Choses à Savoir SCIENCES

Oui. Elles n'ont rien à voir.

Commençons par définir la matière noire. Il s'agit d'une catégorie de matière, hypothétique, car son existence n'est pas prouvée. Elle a été émise suite à des observations astrophysiques, portant sur la masse des galaxies ou des amas de galaxies.

Une observation effectuée en 1933 par l'astronome suisse Fritz Zwicky. Il surveillait un amas de galaxies afin d'assister à des explosions de supernovae. Il avait alors remarqué que les galaxies se déplaçaient à une très grande vitesse, telle qu'elle devrait normalement éjecter les galaxies elles-mêmes de l'amas. Pourtant, ce n'étaient pas le cas. Les galaxies n'étaient pas éjectées. 

Pour Fritz Zwicky cela ne pouvait s'expliquer que parce qu'une attraction gravitationnelle plus importante les maintenait proches les unes des autres. Il devait donc exister une masse de matière invisbile, plus importante que celle observable. 

Il émit alors l'hypothèse d'une "matière noire". En 1970, Vera Rubin confirme cette hypothèse et calcule qu'il manquerait jusqu'à dix fois la masse visible pour retenir ces galaxies.

L'énergie noire elle n'a rien à voir.

L'existence de l'énergie noire est invoquée afin d'expliquer pourquoi l'Univers est en expansion. 

Depuis le travail de l'astrophysicien Hubble dans les années 1930, nous savons que l'Univers est effectivement en expansion, c'est à dire que ses objets, les étoiles comme les galaxies s'éloignent les unes des autres. L'univers se dilate comme un ballon.

Or cela n'est pas logique si l'on prend en compte la gravitation de tous les astres. L'expansion de l'Univers devrait au contraire ralentir car cette force devrait rapprocher les objets les uns des autres. 

Depuis une trentainre d'années nous savons que cette xpansion accelere. Pour expliquer ce phénomène des astrophysiciens ont imaginé l'existence d'une "énergie noire" qui lutte, ou mêm einverse les effets de l'attraction gravitationnelle. Une énergie dont, si elle existe, nous ignorons absolument tout. 

On estime cependant aujourd'hui que l'énergie noire représente les 2/3 de notre Univers, et la mtière noire 25%. 

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La force gravitationnelle exercée par les planètes rend difficile le trajet rectiligne de l'une à l'autre, par une sonde ou un autre engin spatial. Et, pour la mener à bien, la dépense de carburant est très importante. Mais le phénomène de l'assistance gravitationnelle peut régler en partie ces problèmes et faciliter de tels trajets.

Des voyages dans l'espace difficiles

La gravitation complique les voyages sidéraux. En effet, un engin spatial doit posséder une très grande quantité de carburant pour s'arracher à l'attraction d'une planète. Et cette dépense sera d'autant plus importante que l'engin à propulser est plus volumineux.

Aussi doit-on souvent se contenter d'envoyer de petites sondes pour visiter les astres et les planètes du système solaire, et même au-delà. On doit aussi leur faire suivre des trajectoires bien particulières.

Il existe cependant un moyen pour envoyer dans l'espace de plus grands engins, tout en économisant du carburant.

Une force très utile

Ce moyen a pour nom l'assistance gravitationnelle. Elle a été découverte, de façon théorique, dès les années 1920. Mais l'idée n'a été développée, dans toutes ses implications pratiques, qu'une quarantaine d'années plus tard. Et c'est en 1974 que l'assistance gravitationnelle a été utilisée, de manière concrète, pour la première fois.

Elle consiste à utiliser l'attraction d'un corps céleste pour donner plus de vitesse à un engin spatial. Pour se servir au mieux de ce phénomène, l'engin doit parvenir dans ce que l'on appelle la sphère de Hill.

Il s'agit d'une zone dans laquelle une planète (la Terre par exemple) demeure dans l'attraction d'un corps céleste (le Soleil, pour poursuivre notre exemple), malgré la force gravitationnelle exercée par une troisième planète ou étoile (la Lune).

En entrant dans la sphère de Hill d'une planète, l'engin spatial prend de la vitesse, mais il en perd en s'éloignant de la planète. Pourtant, le bilan n'est pas nul. Il se produit en fait un échange d'énergie entre la planète et l'engin, qui, du fait de sa masse, profite plus à ce dernier.

C'est l'énergie spécifique liée à la rotation de la planète qui donne davantage de vitesse à l'engin spatial, sans dépense supplémentaire de carburant.

