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133/05/Saturday 09h14
CARTOGRAPHIE
Le ciel est une évidence de tous
les jours – et de toutes les nuits –
mais pour le « cartographier »,
encore fallait-il l’inventer, afin d’en
dessiner les espaces, les rivages,
les escales possibles, … et les
«Terra Incognitas».
Le ciel au moyen age (gravure du XIX ième siècle)
LA CREATION DE L'ESPACE
Pour les philosophes, il s’agissait de lui donner une troisième dimension, celle de la profondeur. Le ciel surface d’une
sphère englobant un monde géocentrique devait laisser place à un espace uniforme, sinon infini du moins illimité. Dans ce monde
redimensionné, la révolution copernicienne engagée au XVIième siècle remettait la Terre à sa place, celle d’une simple planète
parmi d’autres, en rotation autour du Soleil.
Auparavant, l’astronomie avait toujours été considérée comme
une discipline essentielle, mais traitant, dans les faits, moins de
l’espace que du temps : on distinguait dans le ciel les étoiles
fixes et éternelles, des astres errants – étymologiquement, des
planètes - dont les trajectoires imprévisibles à travers les
constellations du zodiac avaient à voir, paradoxalement, avec
la prédiction du futur.
Carte du ciel ...
Ce que la Terre, par sa nouvelle position, perdait en prestige,
le ciel le gagnait en intelligibilité : il devenait possible d’aller audelàd’une astronomie purement descriptive, et de concevoir des
«modèles» du monde. Il fallait ce nouveau point de vue pour
que de pures observations conduisent, par exemple, aux
remarquables « lois de Klépler » sur le mouvement des
astres : elles énoncent, entre autres, que les trajectoires des
planètes autour du Soleil sont des ellipses, un tracé identique à
celui obtenu en coupant un cône par un plan. Etonnant retour
des idées pythagoriciennes à la recherche d’un ordre
mathématique et géométrique caché dans la nature...
Encore les lois de Képler ne font-elles qu’observer un phénomène et en prédire l’évolution sans pour autant le comprendre. Pour
mieux approcher la « nature » de l’espace, il fallait donc que Newton, au XVIIème siècle, franchisse un nouveau pas. Suivant
l’hypothèse que le complexe peut toujours se réduire au simple et à l’intelligible (ce n’est qu’une hypothèse, mais c’est celle de tout
scientifique), Newton construit sa théorie de la gravitation universelle sur l’intuition géniale d’une loi unique régissant de la même
façon la chute des corps - disons par exemple d’une pomme tombant de son arbre, pour respecter la légende – et le mouvement
de la Lune autour de la Terre.
D’un point de vue mathématique, la multiplication et la division
suffisent pour exprimer cette loi, qui tient en deux lignes,
«l’attraction de deux corps est proportionnelle à leurs masses,
et inversement proportionnelle au carré de leurs distances ».
Cette formule s’appuie sur des considérations géométriques
élémentaires, analogues à celle qui font qu’un promeneur est –
de la même façon - éclaboussé par un jet d’eau en proportion
de son débit, et en raison inverse du carré de sa distance …
Ce qui est remarquable, dans la loi de gravitation
universelle, c’est qu’elle suffit pour expliquer toutes les
lois de Kepler, simuler l’évolution de systèmes planétaires
complexes, étudier la balistique d’un tir d’artillerie, et calculer la
trajectoire Terre-Lune de la Columbiad de Jules Verne, de la
fusée du professeur Tournesol, ou du vaisseau Apollo. Même
si le modèle du monde qu’elle permet de bâtir sera réinterprété
– c’est la destinée de tout modèle – dans une théorie plus
puissante proposée quelque temps plus tard par Einstein, son
efficacité est très largement suffisante, à notre échelle et à
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Carte du monde ...
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celle du système solaire, pour concevoir et planifier des
voyages interplanétaires.
Dessin de Léonard de Vinci
A partir des concepts du XVIIème siècle, l’exploration spatiale
cessait donc d’être une question théorique, pour n’être plus
qu’une question technologique. Le ciel n’était plus seulement
le lieu des théologiens, des philosophes et des savants, il
devenait celui des ingénieurs, comme il le sera demain des
architectes. Ce nouveau territoire pouvait être cartographié,
comme l’ont été les continents lorsqu’était admis le concept
d’une Terre ronde, et qu’apparaissaient des instruments de
mesure du temps et de navigation.
