du livre Astrophysics For Dummies, de Cynthia Phillips et Shana Priwer. Cette introduction présente le sujet d’étude, les présupposés courants, les trucs utiles pour bien comprendre le vocabulaire scientifique, et un guide d’utilisation des icônes affichées en marge du texte.

La mise en page du livre est similaire à celle des autres volumes publiés dans la collection Pour les nuls des éditions Wiley.

L’ensemble de l’exposé est bien aéré. Le style est dynamique. Le vocabulaire est explicite. Les illustrations sont abondantes. Les exemples tirés de la vie quotidienne favorisent la compréhension des notions scientifiques.

Le contenu est ainsi structuré : introduction, cinq parties regroupant dix-huit chapitres, glossaire et index. Les cinq parties portent sur ces thèmes : initiation à l’astrophysique; étoiles et exoplanètes; galaxies; cosmologie; grands scientifiques et missions importantes. Huit planches d’images en couleur, superbes et légendées, sont insérées au milieu du livre.

Les outils de repérage sont remarquables : le sommaire (1 page) et la table des matières (10 pages), tout au début du volume; le glossaire (6 pages) et l’index (19 pages), à la fin du livre.

Quelques rubriques habituelles complètent le tout : notes biographiques sur les auteurs, dédicace, remerciements et crédit pour l’image de la page de couverture.

Un livre au contenu instructif et captivant, avec une approche didactique exemplaire. J’imagine qu’une traduction en français de ce volume sera publiée au cours de l’année 2025.

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Attardons-nous à la première partie du livre : Getting Started with Astrophysics. Une initiation à l’astrophysique est présentée dans quatre chapitres : Welcome to the Universe, The A to Z of Physics, Astronomy in a Nutshell, Bridging the Gap Between Astronomy and Physics.

Le chapitre initial expose les bases de l’astrophysique : la définition et la spécificité de l’astrophysique; les liens entre l’astrophysique, l’astronomie et la physique; le spectre électromagnétique, les ondes électromagnétiques en fonction de leur longueur d’onde et de leur fréquence; les instruments d’exploration de l’Univers, dont les observatoires terrestres et les télescopes spatiaux; un tour d’horizon sur l’exploration des objets célestes (distances, astres observés, lumière).

L’exposé est enrichi par des illustrations : un tableau sur la classification des ondes électromagnétiques, un schéma sur le spectre électromagnétique, des images de la Nébuleuse du Crabe à différentes longueurs d’onde, une photo du LBTO (Large Binocular Telescope Observatory) situé en Arizona. Des encadrés portent sur ces notions : les moyens utilisés pour scruter l’invisible, les ondes lumineuses et sonores, les deux types d’observation astronomique (capteur photographique de type CCD, spectrographe).

Le chapitre 2 explique les bases de la physique : les particules (atomes, molécules, photon), la matière baryonique (masse, volume, densité; états solides, liquides, gazeux et plasma), les quatre interactions fondamentales régissant l’Univers (interaction électromagnétique, interaction faible, interaction nucléaire forte, interaction gravitationnelle), l’énergie (formes; énergie cinétique et énergie potentielle; énergie thermique; rayonnement électromagnétique; nature ondulatoire et corpusculaire de la lumière), les lois scientifiques en physique (lois du mouvement de Newton, loi de la conservation de l’énergie, équation d’équivalence entre la masse et l’énergie formulée par Einstein), la chaleur et l’énergie (lois de la thermodynamique, rayonnement du corps noir, constante de Planck, mécanique quantique).

L’exposé est enrichi par des illustrations : un tableau sur les particules subatomiques, un schéma sur l’atome et ses composantes, le tableau périodique des éléments, le schéma de la structure moléculaire de l’eau, un tableau sur les interactions fondamentales dans la nature, un tableau sur les formes d’énergie, un dessin sur énergie cinétique et énergie potentielle, un tableau sur les lois de Newton, un tableau sur les lois de la thermodynamique, un dessin sur le rayonnement du corps noir. Des encadrés portent sur ces notions : vacuum, masse et poids.