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Les œuvres de science-fiction nous font rêver à des voyages intersidéraux au terme desquels les cosmonautes poseraient le pied sur des planètes lointaines. Mais de telles entreprises supposeraient de voyager plus vite que la lumière. Avec le "warp drive", les physiciens n'auraient-ils pas trouvé un moyen d'y parvenir ?

Une vitesse indépassable

Dans l'état actuel de la science, la conquête de planètes lointaines semble impossible. Pour atteindre l'étoile la plus proche du système solaire, Proxima du Centaure, qui se trouve à un peu peu plus de 4 années-lumière de la Terre, il faudrait, avec le vaisseau le plus rapide dont nous disposions, plus de 6.500 ans.

En effet, les voyageurs de l'espace se heurtent à un obstacle majeur : l'impossibilité de se déplacer plus vite que la lumière. Ce postulat découle de la célèbre théorie de la relativité générale, mise au point par Einstein.

Déformer l'espace-temps

Des physiciens auraient cependant trouvé une solution théorique pour la contourner. D'après leurs travaux, en effet, la vitesse de toute particule ne peut excéder la vitesse de la lumière dans l'univers tel qu'il est.

Mais il n'en irait pas de même si l'on parvenait à déformer l'espace-temps. Pour poser cette hypothèse, les scientifiques se fondent notamment sur la phase de dilatation fulgurante de l'univers à son début.

Dans cette phase, en effet, la distance entre deux points s'est accrue soudain, et de manière considérable, sans que les lois de la relativité générale se trouvent remises en cause.

C'est en s'inspirant notamment de ce phénomène que les scientifiques ont imaginé un moyen de propulsion transluminique, c'est-à-dire permettant des déplacements au-delà de la vitesse de la lumière.

Pour y parvenir, il faudrait déformer l'espace-temps d'une certaine manière. Le vaisseau serait équipé d''un moteur à distorsion spatiale, le "warp drive", capable de contracter l'espace-temps à l'avant de l'engin, et de le dilater à l'arrière.

Mais de nombreux problèmes restent à résoudre. En premier lieu, la masse colossale d'énergie à mobiliser, négative qui plus est, qui pourrait être comparable à celle de l'univers visible. Bref, la construction d'un tel vaisseau n'est pas encore pour demain.

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Le nouveau télescope James Webb a été lancé le 25 décembre 2021. L'une de ses missions est d'étudier des objets célestes apparus très peu de temps après le Big Bang. Mais, pour assurer le succès de ces observations, il faut placer le télescope à une distance considérable de la Terre et en maintenir une partie à une température extrêmement froide.

Un froid extrême

Le télescope spatial Hubble se déploie à environ 550 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre. Son successeur, le télescope James Webb, évoluera à beaucoup plus haute altitude. Pas moins de 1,5 million de kilomètres le séparera de notre planète.

En outre, une partie du télescope sera placée dans des conditions de froid extrême. Il y régnera en effet une température de -223 °C, soit moins que celle de l'azote liquide.

Cependant, une autre partie, beaucoup plus chaude, sera tournée vers le Soleil, pour en capter l'énergie nécessaire à son fonctionnement.

Un télescope protégé du soleil

Si une partie du télescope James Webb doit demeurer aussi froide, c'est pour lui permettre de remplir l'une de ses missions. Elle consiste à observer des étoiles qui se sont formées voilà environ 13,5 milliards d'années, soit à peu près 200 millions d'années seulement après le Big Bang.

Or, comme l'univers est en expansion, ces étoiles si anciennes continuent à s'éloigner de nous. Mais la lumière de ces objets célestes si loin de la Terre se décale dans le rouge. C'est ce que les spécialistes appellent l'"effet Doppler".

Il s'agit d'une lumière infrarouge, dont les longueurs d'onde sont plus longues que celles de la lumière visible. Or, le télescope Hubble ne pouvait voir, pour l'essentiel, que cette dernière.

Son successeur, James Webb, peut percevoir la lumière infrarouge. À condition, cependant, que sa capacité de perception ne soit perturbée ni par la pollution lumineuse de la Terre ni par le Soleil.

On obtient ce résultat en plaçant le télescope beaucoup plus haut et en empêchant ses miroirs de capter une luminosité solaire qui pourrait altérer les observations. À l'abri des rayons du Soleil, le télescope est donc maintenu dans un froid intense.

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Des projets de vols habités et même d'installation de l'homme sur Mars sont en cours. Malgré l'optimisme de certains, les conditions régnant sur la planète rouge ne semblent pas favorables à une présence humaine durable.