Or une carte est avant tout un outil. Elle n’est pas faite
seulement pour contempler le monde, mais pour y
voyager. Et «passer de la scientia contemplativa à la
scientia activa qui transforma l’homme de spectateur de la
nature en son possesseur et maître » .
LA PLURALITE DES MONDES
Dans le même temps, le ciel ne cesse de dévoiler peu a peu son extraordinaire diversité. La cartographie des « terres émergées »,
dans l’archipel du système solaire, fait penser à ces images fractales où le zoom sur un détail crée une image plus riche encore
que celle du tout : Il n’y a pas deux satellites de Jupiter ou de Saturne qui se ressemblent, chacun se distinguant par sa couleur
propre, sa taille, son atmosphère, sa composition chimique, ou son activité géologique. On peut dire la même chose de toutes les
planètes, sans oublier la multitude – encore très partiellement explorée - des astéroïdes et comètes. Un rapide coup d’œil sur la
carte du système solaire suffit pour localiser quelques continents remarquables, comme autant d’escales de futurs voyages
interplanétaires.
Photo Hubble
Dans la banlieue immédiate, la Lune apparaît, à plus d’un titre, comme une voisine providentielle. C’est la cause majeure de
cycles terrestres tels que les marées, essentiels au le développement de la vie. Mais c’est aussi une garantie de stabilité, sa
masse importante agissant en véritable contrepoids capable de fixer, par les lois de la mécanique, l’orientation de l’axe de rotation
de la Terre. Au-delà des variations climatiques observées à travers les ages, et de la lente dérive des continents, les mêmes
territoires sont donc restés plus longtemps proches des mêmes zones équatoriales, tropicales, tempérées ou polaires, avec ce que
cette continuité a de favorable à la survie et à l’évolution des espèces. Ce n’est pas le cas par exemple d’une planète comme
Mars, dont les deux satellites Phobos et Deimos, de faibles tailles, n’ont pu jouer le même rôle, l’instabilité de son axe de rotation
entraînant sur des échelles géologiques courtes des bouleversements climatiques violents, et permanents.
La Lune, née de la collision avec la Terre, il y a plus de quatre
milliards d’années, d’une planète en formation de taille
probablement comparable à celle de Mars, est aujourd’hui un
astre figé, sans activité volcanique ni atmosphère. Pour autant,
c’est un lieu stratégique majeur, objectif des premières
missions spatiales, relais possible de voyages plus
lointains, source inépuisable de minerais satellisables à
moindre coût, et point d’appui inespéré pour l’observation
de l’espace profond.
Photo NASA
Les poussières de micrométéorites accumulées sur la surface lunaire durant des milliards d’années concentrent des éléments, tels
que l’hélium 3, qui pourraient être utiles un jour à la production d’énergie. L’oxygène, nécessaire à la consommation de stations
habitées et source de carburant, est présent en grande quantité dans le sol puisqu’il compose 40 % de ses roches. Et dans les
vallées sombres de cratères situés près des pôles, constamment protégées du rayonnement solaire, subsistent peut-être
d’importantes quantités de glace, donc d’eau, issues de la collision avec des comètes.
Il faut à peine plus d’une seconde pour communiquer avec la Lune par des liaisons radio, ce qui en fait l’unique « sol » matériel
naturel conservant une liaison quasi-directe avec la Terre. Ce ne sera plus le cas des planètes, lointaines, avec lesquelles le
moindre message échangé mettra au minimum un quart d’heure - sinon plusieurs heures - pour arriver à destination, modifiant de
façon très profonde – tant technologique que psychologique, voire philosophique - toute relation avec la planète d'origine.
La Lune reste à découvrir, ou, plus précisément, à redécouvrir.
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La Lune reste à découvrir, ou, plus précisément, à redécouvrir.
