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Découverte de l’hélium, validation d’une théorie d’Einstein… Trois éclipses solaires qui ont fait avancer la science

Les éclipses du Soleil ont permis plusieurs découvertes scientifiques. Franceinfo revient sur trois d’entre elles.

 

Quelques secondes de nuit en pleine journée. Les Etats-Unis s’apprêtent à profiter d’un phénomène rare, lundi 21 août : une éclipse totale du Soleil vatraverser le pays, le long d’une diagonale allant du Nord-Ouest au Sud-Est. Les scientifiques américains se réjouissent déjà à l’idée de pouvoir observer plus précisément l’astre. Et pour cause : les éclipses ont été à l’origine de plusieurs découvertes majeures ces derniers siècles. Franceinfo revient sur trois d’entre elles.

1860 : l’observation de la couronne du Soleil

L’astronome espagnol José Joaquin de Ferrer est le premier, en 1806, à employer le terme de « couronne » pour décrir le halo lumineux du Soleil, rapporte la Nasa (en anglais). La couche extérieure de l’astre n’est visible à l’œil nu que lors des éclipses totale, la luminosité étant trop forte le reste du temps pour que l’on puisse l’observer. Jusqu’au début du XIXe siècle, de nombreux scientifiques attribuent ce halo à l’atmosphère de la Lune.

Ce n’est qu’en 1836 que Francis Baily, un astronome amateur britannique, formule une théorie différente. Il observe des flashs de lumière au début et à la fin de l’éclipse totale, alors que la Lune passe devant le Soleil, indiqueFutura Sciences. Ce phénomène, baptisé « grains de Baily », est dû au passage de rayons du Soleil entre les cratères et les montagnes du satellite de la Terre. Le Britannique en déduit que la couronne observée pendant les éclipses n’est pas l’atmosphère de la Lune (qui est en fait quasi inexistante), mais celle de l’astre.

Cette hypothèse est confirmée en 1860, grâce à deux astrophysiciens partis chasser une éclipse totale en Espagne, selon l’Agence spatiale européenne (Esa). Le 1er janvier, le Britannique Warren De La Rue et l’Italien Angelo Secchi photographient le phénomène depuis deux sites distants de 500 km. Les deux images montrent des filaments solaires, des projections de plasma à la surface de l’astre. Les scientifiques arrivent, chacun de leur côté, à la même conclusion : ces protubérances, invisibles le reste du temps, ne peuvent appartenir qu’à l’atmosphère du Soleil, et non à celle de la Lune.

Une photographie de l\'éclipse totale du Soleil, prise par Warren De La Rue en Espagne, le 1er janvier 1860.
Une photographie de l’éclipse totale du Soleil, prise par Warren De La Rue en Espagne, le 1er janvier 1860. (UNIVERSALIMAGESGROUP / UNIVERSAL IMAGES GROUP EDITORIAL / AFP)

1868 : la découverte de l’hélium

Vingt ans plus tard, le Français Jules Janssen cherche à confirmer une théorie établie par Gustav Kirchhoff. Le physicien allemand a affirmé, en 1859, qu’il était possible de retrouver tous les éléments chimiques qui composent une étoile en observant son spectre lumineux. Le principe : associer chaque longueur d’onde à l’élément qui lui correspond, pour établir une sorte de « code barre » de l’astre, explique Forbes (en anglais).

Jules Janssen se rend à Guntur, dans le sud de l’Inde, armé d’un spectroscope. Cet instrument qui permet de séparer la lumière en différentes longueurs d’onde grâce à un prisme. Lors de son observation de l’éclipse solaire du 18 août 1868, il conclut que les filaments solaires sont principalement constitués d’hydrogène. Il remarque toutefois une ligne jaune vif, qui se démarque du reste du spectre.