Des prévisions plus ou moins lointaines

Soutenu par le Congrès, l'ex président Trump voulait envoyer un vol habité vers Mars en 2033. Mais la NASA vient de réviser ces prévisions à la baisse. En effet, elle envisage de programmer une première mission sur la planète rouge au mieux en 2037.

Ce délai plus long s'expliquerait notamment par le retard dans la mise au point de certains matériels, comme des véhicules de transport ou les dispositifs imaginés pour assurer la survie des astronautes sur Mars.

Par ailleurs, ces projets martiens semblent avoir cédé le pas à des missions lunaires, qui devraient avoir lieu dans les toutes prochaines années.

De son côté, le patron de SpaceX, Elon Musk, est plus optimiste. Il envisage un premier vol habité en direction de Mars dans cinq ans, et au plus tard dans dix ans. Le futur équipage devrait être emmené sur la planète rouge par la fusée Starship, joyau de la société.

Une installation durable impossible

Les retards subis par les programmes de la NASA le montrent bien : les vols habités vers Mars ne semblent pas pour demain. Le premier problème est d'ordre financier. En effet, l'ensemble du projet devrait coûter plus de 200 milliards de dollars.

Quant à Elon Musk, il considère qu'on ne peut prétendre aller sur Mars sans dépenser au moins 1.000 milliards de dollars.

Par ailleurs, les scientifiques rappellent qu'une installation humaine durable sur la planète rouge se heurterait à trop d'obstacles. Le premier, et non le moindre, est l'absence d'eau liquide.

Il y en a eu voilà environ 3 milliards d'années, parce que l'atmosphère de la planète était fort différente de ce qu'elle est aujourd'hui. Par ailleurs, Mars est exposée à des radiations cosmiques dangereuses pour l'homme.

En effet, la planète rouge n'est pas protégée, comme la Terre, par une magnétosphère capable de dévier les particules cosmiques nocives.

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La célèbre théorie de la relativité nous apprend que rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière, du moins si elle se propage dans le vide, et que celle-ci est constante. Mais est-il possible de la ralentir ?

Une vitesse qui dépend du milieu

La vitesse de la lumière est égale à un peu moins de 300.000 km/s. Elle est si constante qu'elle a été fixée d'une manière extrêmement précise, qui ne varie jamais. En effet, à partir de leur émission, la vitesse des photons, ces particules qui composent la lumière, ne change plus.

Mais tout ceci ne se vérifie que si la lumière se propage dans la vide. En effet, elle se modifie en fonction des milieux dans lesquels elle se diffuse.

Ainsi, la vitesse de la lumière n'est plus que de 225.000 km/s dans l'eau et de 124.000 km/s si elle traverse un diamant. Les atomes composant la matière pénétrée par la lumière modifient et ralentissent sa trajectoire. C'est ce qu'on appelle l'indice de réfraction.

Dans la nature, la lumière peut donc être ralentie.

La lumière ralentie dans le vide

Mais l'homme peut-il, de son propre chef, réduire la vitesse de la lumière ? De fait, les spécialistes ont mis au point des procédés capables de la ralentir.

C'est ce que montre l'expérience suivante. Quand on dirige un rayon laser vert en direction d'un rubis, la lumière émise modifie les atomes de la pierre précieuse de telle manière que, si on expose le rubis à un autre rayon laser, la vitesse de celui-ci sera ralentie.

Les scientifiques ont calculé que ce ralentissement pouvait aller jusqu'à 57 m/s. Des chercheurs écossais ont fait mieux : ils ont réussi à ralentir la lumière dans le vide, un milieu où, en principe, elle est constante.

Pour cela, ils se sont appuyés sur une théorie selon laquelle la vitesse de la lumière dépend de sa forme. En modifiant, grâce à une technique spécifique, la forme d'un faisceau lumineux, ils sont parvenus à en ralentir la vitesse, de manière infime, par rapport à un jet de lumière n'ayant subi aucune modification.

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Depuis longtemps, le vin rouge a la réputation de prévenir certains troubles cardiovasculaires. Certaines études semblent confirmer cet effet bénéfique, mais des preuves vraiment convaincantes manquent encore.

À petites, doses, le vin rouge serait bon pour le cœur

Depuis les années 1980, les chercheurs s'efforcent d'expliquer ce que d'aucuns nomment le "French paradox". De quoi s'agit-il ? Les Français, qui consomment beaucoup de graisses animales, auraient pourtant bien moins d'infarctus que les Américains par exemple.

