Le blog de cepheides

Publié le 22 Juin 2009 par cepheides

Publié dans : #astronomie

DE L'ASTRONOMIE : distances et durées des âges géologiques

système planétaire — système solaire (vue d'artiste)

Il peut sembler étrange de vouloir mélanger des durées et des distances qui, dans notre monde fini, relèvent de deux concepts différents mais ce n’est pas le cas en astronomie. En effet, la vitesse de la lumière (environ 300 000 km par seconde), une constante indépassable, est limitée : dès lors, si l’on regarde en direction du ciel, les objets observés sont à la fois lointains et situés dans le passé (à l’exception relative de notre environnement proche mais nous y reviendrons). Très vite, ces distances et ces durées relèvent de chiffres qu’il est bien difficile pour notre cerveau habitué à notre planète (un monde fini et minuscule) d’appréhender véritablement : que peut bien signifier 100 millions d’années-lumière (al) d’éloignement ou un milliard d’années dans le passé ? C’est la raison pour laquelle, afin de relativiser ces nombres pharamineux, l’esprit humain a souvent cherché des comparaisons qui lui « parlent » mieux : nous en verrons quelques unes.

Les âges géologiques

Aux dernières estimations actuellement en vigueur, notre Univers est âgé de 13,6 milliards d’années tandis que notre Soleil et son cortège de planètes (dont notre Terre) se sont créés il y a 4,5 milliards d’années. Intéressons-nous dans un premier temps à l’histoire de notre bonne vieille Terre. Grâce aux diverses méthodes de datation des roches, nous pouvons subdiviser son âge en différentes périodes : pour plus de commodité, appelons temps 0 la création de notre planète à partir du nuage protosolaire et + 4.5 milliards d’années aujourd’hui (Evidemment, pour être plus proche les âges géologiques de la réalité, les scientifiques comptent, eux, en temps négatifs). Nous trouvons alors :

• le précambrien qui s’étend de 0 à + 3,96 milliards d’années,

• l’ère primaire (ou paléozoïque) de + 3.96 à + 4,255 milliards d’années, cette ère étant elle-même subdivisée en plusieurs périodes allant du cambrien au permien,

• l’ère secondaire (ou mésozoïque) de + 4,255 à + 4,435 milliards d’années et comprenant trois périodes, le trias, le jurassique et le crétacé,

• l’ère tertiaire (à présent regroupée avec le quaternaire dans une ère unique appelée cénozoïque) allant de + 4, 435 à + 4,498 milliards d’années

• Et l’ère quaternaire (cénozoïque également) allant de + 4,498 milliards d’années à aujourd’hui.

Dit de cette manière, c’est vrai, ce n’est guère parlant. On peut donc proposer une autre lecture, plus facile à comprendre : essayons de rapporter l’histoire de la Terre à une seule année et voyons ce que donnerait la précédente description. Dans notre nouveau modèle, la création de la Terre se situerait autour du premier janvier de cette année fictive et :

• Le précambrien s’étendrait alors jusqu’à la mi-septembre (il s’agit, bien sûr, d’approximations). C’est durant cette ère que sont apparues les premières créatures pluricellulaires vivantes, à savoir des invertébrés (dont les corps mous nous ont laissé peu de traces) et, selon notre nouvelle approche, cela se situait aux environs de la fin du mois d’août-début du mois de septembre…

• Vient ensuite l’ère primaire, de la mi-septembre à la mi-novembre : c’est à la fin du permien (mi-novembre) qu’a eu lieu la grande extinction qui détruisit 95% des espèces marines alors vivantes et « seulement » 70% des espèces terrestres (voir le sujet les extinctions de masse et la grande extinction du Permien)…

• L’ère secondaire, de la mi-novembre aux derniers jours de décembre voit la domination des grands sauriens qui disparaissent à la fin du crétacé, c'est-à-dire quelque part aux environs du 20 décembre ;

• Le cénozoïque occupe la fin de l’année : les premiers hominidés (Toumaï) sont datés d’il y a 7 millions d’années ce qui les situe d’après notre modèle vers les tout derniers jours de décembre. Et l’Homme « moderne » dans tout cela ? Eh bien, son apparition et son extension fulgurante comme actuel animal dominant de la planète trouvent place le 31 décembre, une heure peut-être avant la nouvelle année…