Après la réussite des missions Apollo, les regards ont pu se
tourner tout naturellement, mais trop rapidement peut-être,
vers les rivages attrayants et colorés de la planète Mars. Les
images actuelles de la Lune sont pourtant très incomplètes et
réductrices : on en connaît les champs de cratères
photographiés en altitude, ou les modestes collines entourant
le site d’alunissage du LEM – sites sans aspérités choisis pour
des questions de sécurité évidentes, mais qui ne reflètent pas
la richesse des paysages lunaires. C’est un peu comme si, de
la Terre, un voyageur extraterrestre ne connaissait que des
photos aériennes et les champs de dunes du Sahara, ignorant
les paysages de l’Himalaya et des Alpes, les vallées du Grand
Canyon, les rues de Paris, ou les grottes de Lascaux …
Apollo XVI
Il suffirait de renvoyer sur la Lune un photographe –
pourquoi pas un simple robot explorateur, comme cela a
déjà été fait dans le passé – pour renouveler totalement
son image, et rapporter ce qu’il y a de plus frappant et
peut-être de plus important dans la conquête spatiale :
des paysages.
Au cœur du système solaire, la planète Mercure apparaît couverte de cratères, surchauffée le jour et glacée la nuit, d’une
atmosphère extrêmement ténue, et pourrait constituer un poste avancé idéal pour l’observation du Soleil. Plus loin, Vénus, pourtant
la plus proche de la Terre et d’une taille très voisine, restera pour longtemps une escale peu hospitalière – sinon pour les
chercheurs - cachée dernière une épaisse couche nuageuse, dans une atmosphère dense chargée en gaz carbonique et acide
sulfurique, à une température ambiante voisinant les 500°C.
Mars est la prochaine étape au-delà de l’orbite terrestre. Ce
futur Far West en possède l’étendue, les couleurs ocres, les
déserts de sable et les canyons. L’eau y est rare aussi, mais
dans un passé lointain elle coulait en abondance au point de
former des océans. Il en subsiste aujourd’hui suffisamment
pour répondre aux besoins de visiteurs, prisonnière des glaces
polaires, ou, très probablement, dans des nappes souterraines
accessibles à moyenne et grande profondeur. Dans l’archipel
du système solaire, Mars est la première île dont on peut
raisonnablement se demander si, demain ou après-demain,
de simple lieu d’exploration, elle franchira le pas pour
devenir une véritable colonie autonome.
Mars, photo NASA
Il ne faut pas espérer marcher un jour à la surface des quatre géantes gazeuses Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune : trop
massives, trop turbulentes, … et trop gazeuses. Ce n’est pas le cas de leurs satellites, dont la diversité a déjà été soulignée.
Certains d’entre eux, d’une taille importante comparable à celles de la Lune ou de Mars, ont été découverts dès les premières
observations de Galilée au XVIIième siècle.
Europe, photo NASA
Le satellite Europe, par exemple, subit des marées puissantes
provoquées par Jupiter, au point de dégager suffisamment
d’énergie pour réchauffer en profondeur l’épaisse couche de
glace qui la recouvre totalement. Il y a donc peut-être de
vastes étendues d’eau liquide ailleurs que sur Terre dans le
système solaire, ce qui fait d’Europe, après Mars, un site
d’étude privilégié pour les exobiologistes à la recherche de
formes de vie extra-terrestre. Près de Jupiter, toujours, Io a
donné des preuves d’activité volcanique, ou, autour de Saturne,
le satellite Titan possède une atmosphère dense de
méthane, qui a pu former des océans liquides …
A la frontière extérieure du système solaire, Pluton - avec son satellite Charon - reste une planète mystérieuse, la seule a n’avoir
encore jamais été survolée par une sonde. Avec un diamètre plus faible que celui de la Lune, et une orbite déformée – au point
qu’il lui arrive d’être plus proche du Soleil que Neptune – c’est une petite planète atypique, composée en grande partie de glace,
issue probablement des régions plus lointaines de la « ceinture de Kuiper ». Cette dernière s’étend bien au-delà de son orbite, où
prennent naissance des comètes et subsistent des concentrations d’astéroïdes, jusque dans une zone plus vaste encore, le nuage
de Oort, qui marque les confins de la sphère d’influence du Soleil.
