Pourquoi la nuit est noire et le ciel est bleu ? Il n'y a pas de questions bêtes en astronomie

Commencer un article consacré à la lumière et à son importance pour la recherche astronomique en parlant des trous noirs peut paraître incongru. En effet, ces objets célestes dantesques sont si massifs qu'ils ne laissent pas s'échapper la lumière : " La gravité est tellement forte qu'il faudrait aller plus vite que la vitesse de la lumière pour s'en échapper" résume Eric Lagadec. Lors de ses conférences qu'il veut pédagogiques et amusantes, il dit souvent que les trous noirs sont "presque aussi denses qu'un kouign amann".

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Quand vous observez le ciel en Bretagne, il faut s'imaginer qu'il y a des milliards de trous noirs au-dessus de votre tête, invisibles par définition, mais plus indétectables. On sait désormais qu'il en a sans doute au centre de chaque galaxie. On a même réussi à faire l'image du trou noir géant qui trône au centre de notre galaxie pour la première fois en mai 2022 : "En fait, ce qu'on a réussi à faire, c'est l'image du gaz autour de ce trou noir, c'est un événement historique parce qu'on n'avait jamais vu encore ce trou noir qui fait 4 millions de fois la masse du soleil !"

Ces trous noirs se forment lorsque des étoiles particulièrement massives s'effondrent sur elles-mêmes. L'explosion gigantesque est appelée supernova, le reste de la matière se concentre dans un point extrêmement petit et extrêmement dense : une singularité où l'espace et le temps sont complètement différents, tordus, déformés.

Des trous noirs pas si effrayants

Dans la littérature et la conscience collective, un trou noir est souvent associé à un objet destructeur, un "avaleur de monde", alors qu'il n'en est rien : ce sont plutôt des objets stabilisateurs dans l'univers. Eric Lagadec résume : "Si un trou noir de la masse du soleil se trouvait à la place de notre étoile, l'orbite de la Terre serait la même, il ne faut pas les voir comme des aspirateurs géants".

L'étude de la lumière est à l'origine de 99,9% des découvertes astronomiques. Voilà pourquoi les télescopes terrestres et spatiaux étudient les différents spectres de la lumière visible et invisible et leurs interactions pour comprendre l'univers.

Pourquoi le ciel est bleu et la nuit est noire ? Pas si simple...

Et les couleurs du ciel sont parfois contre-intuitives ou surprenantes : "Si je vous montre une étoile bleue et une étoile rouge, la plupart des gens pensent que l'étoile rouge est plus chaude, comme dans une salle de bain". Erreur, dans l'espace, le bleu est la couleur du chaud alors que le rouge est celle du froid : "Une géante rouge, en général, c'est une étoile qui est en train de mourir et d'éjecter du gaz, elle est donc plus froide". Des différences de couleurs qui se constatent aussi pour le soleil et la lune : "Ils prennent de teintes rougeâtres lorsqu'ils se couchent, car la lumière émise ou réfléchie traverse une couche d'atmosphère plus importante".

Ce qui amène d'ailleurs à une autre question, qui peut paraître bizarre : pourquoi le ciel est bleu ou glaz ? "Certains me disent que c'est parce qu'il réfléchit la couleur de la mer, mais l'eau est transparente". L'explication vient de la décomposition de la lumière, qui va du bleu au rouge comme dans un arc-en-ciel : "L**es particules d'air ont tendance à dévier la lumière bleue, cette lumière bleue se retrouve donc de fait à l'opposée du soleil". Vous voilà prévenus si vous voulez faire de jolies photos de ciel bleu : tournez le dos au soleil.

...c'est encore une histoire de lumière

Le ciel est donc bleu, mais pourquoi la nuit est noire ? La question peut paraître là-aussi stupide, mais elle ne l'est pas du tout. Au contraire, le fait que la nuit soit noire ne coule absolument pas de source ! Certes, la nuit, le soleil est éclipsé, mais il y a des étoiles qui brillent dans le ciel. Beaucoup d'étoiles. Eric Lagadec nous propose une expérience de pensée : "Imaginez une forêt infinie. Partout où vous regardez, vous verrez des arbres, c'est pareil pour les étoiles, la lumière vient alors de toutes les directions, alors pourquoi la nuit est noire ?".

Partant du postulat des étoiles innombrables dans le ciel, "un chercheur français avait même calculé que la nuit devrait être presque plus brillante que le jour",** explique Eric Lagadec. Ce paradoxe d'une obscurité nocturne qui serait d'ailleurs plus un oxymore qu'un pléonasme vient de la lenteur (toute relative) de la lumière. Cela reste la chose la plus rapide de l'univers (300.000 km par seconde) mais à l'échelle de l'univers, cela reste lent : "La lumière met un certain temps à nous arriver, or l'univers est grand et jeune, la lumière n'a pas eu le temps d'arriver jusqu'à nous".

La pièce est trop grande, la lampe, trop faible. Cette idée n'est d'ailleurs pas venue d'abord d'un astrophysicien, mais d'un poète figure du romantisme américain : Edgar Allan Poe qui a le premier "senti" en 1848 que les étoiles devaient avoir un âge, un début et une fin.

La nuit est brillante mais invisible à nos yeux

La nuit noire est liée à un autre phénomène peut-être encore plus vertigineux. Lorsque le Big Bang s'est produit, la lumière a mis environ 380 000 ans à "briller". Auparavant, elle était coincée dans une sorte de brouillard d'électrons. Lorsque l'univers s'est refroidi, les électrons se sont accrochés aux atomes et la "lumière est partie". Depuis elle baigne dans tout l'univers, mais cette lumière n'est pas visible pour nos yeux, c'est de la lumière micro-ondes. "Si nous étions capables de voir l'univers avec des yeux micro-ondes, la nuit ne serait pas noire, elle serait très brillante", explique Eric Lagadec. Ce n'est donc pas la nuit qui est noire, mais nos yeux qui sont obscurs.

On estime d'ailleurs que 10% des petits points gris des anciens postes de télévision mal réglés proviennent de la lumière émise lors du Big Bang : "J'aime bien dire que c'est sûrement beaucoup plus intéressants que certaines émissions de télé actuelles", ironise le Breton.

Magellan : deux galaxies venues des mers

L'un des endroits où le ciel est le plus pur pour des observations impressionnantes, c'est évidemment la mer. Loin de toute pollution lumineuse, les voyages au large ont d'ailleurs permis des découvertes : les nuages de Magellan portent ainsi le nom du célèbre explorateur portugais, auteur du premier tour du monde : "Ces galaxies ont été découvertes par les Européens lors de ses voyages". Eric Lagadec est plutôt un Breton des terres : "L'oncle de mon père a vu la mer pour la première fois à plus de 70 ans, alors qu'il est né dans les Monts d'Arée" sourit-il.

Les marins se sont d'ailleurs longtemps repérés grâce aux étoiles, à grands coups de sextants. Aujourd'hui, l'espace reste essentiel dans la navigation puisque "les GPS modernes utilisent les quasars qui sont des noyaux actifs de galaxies à des millions d'années-lumière".

Le chercheur breton s'intéresse d'ailleurs à l'océanographie depuis son passage à Brest : "Je pense qu'il y a un parallèle entre l'exploration du ciel et des fonds marins. C'est une part de rêve". Deux espaces à préserver de la pollution de l'activité humaine (le plastique dans les océans, les débris de satellites dans l'espace). Deux espaces de découvertes et d'inconnues où l'obscurité cache bien des merveilles...

La carte du ciel de ce 24 juillet