Une autre métaphore pour comprendre ces abîmes du temps est de comparer la vie sur Terre à la hauteur de la tour Eiffel : en pareil cas, la présence de l’Homme ne représenterait (en taille) que l’épaisseur de la couche de peinture située sur un des parapets du troisième étage du monument…

Ces façons différentes (mais peu scientifiques, je le reconnais) de dater les événements sont certainement plus parlantes : elles ont, en tout cas, le mérite de nous montrer de manière frappante combien nous sommes les héritiers d’une longue, très longue histoire qui nous a vu précédés par des millions de générations d’animaux qui ont vécu, souffert, se sont reproduits pour, le plus souvent en fin de compte, disparaître sans laisser de traces. Cette pensée devrait nous rendre modestes…

Les distances astronomiques

Nous venons d’évoquer les durées de temps écoulées depuis l’apparition de la Terre : elles sont, comme on l’a vu, colossales. Pourtant, l’Univers est approximativement plus de trois fois plus vieux que notre système solaire ! Or, chose remarquable, quand on observe les objets du ciel, on voit le passé : observée, par exemple, par le télescope spatial Hubble, une galaxie qui serait située à, disons, 8 milliards d’années-lumière, se présente à nos yeux comme elle était il y a 8 milliards d’années, c’est-à dire avant la création de notre Soleil… Comment se présente-t-elle réellement aujourd’hui ? Comment se fait-il que sa lumière ait mis si longtemps à nous parvenir ?

C’est que l’univers est gigantesque, s’étendant sur des distances que le cerveau humain a du mal à se représenter. Très tôt dans l’histoire moderne de l’humanité, il a fallu se rendre à l’évidence : les distances calculées en millions voire en milliards de km ne représentent rien à l’échelle de l’univers. Le seul moyen pour déterminer les distances auxquelles se situent les objets astronomiques est de se référer à une autre dimension d’échelle et c’est la raison pour laquelle les scientifiques ont choisi la lumière. Si cette dernière nous paraît se transmettre de façon instantanée dans notre quotidien, il n’en est bien sûr pas de même entre les étoiles – et plus encore les galaxies – qui sont séparées par des distances à nos yeux pharamineuses. C’est ainsi que, même à sa vitesse pourtant conséquente de 300 000 km chaque seconde (en fait, plus précisément 299 792,458 km/s), il lui faut plus de quatre ans pour nous parvenir de notre voisine stellaire la plus proche, justement appelée Proxima du Centaure… Voyons cela de plus près (si j’ose dire).

La proche banlieue

Il s’agit évidemment de notre système solaire. La Terre, seulement la troisième planète du système, tourne autour du Soleil à une distance d’environ 150 millions de km ce qui, en vitesse lumière, représente approximativement 8 minutes. En d’autres termes, si le Soleil venait brusquement à s’éteindre, sa lumière nous éclairerait durant encore huit minutes… Cette distance de 8 minutes-lumière est d’ailleurs appelée unité astronomique (ou UA) et elle permet de situer de façon plus aisée les différents éloignements de nos compagnes planétaires du système.

La plus grande des planètes de notre système, Jupiter, cinquième par le rang, est quant à elle située à 778 000 000 de km ou 5,2 UA. C’est déjà Jupiter beaucoup plus loin puisque cela représente un peu plus de 40 minutes-lumière ! La dernière véritable planète du système, Neptune (puisque Pluton a été récemment rétrogradée en planète naine) se trouve à 30 UA, soit 4 heures-lumière. Toutefois, la zone considérée comme appartenant au système solaire ne s’arrête pas là : elle se situe à environ quatre fois la distance Soleil-Neptune, soit 120 UA environ. Il s’agit là d’un endroit aux limites finalement imprécises où le vent solaire (c'est-à-dire le flux plasmatique provenant de l’atmosphère solaire) entre en contact avec les vents provenant du milieu interstellaire.

Ces chiffres peuvent paraître quelque peu abstraits. Prenons ici aussi une image nous permettant de mieux réaliser ce qu’ils représentent. Imaginons que nous posions sur le sol une orange sensée représenter le Soleil. La Terre serait alors une bille minuscule de la taille d’une tête d’épingle placée à 15 m de l’orange, Jupiter une bille de la taille d’une olive à 77 m et Neptune un petit pois à 450 m. La zone d’influence du Soleil s’étendrait quant à elle jusqu’à environ 1,5 à 2 km ! Et l’étoile la plus proche, Proxima du Centaure ? Eh bien, elle serait à environ… 4000 km.

