COMPAS - vulgarisation scientifique

Centre de Vulgarisation de la Connaissance

Accueil > Web, bornes interactives, Cédéroms > Forum : questions de science > Pourquoi fait il sombre la nuit ?

Pourquoi fait il sombre la nuit ?

mercredi 25 juillet 2012, par Nicolas

Votre question est simple... mais la réponse est beaucoup moins évidente qu’on pourrait le croire !

La première idée est évidemment qu’il fait sombre la nuit car le Soleil n’est alors pas visible -conséquence de la rotation de la terre.

Par ailleurs, la lune diffuse un peu de lumière mais pas suffisemment pour y voir comme en plein jour : dans le meilleur des cas (pleine lune), on a un romantique clair de lune !

Mais... et les étoiles ? sous certaines hypothèses, les étoiles suffiraient à rendre le ciel uniformément lumineux ! or ce n’est pas le cas

c’est là que la réponse se complique !

c’est un paradoxe fameux : le paradoxe d’Olbers.

Votre question "pourquoi fait-il sombre la nuit" a tourmenté des astronomes célèbres ! en effet, le fait que la nuit soit noire peut sembler paradoxal : si l’univers est infini (il contient une infinité d’étoiles) et homogène (= même répartition des astres partout) et éternel (les étoiles ont toujours existé) alors, quelle que soit la direction dans laquelle on regarde, il y a toujours une étoile... donc le ciel devrait être uniformément lumineux ! Comme dans une forêt infinie : quelle que soit la direction, notre regard tombe toujours sur un tronc d’arbre ! C’est le fameux paradoxe d’Olbers (Heinrich Olbers, astronome allemand, 1758-1840) énoncé en 1823, mais qui avait déjà été remarqué par Képler, Halley (celui de la comète) et Cheseaux.

Voir un schéma :

http://www.obs-nice.fr/bijaoui/spica98/sld015.htm

Désolé, page périmée !

Dans ce site on apprend que d’autres astronomes (Fournier d’Albe et Charlier ) lèvent ce paradoxe en supposant que la structure de l’univers est hiérarchique et donc inhomogène : des groupes d’étoiles, puis des groupes de groupes etc.

On a cru lever le paradoxe en supposant l’existence d’un gaz remplissant l’univers,et absorbant partiellement la lumière des étoiles. Mais alors, ce gaz réémet de la lumière (loi de la physique) et on retrouve le problème initial.

Peut-on lever correctement ce paradoxe ?

Puisqu’il y a contradiction entre l’observation et la théorie, c’est qu’au moins l’une des hypothèses d’Olbers est fausse.

rappel des hypothèses : 1)univers infini 2)univers homogène 3)univers éternel

1) si l’univers est fini (c’est-à-dire de volume fini : il n’a pas forcément un bord, ex. un univers sphérique est fini mais sans bord)

alors, à moins qu’il soit rempli d’étoiles (collées les unes contre les autres, ce qui est exclu !), il y a des directions dans lesquelles le regard ne rencontre aucune étoile.

Celà explique bien pourquoi il fait noir la nuit : le paradoxe est levé.

2) si l’univers est inhomogène : dans certaines directions il n’y a pas d’étoiles

3) Si 1) (infini) et 2) (homogène) sont justes (ce que tendent à prouver les observations récentes), c’est 3 qui est fausse.

En effet, dans la théorie actuelle du Big bang, l’univers n’est pas éternel ; il est né il y a 10 à 20 milliards d’années. Les étoiles sont nées progressivement, il y en a encore qui naissent aujourdh’ui

De plus on sait que la vitesse de la lumière est finie, elle vaut 300 000 kilomètres par seconde. (expériences, et posé comme principe (vérifié par ses conséquences) par Einstein dans la théorie de la relativité)

alors, la lumière met un certain temps pour venir d’une étoile jusqu’à nous. Par exemple, la lumière de l’étoile la plus proche (à part le soleil) , met quatre ans et quatre mois à nous parvenir (on voit donc cette étoile telle qu’elle était il y a quatre ans). donc quand on regarde l’univers, on regarde dans le passé ! plus l’objet regardé est lointain, plus on "remonte" le temps.

l’étoile la plus lointaine qu’on puisse observer est une étoile née peu après le Big Bang, donc éloignée au maximum de 20 milliards d’années lumière de nous. cette limite est appelée notre "horizon cosmologique" : on ne peut pas voir plus loin !

"A.Maeder, de l’Observatoire de Genève, a calculé que pour que le ciel nocturne soit aussi brillant que le Soleil, il faudrait soit que la densité des étoiles dans l’espace, soit que la durée de vie moyenne des étoiles, fut de l’ordre de cent milliards de fois plus grande !"

(Professeur Bernard Hauck, page consacrée à la question "Pourquoi le ciel est-il noir la nuit ?" http://www.unil.ch:8080/sc/pages/bazar/articles/phys/astronomie/cielnoir.htm)

Bibliographie sur le paradoxe d’Olbers (voir dans librairies, bibliothèques et bibliothèques universitaires) :

la physique et l’infini, Jean-Pierre Luminet, Marc lachièze-Rey, collection Dominos, Flammarion.

Le noir de la nuit, E.Harrison, collection points Sciences seuil n° 123

L’écrivain et poète Edgar Allan Poe a évoqué (et résolu ! ) ce paradoxe dans l’un de ses ouvrages (ppas trouvé lequel)

Pour en savoir plus : http://www.unil.ch:8080/sc/pages/bazar/articles/phys/astronomie/cielnoir.htm (déjà cité, très complet))

http://nimbus.univ-lyon1.fr/ ga/optionINSA/cosmo_3.html