Ils auraient également le plus faible taux de mortalité artérielle après les japonais. Et cette meilleure santé cardiovasculaire, ils la devraient au vin rouge.

En effet, la peau et les pépins des raisins utilisés pour produire du vin rouge contiennent des polyphénols, et notamment du resvératrol. Ces molécules organiques, à l'action antioxydante, empêcheraient les dépôts graisseux de se fixer sur les parois des vaisseaux sanguins et de les obstruer.

Mais, pour produire cette action bénéfique, le vin doit être consommé de manière modérée. Il ne faudrait donc pas dépasser deux verres de vin par jour. Une telle consommation diffère d'ailleurs selon le sexe.

Plusieurs études soulignent les bienfaits d'une consommation modérée de vin rouge sur la santé cardiovasculaire. L'une d'elles, menée dans plusieurs pays, porte même sur 15 millions de volontaires.

Une affirmation à prendre avec prudence

L'affirmation selon laquelle le vin rouge serait bénéfique pour le cœur est à prendre cependant avec un certaine prudence. Il faut d'abord rappeler que si la consommation de vin dépasse un certain seuil, les méfaits de l'alcool l'emportent sur ses prétendues vertus.

Par ailleurs, les travaux les plus probants en la matière ont pris des animaux pour objets. Ainsi, l'action du vin rouge a permis de dilater les vaisseaux de porcs ayant un taux élevé de cholestérol. Mais de telles conclusions sont-elles transposables à l'homme ?

Enfin, les études réalisées ne s'étendent pas sur une période de temps suffisant pour mesurer avec précision les effets du vin rouge sur la santé cardiovasculaires. Il faudrait donc envisager des études cliniques de plus grande ampleur, capables également de contrôler, sur la durée, la consommation de vin des participants.

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Dans le cadre de sa théorie de la relativité générale, Einstein avait prédit, dès 1916, l'existence des ondes gravitationnelles. Mais il a fallu attendre 2015 pour que ces oscillations de l'espace-temps soient détectées par des appareils spécifiques.

Qu'est-ce que les ondes gravitationnelles ?

Les ondes gravitationnelles peuvent être comparées à de légères rides qui se propagent dans la courbure de l'espace-temps. Mais elles ne s'y diffusent que si des événements très intenses se produisent dans l'univers.

C'est le cas de l'explosion d'une étoile ou de la collision de deux étoiles très denses. Jusqu'à une date très récente, les scientifiques pensaient que ces ondes se propageaient sur terre, mais qu'on ne pouvait pas les déceler.

La chose était d'ailleurs plutôt rassurante car, si leurs effets avaient été plus sensibles, ils auraient provoqué une déformation constante de notre espace.

En 2015, des scientifiques ont enfin réussi à détecter des ondes gravitationnelles. Elles ont été émises par la collision de deux trous noirs, dont la fusion a dégagé une quantité colossale d'énergie.

Des appareils aux immenses bras

Pour détecter ces ondes gravitationnelles, une machine particulière a été mise au point. Elle porte le nom d'interféromètre. Deux de ces engins ont été construits, l'un aux États-Unis, l'autre en Europe.

Leurs dimensions sont impressionnantes. Ces interféromètres se composent en effet, pour l'essentiel, de deux immenses bras, en forme de gigantesque L, dont chacun a une longueur de quatre kilomètres.

Partant d'un centre opérationnel, ces bras sont en fait des sortes d'immenses tubes. Un faisceau laser parcourt chacun des tubes, sur toute sa longueur. Parvenu à son terme, le faisceau rencontre un miroir et refait le chemin inverse.

Revenus à leur point de départ, les deux faisceaux laser, se déplaçant à la même vitesse, finissent par se superposer. Apparaît alors un signal spécifique, que les scientifiques appellent une "figure d'interférence".

Or, les ondes gravitationnelles produites par la collision des deux trous noirs ont empêché les faisceaux de se superposer et ont perturbé ce signal. Et c'est en étudiant ce signal brouillé que les scientifiques ont pu, pour la première fois, repérer ces ondes.

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De nombreuses régions, comme les zones désertiques, ne se prêtent pas à la culture. Pour étendre malgré tout la surface cultivable, une entreprise italienne a entrepris de faire pousser des plantes sous la mer.

