Albert Pilot : L?univers, c?est toute la mati?re : les galaxies, les ?toiles, le syst?me solaire, la terre, donc, et tout ce qu?elle porte : les mers, l?atmosph?re, les montagnes, les plantes, les animaux et les hommes, absolument tout. Et ce qui est extraordinaire, c?est que toutes les mati?res visibles, r?unies de fa?on extr?mement complexe, ne sont en r?alit? que les r?sultats de l?assemblage de trois petites particules : le proton, le neutron et l??lectron.
L?univers n?est donc compos?, en simplifiant, que de trois particules, dont un proton positif et un ?lectron n?gatif, car ces particules sont charg?es ?lectriquement. Comme, dans l'univers, il y a le m?me nombre de protons et d??lectrons, l?Univers est ?lectriquement neutre. Ces particules, en s?assemblant, forment les atomes.
Voici pour la mati?re. Mais pour s?assembler, les particules doivent ob?ir ? des forces, autres ?l?ments importants de l?Univers ?
Quatre forces sont connues, que les th?ories cherchent d?ailleurs ? unifier. La force de coh?sion des atomes est l?interaction ?lectromagn?tique ; celle des protons et neutrons est l?interaction forte, tandis que le neutron, lib?r?, se d?sint?gre en proton via la force faible. L?interaction forte, tr?s puissante ? l??chelle atomique, perd son pouvoir sur les grandes distances o? r?gne sans conteste la force de gravitation.
Vous savez que deux corps subissent une attraction proportionnelle ? leur masse, et inversement proportionnelle au carre de leur distance. C?est la fameuse force de gravitation, (dont la port?e est infinie entre deux masses), qui rassemble la mati?re.
Initialement, la mati?re est essentiellement de l?hydrog?ne, donc, des atomes comportant un proton plus un ?lectron. Comment, partant de l?, arrivons-nous ? des atomes aussi complexes que le carbone ou le fer ?
Oublions pour l?instant le neutron, qui est coll? au proton pour former le noyau de l?atome, car le neutron isol?, se transforme en proton.
Sous l?effet de la navigation, de grands nuages de gaz d?hydrog?ne se rassemblent dans l?espace et, au hasard de leurs masses et de leurs mouvements, forment des galaxies plus ou moins sph?riques, qui s?aplatissent peu ? peu quand leur rotation est assez rapide.
A l?int?rieur des galaxies, les nuages se fragmentent en de nombreux centres de gravit? et forment des globules. Ces globules sont issus des n?buleuses qui ornent notre ciel. Ce sont des proto-?toiles. En se contractant, la gravite devient ?crasante, la densit? et la temp?rature atteignent de telles valeurs que la force nucl?aire oblige les atomes d?hydrog?ne ? fusionner pour devenir des atomes d?h?lium (2 protons + 2 ?lectrons). Cette transformation lib?re de l??nergie : c?est l??nergie solaire que nous pouvons constater chaque jour. L??toile est donc n?e, elle est devenue brillante. Mais elle mourra apr?s la fusion de son hydrog?ne, puis de son h?lium et de son carbone. A la fin d?une vie de quelques millions ? quelques milliards d?ann?es, elle subira cataclysmique, ce qu?on appelle une supernova. Dans ces explosions- l?, les pressions sont ?normes, et les tr?s hautes temp?ratures apportent l??nergie n?cessaire ? la fusion des atomes, les transforment alors en ?l?ments lourds :
6 protons+ 6 ?lectrons font du carbone
8 de l?oxyg?ne
? 20, c?est le calcium
? 26, c?est le fer
? 82, c?est le plomb
? partir de 84, les atomes deviennent instables. Trop serr?s, ils tendent ? se
d?sint?grer. Ils sont radioactifs !
? 92, c?est l?uranium.
Nous avons donc bien tous les ?l?ments de l?Univers, gr?ce aux forces de gravitation et ? la force nucl?aire. Mais dans notre Univers, la fabrication des atomes est tr?s in?gale !
D?une fa?on g?n?rale, plus un atome est simple, plus il y en a dans l?Univers. Mais cette courbe est en dents de scie, et il faut signaler que l?hydrog?ne repr?sente ? lui seul 91% des noyaux existant dans la mati?re observ?e. On remarque aussi des pointes d?abondance, notamment pour le silicium, l?oxyg?ne, le carbone, le fer, des atomes curieusement plus stables, comme si la nature voulait mettre ? notre disposition les ?l?ments dont nous avons le plus besoin. Mais dans l?ensemble, on peut dire que l?Univers, c?est de l?hydrog?ne avec quelques pinc?es d?autres ?l?ments.
Les atomes sont donc les constituants de tous les ?l?ments de l?Univers, leur nature changeant selon le nombre de protons, de neutrons et d??lectrons qu?ils rassemblent ?