Le chapitre 3 présente une synthèse sur l’astronomie : une rétrospective historique; la cartographie du Système solaire, de la Voie lactée et de l’Univers (échelles et distances, lois de Kepler; planètes; astéroïdes, comètes, météorites); l’observation et la cartographie des étoiles (constellations, ascension droite et déclinaison, écliptique); la dénomination des objets astronomiques.

L’exposé est enrichi par des illustrations : le satellite spatial Hubble, une image regroupant le Système solaire, la Voie lactée et l’Univers, un tableau sur le Système solaire (objet, diamètre, température à la surface), un tableau et un schéma sur les lois de Kepler, une image de la comète Halley en 1986, un diagramme sur l’écliptique. Des encadrés portent sur ces notions : les avantages de l’observation avec des télescopes spatiaux, les conceptions de l’Univers (géocentrique, héliocentrique), une échelle des distances (kilomètre, unité astronomique, année-lumière), les objets non stellaires.

Le chapitre 4 porte sur quelques spécificités de l’astrophysique : les concepts majeurs (spectroscopie, lumière, distances et durée; mécanique céleste, rotation axiale et orbite elliptique), les domaines d’étude spécialisés (astrophysique théorique, astrophysique observationnelle, astrophysique expérimentale, astrophysique des hautes énergies, cosmologie), les instruments astronomiques (différents types de télescopes terrestres et spatiaux), l’héliophysique (Soleil et Système solaire), les éclipses (lunaires, solaires).

L’exposé est enrichi par des illustrations : les décalages (rouge, bleu), les distances cosmiques en années-lumière, le diagramme de l’orbite terrestre, les dessins d’un télescope à réfraction et d’un télescope à réflexion, une photo du radiotélescope VLA situé au Nouveau-Mexique, une image du Soleil captée par le SDO, un diagramme d’une éclipse lunaire, un diagramme d’une éclipse solaire, photos d’éclipses solaires. Des encadrés portent sur ces notions : l’optique adaptative, l’impact des éruptions solaires sur la Terre, les types d’éclipses, la durée d’une éclipse.

Plusieurs formules mathématiques sont expliquées dans cette première partie du volume, tout comme dans les parties suivantes du livre.

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La deuxième partie du livre, When you Wish Upon a…, porte sur les étoiles, les exoplanètes et d’autres objets astronomiques découverts récemment.

Le chapitre 5 expose l’importance des étoiles (dont le Soleil pour la Terre), le processus de nucléosynthèse, la naissance des étoiles dans des pouponnières d’étoiles (nuages moléculaires formés de poussière et de gaz, en particulier), les propriétés, types et caractéristiques des étoiles, le cycle de vie des étoiles et la création des éléments chimiques.

Le chapitre 6 analyse les systèmes stellaires binaires et multiples (centre de gravité, orbites, éclipses, vélocité radiale; problème des trois corps), les amas stellaires (ouverts ou galactiques, fermés ou globulaires), le milieu interstellaire (nuages moléculaires), les nébuleuses (diffuses, obscures, planétaires, rémanents de supernova).

Le chapitre 7 porte sur les exoplanètes : une brève rétrospective sur les astres du Système solaire; les exoplanètes (types et caractéristiques, dénominations, méthodes de détection); le processus de formation des planètes et la diversité des systèmes planétaires (observations et modèles informatiques); les méthodes et les instruments utilisés pour analyser l’atmosphère des exoplanètes; les recherches la vie sur des exoplanètes (zone habitable, biosignature, technosignature).

Le chapitre 8 présente les découvertes de nouveaux objets astronomiques en lien avec des théories scientifiques : les (étoiles) naines blanches, noires, rouges et brunes; les étoiles géantes; les trous noirs stellaires et supermassifs; les ondes gravitationnelles; les étoiles à neutron et les pulsars; les noyaux actifs de galaxie ou AGN (quasars, blazars, sursauts gamma).

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La Voie lactée et les autres galaxies font l’objet de la troisième partie du livre, sous le titre Galaxies : Teamwork Makes the Dream Work.

Le chapitre 9 brosse un portrait général des galaxies : la Voie lactée (caractéristiques, localisation); les découvertes de Charles Messier (18e siècle) et d’Edwin Hubble (20e siècle); la classification des galaxies (spirales, elliptiques, lenticulaires, irrégulières).