L'agriculture sous l'eau

C'est au large du littoral ligure que ces fermes aquatiques ont vu le jour. Il s'agit d'une expérience pilote. Ses promoteurs ont décidé de construire six cloches sous-marines remplies d'air. Ces serres sont installées à quelques mètres seulement de la surface.

Elles ne présentent un accès que par le dessous, pour permettre aux plongeurs d'y pénétrer. Les conditions régnant à l'intérieur de ces cloches sont excellentes pour l'agriculture.

En effet, l'air est renouvelé, de façon régulière, par l'action des plantes elles-mêmes. Par ailleurs, il contient davantage de dioxyde de carbone, ce qui leur assure une croissance rapide.

De même, la faible profondeur des serres, jointe à l'ensoleillement de la région, permet à la chaleur solaire d'y pénétrer et d'y maintenir une température constante. Grâce à l'évaporation, l'hygrométrie est également satisfaisante.

Les avantages d'une nouvelle forme de culture

Cette expérience d'agriculture sous-marine semble prometteuse. Elle comporte, en effet, de nombreux avantages. Elle permet d'abord de faire pousser une grande variété de plantes.

Plus de 700 y seraient en effet cultivées, dont des fraises, des tomates, du basilic, de la laitue ou encore des haricots verts. Il semblerait d'ailleurs que les fruits et légumes cultivés dans de telles conditions aient une saveur particulière, souvent plus intense.

En outre, ces cloches hermétiquement fermées offrent une excellente protection aux cultures, à la fois contre les intempéries et contre d'éventuels nuisibles. De plus, les excellentes conditions régnant à l'intérieur de ces fermes sous-marines permettent de se passer d'engrais et autres fertilisants.

Enfin, ces cultures sous l'eau ne nécessitent qu'un entretien limité. Les agriculteurs "marins" les surveillent grâce à un système de caméras. Alertés par ce dispositif, ils revêtent leur tenue de plongée et pénètrent sous les cloches s'il y a lieu.

De fait, cette nouvelle forme d'agriculture offrira nombre d'emplois intéressants et a d'ores et déjà suscité des vocations. Et elle pourrait, à terme, augmenter l'offre de produits agricoles.

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Pour découvrir le podcast Complément d'Histoire: https://www.chosesasavoir.com/podcast/complement-dhistoire/

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L'inclinaison de l'axe de rotation de Saturne est un phénomène bien connu des astronomes. Mais ils pensent désormais qu'il aurait débuté plus tard qu'ils ne le croyaient. Et la géante gazeuse devrait continuer à s'incliner.

Un événement plus tardif que prévu

L'inclinaison de l'axe de rotation de Saturne est de 26,7° aujourd'hui. Jusqu'à une date récente, les spécialistes pensaient qu'elle avait débuté très tôt dans l'histoire de la planète.

Pour eux, en effet, Saturne aurait commencé à s'incliner voilà environ 4 milliards d'années, soit 500.000 ans après sa formation. Mais de récentes observations amènent les scientifiques à penser que cet événement aurait eu lieu bien plus tard, il y a environ un milliard d'années.

Un phénomène de résonance

Pour les astronomes, cette inclinaison de Saturne, qui se serait produite plus tard qu'ils ne l'imaginaient, serait due à l'action de ses satellites. Au total, on en a identifié 62.

Mais ce sont les plus massifs, et notamment le plus volumineux, Titan, qui sont responsables de cette inclinaison. Ils font pencher la planète en s'éloignant d'elle à une plus grande vitesse qu'on ne le croyait.

D'après les observations faites par une sonde américaine, Titan s'écarterait ainsi de Saturne de 11 centimètres supplémentaires chaque année.

Du fait de la migration plus rapide de ses satellites, Saturne verrait son axe de rotation interagir avec l'orbite de Neptune, provoquant ainsi son inclinaison. C'est ce que les spécialistes appellent un phénomène de résonance.

Une inclinaison qui devrait s'accentuer

Jusqu'à une date récente, on pensait que l'inclinaison de Saturne ayant commencé très tôt, la planète avait dû acquérir, avec le temps, une certaine stabilité.

Or, les astronomes ont dû se rendre à l'évidence. De nouvelles observations montrent que la géante gazeuse continue bel et bien à s'incliner. Et ce mouvement pourrait encore s'accentuer dans les temps à venir.

Mais Saturne ne serait pas la seule planète à subir une telle évolution. D'autres, comme Jupiter, pourraient connaître une inclinaison de leur axe de rotation plus importante que prévu. Et il n'est pas impossible que ce phénomène puisse concerner des planètes situées en dehors du système solaire.

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