Et ils se rassemblent eux-m?me pour former des mol?cules. Par exemple, deux atomes d?hydrog?ne te un atome d?oxyg?ne forment une mol?cule d?eau. Les assemblages sont multiples, et tr?s compliqu?s. Les premiers assemblages se font m?me parfois dans l?espace, notamment pour l?eau et le carbone. On a r?cemment d?couvert d?immenses nuages interstellaires charg?s de ces mol?cules, et qu?on appelle d?ailleurs des nuages mol?culaires.
Enfin, ce qui est encore plus extraordinaire, certains de ces nuages sont charg?s des mat?riaux de base permettant la naissance de la vie, ? partir de mol?cules organiques : eau, alcools, ammoniac, et m?me des acides amin?s.
Comment peut-on expliquer la pr?sence des atomes lourds qui forment ces mol?cules, alors qu?? l?origine, il ne devrait y avoir que de l?hydrog?ne ?
Ces immenses nuages, qui s??tendent parfois sur des dizaines et m?me des centaines d?ann?es-lumi?re (A.L), ne sont jamais de l?hydrog?ne pur, car ils sont les r?sultats de l?explosion d??toiles : des novae et supernovae. De nombreuses poussi?res sont partout pr?sentes dans la galaxie, o? elles ont tendance ? se grouper sur le plan exact de la galaxie, du fait qu?il s?agit d?atomes lourds. Les ?toiles qui naissent de l?effondrement gravitationnel de ces nuages comportent donc d?j? suffisamment d?atomes lourds pour former un syst?me plan?taire dans le genre du Syst?me Solaire. L?anneau de d?bris qui entoure l??toile naissante fabrique des plan?tes rocheuses qui sont d?pouill?es de leurs gaz par la pression des rayons stellaires.
On pensait nagu?re que tr?s peu d??toiles avaient un syst?me plan?taire. Qu?en pense-t-on maintenant ?
Il est au contraire probable que la plupart des ?toiles ait un syst?me plan?taire. Ces syst?mes peuvent ?videmment ?tre tr?s diff?rents du n?tre, mais seulement quand l??toile est elle-m?me diff?rente. Car on a proc?d? ? des simulations par ordinateur. En introduisant les param?tres du soleil, l?ordinateur indiquait la formation d?un syst?me plan?taire comprenant 3 ou 4 plan?tes rocheuses, proches, dans le genre Terre, 4 ou 5 plan?tes g?antes gazeuses, dans le genre Jupiter, et une ou deux petites plan?tes lointaines dans le genre Pluton. Cela voudrait dire que la satellisation de d?bris autour d?une ?toile en formation est syst?matique, ce qui serait d?ailleurs assez logique.
Mais il y a toutes sortes d??toiles : des g?antes, des superg?antes, des doubles ou multiples, des naines, etc?Elles ne peuvent pas ?tre compar?es au soleil !
Effectivement, mais il ne faut pas oublier cependant que 70% des ?toiles sont moyennes, c?est-?-dire, de l?importance du soleil. Les g?antes et les superg?antes ont probablement br?l? leur syst?me plan?taire, si elles en avaient un. Les naines aussi, car ce sont des r?sidus d?explosions. Quant aux ?toiles multiples, elles n?ont pas de syst?mes plan?taires quand ce sont des multiples rapproch?s.
Par contre, le soleil peut bien ?tre une ?toile double, dont le compagnon, s?il existe, est tr?s ?loign?. La pr?sence d?un deuxi?me soleil tr?s lointain ne pourrait que perturber faiblement les orbites des derni?res plan?tes g?antes, notamment Neptune. Neptune subit d?ailleurs effectivement des perturbations anormales. Mais ce compagnon du soleil, s?il existe, est de faible masse et de luminosit? peu brillante. Autrement, il serait d?j? d?couvert. Nous verrons plus tard que d?autres ?v?nements astronomiques plaident en faveur d?in deuxi?me Soleil.
Pour qu?une ?toile s?allume, il faut que le globule ait une masse suffisante afin que la pression de la gravitation soit assez forte est fasse monter la temp?rature, la force nucl?aire faisant alors fusionner les atomes d?hydrog?ne. Le diam?tre du globule proto-solaire devait ?tre ? peu pr?s celui de l?orbite de Pluton. Lorsqu?il est ?cras? par la gravitation et r?duit au volume solaire, la fusion des atomes d?hydrog?ne commence, et cette transformation en h?lium lib?re de l??nergie.
Le soleil fonctionne donc comme une centrale nucl?aire ?
C?est en 1938 qu?on a ?lucid? le myst?re de la combustion solaire. Actuellement, l?analyse de la lumi?re solaire montre qu?il n?y a plus, dans le soleil que 70% d?hydrog?ne ; la plus grande part des 30% restant consiste en h?lium, et tous les autres ?l?ments chimiques connus ne comptent que pour 1 ou 2%.