Le chapitre 10 explique les rouages galactiques : le processus de formation des galaxies (matière, gravité, instabilité, effondrement); le mouvement orbital et la rotation différentielle; la structure galactique (trois théories expliquant la formation des galaxies; éléments constitutifs des galaxies; évolution; les galaxies actives (galaxies radioactives, galaxies de Seyfert); le rôle des trous noirs (types, matière noire, importance pour l’évolution des galaxies); le champ profond de Hubble (1995).

Le chapitre 11 porte sur les amas de galaxies : les types (groupes de galaxies, amas de galaxies, superamas de galaxies), le contenu d’un amas (matière noire jusqu’à 90% de la masse, plasma de 10 à 15 %, poussière, gaz et étoiles pour au moins 5 %), le calcul de l’estimation de la masse; le superamas de superamas de galaxies Laniakea et les filaments galactiques; la structure et la formation des amas galactiques; la physique des amas de galaxies (matière noire, matière baryonique, gravité, radiation); les fusions de galaxies et d’amas de galaxies; des implications pour la compréhension de l’Univers.

Le chapitre 12 présente des phénomènes galactiques étranges et farfelus : l’archéoastronomie, l’astrophysique des hautes énergies (rayonnement, télescopes, noyaux actifs de galaxie, sursauts gamma, supernovae), les lentilles gravitationnelles, les trous de ver, la théorie des cordes.

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La quatrième partie du livre, intitulée Cosmology : The Beginning and End of Everything, est consacrée à la cosmologie.

Le chapitre 13 traite de l’origine de l’Univers : la théorie de la création de l’Univers (contexte historique de sa formulation; expansion de l’espace, inflation cosmique, création des particules fondamentales, âge sombre, formation des premières étoiles), les fondements de la théorie du Big Bang (loi de Hubble et expansion de l’Univers, rayonnement de fond diffus cosmique ou CMB, nucléosynthèse primordiale), les fondements de la théorie de l’inflation (température uniforme, fluctuations quantiques), les périodes de la domination du rayonnement, de la domination de la matière et de l’énergie noire), le principe cosmologique (Univers isotropique et homogène). Le chapitre 14 porte sur l’émergence de la lumière et la naissance des étoiles : les Âges sombres, la formation et la classification des étoiles (populations III, II, I), la période de la réionisation, la formation des premières galaxies.

Le chapitre 15 explore la théorie de la relativité (restreinte, générale), la matière noire et l’énergie noire.

Le chapitre 16 étudie le devenir de l’Univers : la description de trois scénarios sur la fin de l’Univers (Big Freeze, Big Rip, Big Crunch); les recherches scientifiques sur la désintégration du vide (le boson et le champ de Higgs).

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La cinquième partie du livre, The Part of Tens, affiche le palmarès des dix astrophysiciens les plus marquants (chapitre 17) et la description des dix plus importants télescopes (chapitre 18), selon les deux autrices américaines.

Référence

Phillips, Cynthia; Priwer, Shana. – Astrophysics For Dummies. – Hoboken (New Jersey, États-Unis d’Amérique) : John Wiley and Sons, 2024. – xiv, 380 p. – ISBN 978-1-394-23504-9. – BAnQ : 523.8 P5586a 2024.

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Pouponnière d’étoiles Rho Ophiuchi (Image du télescope spatial James-Webb, 12 juillet 2023). – Crédits : NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (STScI). – Astronomy Picture of the Day (APOD). – [Image sur la page de couverture du livre; image reproduite et légendée sur la page 3 des planches de photos couleur].

Sur la Toile

Astrophysics for Dummies Cheat Sheet
Cynthia Phillips (Planetary Geologist – NASA’s Jet Propulsion Laboratory, JPL)

Grandes controverses en astrophysique

Les controverses sont consubstantielles à la Science, et c’est grâce à elles que celle-ci progresse. La science se fonde en effet sur des faits, mais ces faits ne sont pas toujours faciles à interpréter. Elle procède donc par allers-retours entre vérités et erreurs.

Des histoires de controverses

L’astrophysicienne française Suzy Collin-Zahn présente une série de controverses qui ont opposé des scientifiques depuis deux siècles. Certaines de ces controverses ont même passionné le grand public, telle l’affaire Pluton en 2006.