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Photo Hubble - NASA
D’autres astéroïdes, en très grand nombre, parcourent tout le système solaire, notamment dans la ceinture s’étendant entre les
orbites de Mars et de Jupiter, traces d’une planète qui n’a pu se former du fait de la proximité de la géante gazeuse. Si la masse
cumulée de ces astéroïdes n’excède pas un vingtième de celle de la Terre, ils constituent une considérable ressource minière de
près de 250.000 blocs rocheux de toutes tailles. Les plus importants, dépassant quelques dizaines, voire quelques centaines de
kilomètres, sont capables de retenir eux-mêmes par leur très faible attraction d’autres petits astéroïdes satellites.
AU DELA DU SYSTEME SOLAIRE
L’espace lointain s’étendant au-delà du système solaire semble, pour longtemps encore, inaccessible aux explorateurs.
Mais à défaut d’y poser le pied, l’homme peut y jeter un œil ...
L’expérience confirme une hypothèse qui, a y bien réfléchir, ne va pas de soi : les lois de la physique semblent être les mêmes
partout dans l’univers, du moins jusque dans les plus lointaines galaxies observées. La même centaine d’atomes - que classe la
table de Mendeleïev – se retrouvent dans toutes les étoiles, et leurs planètes associées. La variété n’apparaît que dans l’infinie
combinaison de la chimie minérale ou organique. Et dans la biologie.
Si seule la lumière – au sens large du terme, c’est-à-dire
incluant toutes les ondes électromagnétiques – nous parvient
du ciel profond, elle suffit pour fournir une quantité
considérable d’informations : l’étude du spectre de lumière
reçue d’une étoile, d’une galaxie, ou d’une planète, renseigne
de façon très précise sur sa composition chimique. Il est donc
en théorie possible de connaître, à distance, les éléments
constituant la surface d’une étoile ou l’atmosphère d’un astre
comparable à la Terre.
Photo Hubble - NASA
LA CARTOGRAPHIE DU VIDE
La recherche d’exo-planètes – c’est-à-dire en orbite autour
d’autres étoiles - est devenue une activité majeure de
l’astronomie. Plusieurs centaines ont déjà été identifiées. La
finesse des instruments d’observation doit être améliorée afin
de détecter des astres plus petits que les géantes –
comparables à Jupiter – que seules la technologie actuelle
permet de localiser. Cela suppose la construction de nouvelles
générations de télescopes dans l’espace, ou, pourquoi pas, sur
la surface d’un satellite proche : revenir sur la Lune sera
peut-être le meilleur moyen de découvrir d’autres Terres …
Mais une cartographie du ciel se limitant aux escales matérialisées par une planète, une comète ou un astéroïde, serait incomplète.
Il existe aussi dans l’espace des positions privilégiées, des trajectoires particulières, des points d’équilibre, qui, bien
qu’immatériels, méritent d’être relevés sur la carte, car tout autant susceptibles de conditionner de futurs voyages
spatiaux.
Ne serait-ce qu’à proximité immédiate de la Terre, toutes les
orbites ne se valent pas : dès à présent, l’aménagement de
l’espace est un enjeu économique et stratégique majeur. Pour
définir une orbite, seule compte la vitesse du satellite artificiel.
A quelques centaines de kilomètres d’altitude seulement, les
orbites dites « LEO » (Low Earth Orbit) ont concentré tous les
vols de navettes, ou de stations spatiales habitées telles que
Skylab, Saliout, MIR, ou l’International Space Station (ISS).
LEO est l’endroit idéal pour observer la Terre : la vitesse
nécessaire pour s’y maintenir permet d’effectuer une révolution
complète en des temps très courts – de quatre-vingt dix
minutes à quelques heures – et de survoler à intervalles de
temps réguliers les mêmes points du globe. L’orientation du
plan de ces orbites par rapport à l’équateur terrestre n’est pas
neutre, car il déterminera la liste les pays survolés :
l’élargissement du partenariat international pour le financement
de l’ISS s’est accompagné de négociations délicates portant
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sur l’inclinaison de son orbite, initialement trop faible pour
survoler des pays situés aux latitudes plus élevées …
Désert de Namib - Photo NASA
A l’extrême, certaines trajectoires seront perpendiculaires au
plan de l’équateur, passant au dessus des pôles. Correctement
positionnées, elles auront un intérêt tout particulier : celui de
survoler un même territoire toujours à la même heure de la
journée. Il sera donc possible de suivre avec précision
l’évolution de tel ou tel site, sur des séries de chronologiques
de clichés où l’orientation des ombres portées – toujours
observées au même moment de la journée - ne variera qu’au
fil des saisons, et non au fil des heures du jour.