Au centre du soleil, o? les temp?ratures atteignent sans doute 15 millions de degr?s, et o? la mati?re est cent fois plus dense que l?eau, il se produit des r?actions analogues ? celles qui ont lieu dans une bombe ? hydrog?ne, pour former un atome d?h?lium.
Mais comme l?atome d?h?lium est plus l?ger que les atomes d?hydrog?ne, la masse ??restante?? se transforme en ?nergie qui nous arrive sous forme de rayonnement solaire. Einstein avait postul?, dans sa th?orie de la relativit?, que la mati?re pouvait ?tre convertie en ?nergie ; le soleil en fournit la preuve. Chaque seconde, 600 millions de tonnes d?hydrog?ne se transforment en h?lium, et au cours de ce processus, quatre millions de tonnes d?hydrog?ne sont converties en ?nergie, luttant ainsi contre les forces gravitationnelles. Mais le soleil a une telle masse, que m?me ? ce rythme prodigieux, il peut vivre pendant dix milliards d?ann?es. Et nous n?en sommes actuellement qu?? la moiti? : 4,6 milliards d?ann?es.
Si le soleil est comme une bombe ? hydrog?ne, comment se fait-il qu?il n?explose pas ?
Mais si ! au contraire, il explose d?une fa?on permanente. Vers la fin de sa vie, quand il n?aura plus d?hydrog?ne, il entamera la fusion de l?h?lium qu?il aura fabriqu? ; cette fusion est beaucoup plus rapide et plus chaude, et le soleil se transformera alors en ce qu?on appelle une Nova. C?est une explosion plus spectaculaire, mais que personne sur Terre, ne pourra contempler, car les plan?tes les plus proches seront grill?es par le soleil, devenu une ?toile g?ante rouge qui ?jectera dans l?espace des couches ext?rieures. Puis, le c?ur de l??toile s?effondrera et deviendra nue naine blanche, minuscule Soleil d?un diam?tre 100 fois moindre que son diam?tre actuel. La densit? de sa mati?re sera alors difficile ? imaginer : plusieurs tonnes pour un d? ? coudre de mati?re. Mais le soleil n?est pas assez massif pour devenir une supernova, puis une ?toile ? neutrons, dont le poids peut atteindre de 500 millions ? un milliard de tonnes pour un d? ? coudre de mati?re, (2 cm?).
Et en attendant cet avenir un peu trop?lumineux, comment se comporte notre soleil ?
A la surface du soleil, la temp?rature est d?environ 6.000?, ce qui le fait qualifier d??toile jaune. Cette surface n?est pas unie, car les r?actions nucl?aires internes sont ?ject?es vers l?ext?rieur. Gr?ce aux ?clipses, on a pu photographier les immenses ?ruptions, et les protub?rances ?ject?es jusqu? ? des centaines de milliers de kilom?tres dans l?espace. Les taches qui pars?ment le Soleil sont aussi un indice d?activit? plus grande, car comme beaucoup d??toiles, le Soleil a un cycle : l?activit? croit pendant onze ans, et diminue pendant onze autres ann?es. A la fin de chaque cycle des taches solaires, les p?les magn?tiques Nord es sud sont intervertis, de sorte qu?il faut 22 ans pour accomplir un cycle magn?tique complet.
Je crois que c?est en regardant ces taches qu?on a pu d?terminer la rotation du soleil ?
Oui, et on a constat? qu?elle n??tait pas la m?me au p?le et ? l??quateur : un tour en 34 jours pr?s des p?les, et un tour en 25 jours ? l??quateur. Ce qui indique que le Soleil n?est pas solide, mais fluide, compos? de gaz. Comme toujours, nous constatons que tous les ?l?ments de l?Univers sont en rotation.
Et le soleil tourne lui-m?me autour du centre de la Galaxie ?
Le Syst?me Solaire est emport? ? 220 km/seconde, pas tr?s loin de la p?riph?rie de la Galaxie, et met environ 200 millions d?ann?es ? en faire le tour. Au cours de ces ann?es, il traverse les bras de la spirale, qui est la forme de notre Galaxie. Or, ces bras sont encombres de gaz et de poussi?res, et certains astronomes pensent que c?est une des raisons des p?riodes glaciaires que subit notre Terre. Il ne faut pas oublier qu?au pr?cambrien, une zone chaude, comme le Maroc, par exemple, a ?t? probablement recouverte de plusieurs m?tres de glaces ! Nous sommes actuellement sortis d?un bras de la Galaxie, mais dans quelques millions d?ann?es, nous serons de nouveau dans un autre bras.
Source : L?Univers sans ?quations - Albert Pilot
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