Pourquoi ce livre

Dans l’avant-propos, l’autrice rappelle les découvertes marquantes survenues au cours de sa longue carrière et depuis sa récente retraite : la matière noire et l’énergie noire, les trous noirs, les derniers stades de vie des étoiles, les ondes gravitationnelles. Elle attribue ces avancées scientifiques au développement des instruments d’observation, la mise en service de très grands télescopes, l’invention de l’optique adaptative, la mise au point d’énormes programmes de simulations numériques et la constitution de gigantesques bases de données accessibles sur la Toile. Elle précise que les nombreuses controverses suscitées par nombre de ces découvertes ont motivé son désir de raconter certaines histoires épiques qu’elle a vécues.

L’introduction aborde deux thèmes

Le premier thème porte sur le fonctionnement de la méthode scientifique, cet outil permettant à tendre vers des vérités scientifiques par tâtonnements, essais et erreurs, formulations d’hypothèses, constitutions de modèles, observations, remises en question. Les causes et les manifestations des controverses sont illustrées ensuite par de nombreux exemples.

Le second terme traite de la spécificité de l’astrophysique. Celle-ci est détaillée après une rétrospective historique sur cette nouvelle science née au début du 19e siècle. Sauf exception, et contrairement à la méthode scientifique commune aux autres sciences physiques, l’astrophysique est basée sur l’observation plutôt que sur l’expérimentation.

Des remarques complètent l’introduction : le glossaire à la fin du livre, la possibilité de lire les chapitres dans un ordre arbitraire, les encadrés portant sur des explications supplémentaires, les dessins humoristiques de Paul-Émile Zahn, et les remerciements.

La table est mise : passons au menu

La table des matières propose la lecture d’une vingtaine de grandes controverses. Voici les sujets de ces discordes : la classification des étoiles, la source d’énergie du Soleil et l’âge de la Terre, la nature des nébuleuses et les Céphéides, l’expansion de l’Univers et la naissance de la cosmologie, les conceptions de l’Univers, pourquoi la nuit est noire, la matière noire, la mesure des distances, les décalages spectraux anormaux et les quasars, les trous noirs supermassifs, la température de la couronne solaire, les ondes gravitationnelles, les neutrinos solaires, les sursauts gamma, les canaux martiens, la météorite martienne et la NASA, la bataille de Pluton, les interprétations du principe anthropique, les fausses controverses, les extraterrestres.

Et la France

Dans un appendice, l’autrice formule quelques remarques sur le développement de l’astrophysique en France.

Une appréciation

Un livre fort intéressant. Un ouvrage instructif sur les recherches, les découvertes, les enjeux et les débats scientifiques.

Référence

Collin-Zahn, Suzy; Zahn, Paul-Émile (illustrations). – Grandes controverses en astrophysique. – Préface de James Lequeux. – Les Ulis (France) : EDP Sciences, 2021. –214 p. – (Collection SPOT Sciences). – ISBN 978-2-7598-2613-1. – [Citation : p. 13]. – BAnQ : 523.01 C6999g 2021.

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Color Image of Pluto (13 juillet 2015). – Crédits : NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute Image Addition.

L’année martienne de Farah Alibay

Avec ce livre, je vous propose de revivre non seulement cette année martienne avec moi, mais aussi les moments forts de ma vie et les apprentissages qui m’ont permis de vivre cette aventure extraordinaire.

Mission accomplie pour l’autrice Farah Alibay, ingénieure en aérospatiale d’origine québécoise. Son livre Mon année martienne est effectivement une autobiographie couvrant les étapes marquantes de sa vie et ses grandes réalisations professionnelles à la NASA.

Le style d’écriture est dynamique, les phrases s’enchaînent avec harmonie, les idées et les sentiments sont clairement exprimés, les figures de style sont appropriées, les termes scientifiques et techniques sont définis et souvent illustrés.

La structure du livre est aussi remarquable. Les chapitres sont numérotés et les titres sont évocateurs. Au début de chaque chapitre, une citation commentée. À titre d’exemple : « Fais de ta vie un rêve, et d’un rêve, une réalité. – Antoine de Saint-Exupéry, Le Petit Prince, mon livre préféré, que j’ai lu et relu à maintes reprises au cours de ma vie. » Des encadrés thématiques sont insérés dans plusieurs chapitres. Par ailleurs, 45 photos couleur sont insérées au milieu du livre, photos provenant presque toutes de la collection personnelle de l’ingénieure.