Des filaments solaires et des projections de plasma sont observés à la surface de l\'astre le 25 juin 2004.
Des filaments solaires et des projections de plasma sont observés à la surface de l’astre le 25 juin 2004. (SEBASTIAN VOLTMER / AFP)

La plupart des scientifiques affirment qu’il s’agit du sodium. Jules Janssen décide toutefois de poursuivre ses observations du soleil. Pendant dix-sept jours, il scrute les filaments solaires grâce à son spectroscope, précise Futura Sciences. Il découvre que cet élément a une longueur d’onde inconnue jusqu’ici (587,49 nanomètres) et décide d’avertir l’Académie des sciences, en France. Sa lettre n’arrive que fin octobre à Paris. Au même moment, l’astrophysicien Joseph Lockyer fait des observations similaires au Royaume-Uni. L’Académie prend connaissance des découvertes des deux scientifiques le même jour, le 20 octobre 1868. Ils sont donc tous les deux crédités pour la découverte de ce nouvel élément, baptisé hélium en référence au nom grec du Soleil (« helios »). C’est pourtant bien Jules Janssen qui l’a observé en premier.

Ce n’est qu’en 1894 que l’hélium est découvert sur Terre, note Forbes. Alors qu’il tente de séparer du gaz argon d’un échantillon d’uranium, le chimiste William Ramsay découvre un autre gaz qu’il ne reconnaît pas. Ce dernier émet une longueur d’onde jaune vif lorsqu’on l’observe au spectroscope. William Ramsay contacte Joseph Lockyer, qui lui confirme que ce gaz correspond aux observations qu’il a faites de l’hélium, presque trente ans plus tôt.

Le spectre visible de l\'hélium, photographié par la Nasa.
Le spectre visible de l’hélium, photographié par la Nasa. (NASA)

1919 : la confirmation de la théorie de la relativité

L’éclipse solaire la plus célèbre dans le monde scientifique a été observée le 29 mai 1919. L’astronome britannique Arthur Eddington organise une expérience d’envergure. Il envoie ses équipes à deux points de la Terre : l’une au Brésil et l’autre sur l’île africaine de Principe, rappelle le Huffington Post. Chacune est chargée d’observer la position des étoiles près du disque solaire au moment de l’éclipse, grâce à d’imposants télescopes. La pluie manque de gâcher le spectacle. Mais, le moment venu, les astrophysiciens peuvent voir la Lune cacher le Soleil pendant sept minutes.

Les télescopes géants utilisés par l\'expédition scientifique d\'Arthur Eddington pour observer une éclipse totale du soleil depuis Sobral, au Brésil, le 29 mai 1919.
Les télescopes géants utilisés par l’expédition scientifique d’Arthur Eddington pour observer une éclipse totale du soleil depuis Sobral, au Brésil, le 29 mai 1919. (SCIENCE & SOCIETY PICTURE LIBRARY / SSPL / AFP)

Ils scrutent l’amas des Hyades, composé de centaines d’étoiles situé à 150 années-lumières de la Terre. Mais les scientifiques font une constatation étonnante : les Hyades, proches du Soleil au moment de l’éclipse, ne sont pas tout à fait à leur place. Leur lumière a été légèrement déviée, comme attirée par l’astre. Un phénomène qui n’est pas observable en temps normal, à cause de la luminosité du Soleil.

La découverte d’Arthur Eddington confirme la théorie de la relativité, formulée quatre ans plus tôt par Albert Einstein. Selon le physicien allemand, les rayons lumineux peuvent être déviés s’ils passent près d’une masse importante, comme celle du Soleil. En somme, l’espace-temps se comporterait comme un tissu qui se déforme légèrement sous le poids d’une sphère.

Une illustration de la théorie de la relativité de l\'espace-temps réalisée par la Nasa.
Une illustration de la théorie de la relativité de l’espace-temps réalisée par la Nasa. (NASA)

Avant l’expérience d’Arthur Eddington, cette théorie n’avait jamais été confirmée par une expérience. La luminosité du Soleil empêchait les scientifiques d’observer la courbure de la lumière d’étoiles lointaines, lorsqu’elles passaient près de l’astre. Il fallait donc attendre ces sept minutes d’obscurité pour faire passer Albert Einstein dans la postérité. Lors de l’éclipse totale de 2017, les astrophysiciens tenteront une nouvelle fois de percer les mystères du Soleil. Ils veulent notamment expliquer pourquoi la température de la couronne solaire est plus élevée que celle de la surface du soleil, précise CNN (en anglais).

 

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