La Galaxie

Les distances que nous venons de voir paraissent immenses ? Elles sont pourtant minuscules à l’échelle de notre galaxie, la Voie lactée. En effet, vue de l'extérieur, la Voie lactée doit ressembler à cela... cette dernière (où le Soleil occupe une place relativement excentrée, voir le sujet place du Soleil dans la Galaxie) est un disque oblong d’un diamètre d’un peu moins de 100 000 al pour une épaisseur de 1 300 al et elle contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles ! Chacune de ces étoiles est séparée par un grand vide cosmique (comme celui entourant le Soleil) à l’exception – peut-être – du halo central galactique où elles sont plus nombreuses et donc un peu plus proches les unes des autres. Une image ? Eh bien disons que si le système solaire est représenté par un grain de sable, la Galaxie est en proportion une petite plage…

La Voie lactée appartient à ce que l’on appelle le « groupe local » qui est un ensemble d’une trentaine de galaxies dont les plus importantes sont notre galaxie et la galaxie d’Andromède M31. Ces galaxies sont suffisamment proches (tout est relatif, évidemment) pour subir leurs attractions réciproques. C’est ainsi que dans un avenir très lointain - 2 à 3 milliards d’années – la Voie lactée et Andromède finiront par fusionner en un super ensemble mais, comme on l’a déjà dit, les distances entre les étoiles sont si immenses qu’aucune d’entre elles ne devrait en heurter une autre.

Au-delà

Il existe des milliards d’amas de galaxies (un amas en contient approximativement amas de galaxies Abell 1689 une centaine) également organisés en superamas mais ces amas sont si distants les uns des autres que, contrairement à ce qui se passe pour le groupe local auquel nous appartenons, leurs forces d’attraction ne peuvent jouer : de ce fait, ces amas de galaxies s’éloignent les uns des autres à la vitesse de l’expansion de l’univers et cela dans toutes les directions (C’est ce qui avait tant intrigué les premiers découvreurs de galaxies - comme Edwin Hubble - qui voyaient bien que leurs spectres tiraient tous vers le rouge signifiant la fuite – le redshift des anglo-saxons – au contraire de celles du groupe local évidemment). Les distances entre les amas de galaxies sont si incroyables que je ne peux vous proposer de métaphores véritablement valides pour les exprimer…

Au bout du bout de l’univers (connu)

On trouve partout le fameux rayonnement fossile (voir le sujet fond diffus cosmologique) qui témoigne dans toutes les directions des premiers instants visibles qui ont succédé au Big Bang. Lorsqu'un de nos satellites fond diffus cosmologique photographié par le satellite WMAP, de la NASA, en 2003 enregistre des images de ce rayonnement, il regarde à 13,6 milliards d’années dans le passé, un chiffre qu’il me semble impossible de saisir et de vraiment comprendre autrement qu’intellectuellement…

Dans ce bref exposé, j’espère vous avoir fait comprendre combien l’univers, notre univers, est immense et, par contre coup, combien notre planète et même le système solaire sont infimes. Par ailleurs, la vie des hommes est si brève que, comparée à l’ancienneté et à l’immensité de l'univers dans lequel ils se trouvent, ils ne représentent rien de plus que de simples bactéries par rapport à la taille et à l’âge de la Terre. Pourtant, les hommes, ces infimes créatures, ont su – au moins partiellement – décrypter leur environnement. Ce qui, en fin de compte, est loin d'être négligeable.

Existe-t-il d’autres intelligences dans cette immensité ? Les calculs statistiques nous disent que oui (voir le sujet vie extraterrestre 2). Alors soit ! Mais, en réalité, le problème n’est pas là : s’ils existent – et si nous pouvons arriver à nous comprendre – comment faire pour passer outre aux limitations induites par ces distances vertigineuses, alors que l’on sait qu’une information ne pourra mettre moins de 4 ans pour atteindre Proxima du Centaure (qui, naine rouge, n’est certainement pas susceptible de voir se développer la Vie sur une de ses planètes, si elles existent) et autant pour en revenir ? Comment communiquer avec les étoiles plus lointaines tant est brève – à l’échelle de l’Univers – la durée d’une civilisation humaine ? J’avoue que j’aimerais bien le savoir.