Les deux dimensions du volume sont abordées plus ou moins distinctement, bien qu’elles d’imbriquent tout au long du récit : vie personnelle aux chapitres 2-3, 5-7, 9-12,15 (39 % des pages); vie professionnelle aux chapitres 1, 4, 8, 13-14, 16-27 (61 % des pages). Le titre du volume est expliqué dans le prologue intitulé Une année martienne.

Tous les chapitres sont intéressants, mais j’ai aimé particulièrement ceux relatant l’enfance et l’adolescence de Farah Alibay : Une enfance joliettaine (5), Le pouvoir de l’amitié (7), Manchester (9). Et ces chapitres reliés à l’ingénierie : Les sept minutes de terreur (1), La mission InSight (16), La recherche de signes de vie sur Mars (19), Mes premiers pas martiens (23).

Soulignons une autre dimension majeure présente dans toute l’autobiographie de Farah Alibay : les conseils adressés à ses lectrices et lecteurs, tout spécialement aux jeunes, aux femmes et aux personnes de toutes les minorités.

Une vie trépidante, un livre captivant !

Référence

Alibay, Farah. – Mon année martienne. – Préface de Marie Eykel. – Montréal : Les Éditions de l’Homme, 2022. – 223 p. + 16 p. de photos). – ISBN 978-2-7619-5881-5. – [Citations : p. 12, 217]. – Bibliothèques de Montréal et BAnQ : 926.291 ALI et 629.1092 A3987m 2022.

Image

Cratère Jezero – Une image du cratère Jezero prise par le Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). – Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS/JHU-APL. – Image affichée sur la première planche du livre de Farah Alabay : « Les fausses couleurs nous donnent de l’information sur les sédiments et les minéraux de la région. »

Sur la Toile

Farah Alibay (Systems Engineer - NASA’s Jet Propulsion Laboratory)
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Jet Propulsion Laboratory (JPL)
In Sight Spacecraft (NASA)
Mars 2020 : Perseverance Rover (NASA)
Mars 2020 : Entry Descent Landing (simulation animée) (NASA)
Mars Perseverance Image of the Week (NASA)

À la découverte de l’Univers

Vous vous intéressez à l’astronomie à une époque fascinante où les astronomes sont en train de lever le voile sur l’Univers. Notre connaissance du cosmos – ou de l’Univers – et de son évolution s’accroît comme jamais auparavant.

Le livre encyclopédique du professeur Neil F. Comins saura satisfaire la curiosité des personnes intéressées à l’exploration de l’Univers. C’est aussi un manuel permettant d’accompagner un cours universitaire d’introduction à l’astronomie et à l’astrophysique.

La partie liminaire contient le sommaire, la table des matières détaillée, l’avant-propos et une notice biographique sur l’auteur. Le corps du manuel compte quinze chapitres pouvant être ainsi regroupés : Généralités (1-3), Système solaire (4-9), Étoiles (10-12), Galaxies, cosmologie et astrobiologie (13-15). La partie complémentaire contient dix-neuf appendices, les réponses aux questions numériques, l’index et quatre cartes du ciel nocturne.

Aperçu

Après avoir survolé le contenu du livre, consulté son sommaire et parcouru la table des matières, le lecteur trouve les clés d’utilisation de l’ouvrage en lisant l’avant-propos. Celui-ci présente les éléments suivants : le nouveau contenu de la nouvelle édition, dont les exoplanètes, les supports d’apprentissage (questions, illustrations, encadrés, résumés), l’approche pédagogique et les remerciements de l’auteur.

Les trois premiers chapitres portent sur la découverte du ciel nocturne, la gravitation et le mouvement des planètes, la lumière et les télescopes.

Les chapitres 4 à 9 sont consacrés au Système solaire : la formation du Système solaire, les exoplanètes, les planètes telluriques et leurs satellites (Terre, Mercure, Vénus, Mars), les planètes externes et leurs lunes (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune), les astres vagabonds (planètes naines, astéroïdes, comètes, météoroïdes), le Soleil.

