POURQUOI LE CIEL EST-IL NOIR LA NUIT ?    




Si notre Univers était illimité et rempli uniformément de galaxies , nous en rencontrerions forcément une au bout de n'importe quelle direction et le ciel serait uniformément brillant. Le fait que le ciel soit noir prouve que la partie visible de notre monde est finie dans le temps et dans l'espace...


Christian Magnan
Collège de France, Paris
Université de Montpellier II


Nous ne pouvons pas voir la totalité de l'Univers existant pour la bonne raison que les rayons lumineux émis aux premiers âges par des galaxies trop lointaines n'ont pas eu le temps suffisant pour parvenir jusqu'à nous. Si donc une portion de l'Univers nous est accessible en principe, l'autre ne l'est pas. La partie invisible se découvre peu à peu à nos yeux mais il faudra encore peut-être une bonne dizaine de milliards d'années pour qu'elle se révèle entièrement. La partie observable s'étend sur 12 à 15 milliards d'années de lumière, le nombre correspondant à l'âge présumé de notre Univers.

Même si nous ne pouvons pas en distinguer tous les objets, la lumière des points intérieurs à ce volume visible nous parvient bien. Quoique faible, elle produit une sorte de nébulosité diffuse constituant ce que l'on baptise le « fond de ciel » pour signifier que c'est sur ce fond que peuvent se détacher les objets individuels les plus brillants. Les objets très faibles (étoiles peu brillantes de notre propre Galaxie ou galaxies lointaines) se trouvent noyés dans le fond de ciel (qui constitue au sens technique du terme un « bruit », limitant par sa présence le seuil de détection d'un signal). Nous sommes face à une sorte d'immense voie lactée non résolue en éléments distincts et constituée non plus d'étoiles (comme dans le cas de notre « vraie » Voie Lactée) mais de milliards de galaxies jeunes (jeunes, car il s'agit d'objets formés vers le début de l'Univers). En comparaison de notre Voie Lactée qui dessine aux cieux la bande lumineuse que nous connaissons, ce fond lacté est réparti beaucoup plus régulièrement dans l'espace. Cette isotropie reflète une énigme.

La luminosité du ciel nocturne a préoccupé les savants depuis longtemps, bien avant la théorie, admise maintenant, de l'expansion de l'Univers. Pour résumer la discussion, le fond du ciel est beaucoup plus sombre que ne le prévoiraient des calculs basés sur des hypothèses à première vue acceptables. Si en particulier l'Univers était « plat » (euclidien), c'est-à-dire sans courbure appréciable (et, avant Einstein, il n'était pas question d'envisager d'autres cas de figures), et uniformément peuplé de galaxies depuis « toujours » (un « toujours » qui d'ailleurs par l'infini qu'il implique n'a pas grand sens physique), alors ces galaxies recouvriraient tout le ciel sans laisser entre elles le moindre trou. Dans de telles conditions, la luminosité du ciel serait énorme puisqu'elle correspondrait en chaque point à celle d'une galaxie. Grossièrement, ce serait celle d'un ciel tapissé de pleines lunes ! Or, le ciel est noir. Le paradoxe est connu sous le nom de « paradoxe d'Olbers ».

La discussion n'est pas anodine. Aussi étonnant que cela puisse paraître, le fait que le ciel soit noir témoigne de la structure de l'Univers. En effet, cette noirceur du ciel nocturne montre que les hypothèses simplistes antérieures à Einstein ne sont pas tenables. Elle prouve qu'il existe une coupure, une limite, au-delà de laquelle nous ne voyons plus rien. Les calculs montrent que la distance critique en question est de l'ordre de la dizaine de milliards d'années de lumière. La raison de cette coupure ? Aujourd'hui, dans le cadre du modèle d'Einstein, nous la connaissons : cette limite est celle qu'impose l'âge de l'Univers (entre 12 et 15 milliards d'années), un âge qui détermine la taille, forcément finie et réduite, de la portion d'univers observable. Le calcul montre en effet qu'à l'intérieur du volume visible le ciel est suffisamment peu peuplé pour que les galaxies laissent entre elles de grands vides, de sorte que la luminosité totale moyenne que nous observons est bien inférieure à celle qui résulterait du remplissage complet de la sphère céleste.


Le ciel est noir la nuit car nous ne sondons l'Univers que sur une profondeur réduite à environ 12 milliards d'années de lumière, valeur égale en ordre de grandeur à l'âge de l'Univers. En effet les particules de lumière n'ont pas pu disposer d'une durée de trajet supérieure à cet âge et n'ont donc pas pu parcourir des distances plus grandes.

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D'après un extrait du livre de Christian Magnan,
La nature sans foi ni loi,
Éditions Belfond/Sciences (1988)
Dernière modification : 9 juillet 2007


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