Photo NASA
Plus le diamètre d’une orbite augmente, plus longue est la
durée d’une révolution. Il arrive un point, à 36.000 kilomètres
d’altitude, où celle-ci atteint précisément 24 heures, soit la
durée de rotation de la Terre sur elle-même, de telle sorte que
le satellite positionné sur cette orbite dite « GEO » (
Geostationary Earth Orbit), apparaîtra fixe dans le ciel. Dès
les années 1950 avait été souligné l’importance de ces «
points d’ancrage » où sont installés, comme au sommet des
montagnes, des relais de communication.
Il existe d’autres trajectoires et points singuliers à tracer sur cette « carte du vide ». Parmi eux les points de Lagrange,
encore peu utilisés mais incontournables pour un navigateur spatial. Mis en évidence par le mathématicien Joseph Louis Lagrange
au XVIIIième siècle, ils résultent de calculs plus complexes reposant sur une idée simple et intuitive : dans un système double, tel
que le couple Terre-Lune, où chaque corps exerce une attraction proportionnelle à sa masse conformément à la loi d’attraction
universelle, il existe nécessairement des points d’équilibre. Sont-ils stables, comme le serait le fond d’un bol où reviendra toujours
une bille placée n’importe où dans ce bol, ou instables, comme si cette même bille était posée au sommet d’une colline, dévalant la
pente dès qu’on l’écarte un peu de son point équilibre précaire ? La question devient ardue lorsqu’on se souvient que la Lune
tourne autour de la Terre…
Mais les calculs sont faits pour relayer l’intuition : il
existera, dans ces conditions, cinq points d’équilibre, dits «
points de Lagrange ». Parmi eux, deux points stables appelés
« L4 » et « L5 » sont particulièrement intéressants. Situés
chacun aux sommets supérieurs de triangles dont la Terre et la
Lune seraient la base, ces points de l’espace ressemblent à
des « planètes virtuelles », à proximité desquelles un satellite
décrirait un semblant d’orbite. Plus simplement, pour un objet
placé sur un point de Lagrange, la Terre et la Lune sembleront
éternellement fixes dans le ciel. Un endroit idéal pour stabiliser,
là encore, un relais de communication, ou une station habitée.
Les points de Lagrange ne sont pas le propre du couple TerreLune. Tout système composé de deux corps possède ces
points d’équilibre. C’est le cas par exemple de l’imposant
système Jupiter-Soleil, dont on a découvert qu’il maintenait, en
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système Jupiter-Soleil, dont on a découvert qu’il maintenait, en
deux points symétriques situés beaucoup plus loin sur l’orbite
de la planète géante, des concentrations stables d’astéroïdes
appelés les « planètes troyennes ».
On devine le casse-tête mécanique lorsqu’il s’agira d’étudier un
ensemble formé cette fois-ci non plus de deux, mais de milliers
- voire de centaines de milliers – de corps, comme les blocs
rocheux formant les anneaux de Saturne, dans un désordre
local d’où émerge étonnamment, à plus grande échelle, une
forme cohérente, simple, et permanente.
La seule loi de la gravitation dessine dans le ciel des
formes, des courants favorables, des zones de turbulence
et des points stables, qui complètent les rivages matériels
des planètes. La carte est tracée, pourquoi ne pas l’utiliser
?
Gravure du XVIième siècle
ACCUEIL - PROSPECTIVE - CARTOGRAPHIE - VAISSEAUX - ESCALES - PERSPECTIVES - BIBLIOGRAPHIE - ILLUSTRATIONS - © Olivier BOISARD - 2006
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