Les chapitres 10, 11 et 12 portent sur les étoiles au-delà du Système solaire. Les volets suivants sont tour à tour abordés : les caractéristiques des étoiles (distances, échelles de magnitude, températures, types, masses), la vie des étoiles (de la naissance à l`âge mûr), la mort des étoiles et leurs dépouilles.

Les chapitres 13 à 15 étudient les galaxies (Voie lactée; types de galaxies, amas et superamas de galaxies; quasars, trous noirs), la cosmologie (Big Bang, histoire, structure et destin de l’Univers), et l’astrobiologie.

Exemple

Les chapitres sont structurés d’une façon similaire. À titre d’exemple, voyons le chapitre sur les exoplanètes :

introduction
○ grande image légendée (nébuleuse d’Orion)
○ numéro (5) et titre du chapitre (Exoplanètes)
○ rubrique À votre avis ? (questions posées aux lectrices et lecteurs)

notions
○ exposé sous-titré en plusieurs séquences numérotées (5-1 à 5-10)
○19 illustrations accompagnent l’exposé (images, schémas, histogrammes, photo)
○ sous chaque image astronomique, une référence au spectre électromagnétique est indiquée par une lettre (R, I, V, U, X, G)

compléments
○ résumé des principales idées
○ Qu’en avez-vous pensé ? (réponses aux questions de la rubrique À votre avis ?)
○ Questions de synthèse, questions avancées, Compris ?

Outils graphiques

Parmi les très nombreuses illustrations contenues dans le livre, celles-ci peuvent être considérées comme des références générales (page et titre de l’illustration) :

5 – Sphère céleste et systèmes de coordonnées
23 – Différentes échelles de distance
24 – Grandes catégories d’objets astronomiques
28 – Méthode scientifique
37 – Parallaxe d’un objet astronomique
40 – Unités de distances astronomiques
56 – Spectre électromagnétique
80 – Cartographie de l’Univers dans différentes parties du spectre électromagnétique
101 – Formation du Système solaire
139 – Magnétosphère terrestre
185 – Planètes intérieures comparées
229 – Planètes externes comparées
304 – Diagramme de Hertzsprung-Russell
331 – Processus de formation stellaire
384 – Évolution stellaire
396 – Notre Galaxie
408 – Dynamique d’une galaxie spirale à structure parfaite
411 – Classification des galaxies
450 – Unification des quatre interactions fondamentales
461 – Géométries possibles de l’Univers
464 – Chronologie de l’Univers primordial
465 – Pourcentages des principaux constituants de l’Univers
A-2 – Échelles de température (Kelvin, Celsius, Fahrenheit)
A-14 – Tableau périodique des éléments

Appréciation

Un livre remarquable pour son contenu documentaire, son approche didactique et sa mise en page exemplaire.

Références

Comins, Neil F. – À la découverte de l’Univers. Introduction à l’astronomie et à l’astrophysique. – 2e édition. – Traduction de la 6e édition américaine de Richard Taillet et Loïc Villain. – Louvain-la-Neuve (Belgique) : De Boeck Supérieur, 2016. – xx, 480 p. + 32p. (appendices, réponses/questions, index, cartes du ciel nocturne). – ISBN 978-2-8073-0294-5. – [Citation : p. 2]. – BAnQ: 520 C7333a 2016.

Le volume ne contient pas de liste des crédits des illustrations, mais les sources sont indiquées en bas des illustrations. Le livre ne contient pas de bibliographie, mais ces sites sont recommandés par l’auteur :

National Aeronautics and Space Administration (NASA)
The Extrasolar Planets Encyclopaedia (EPE) (p. 120)
Lunar Reconnaissance Orbiter Camera (LROC) (p. 145)

Plusieurs pages du volume À la découverte de l’Univers peuvent être feuilletées sur le site de l’éditeur : la couverture et les pages liminaires, le sommaire, la table des matières détaillée, l’avant-propos, la notice sur l’auteur et les dix-neuf premières pages du chapitre 1.

Image

Exoplanète HD 209458b – Crédits : European Space Agency, Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS), NASA. – Version française. – [Description à la page 119 du volume].