Messier 44 : un amas stellaire jeune et proche

Messier 44, surnommé l’amas de la Crèche (Praesepe en latin) ou encore l’amas de la Ruche, est un amas ouvert contenant près d’un millier de jeunes étoiles nées il y a environ 700 millions d’années, soit seulement 15 % de l’âge de notre Soleil. Sa distance est de l’ordre de 600 années-lumière, ce qui en fait l’un des amas ouverts les plus proches de nous. Son âge, sa distance, mais également la direction de son mouvement propre, laissent à penser qu’il provient de la même nébuleuse gazeuse qu’un autre amas ouvert célèbre, situé dans la constellation du Taureau : les Hyades.

Messier 44 se trouve au beau milieu de la constellation du Cancer. Cette discrète constellation zodiacale est bordée par les constellations du Lion (à l’est) et des Gémeaux (à l’ouest). Sa forme ressemble à un « Y » à l’envers, d’une envergure de près de 20°. Au centre des trois branches de ce « Y », quatre étoiles forment un quadrilatère d’environ 2,5° de côté : δ Cnc, γ Cnc, η Cnc et θ Cnc. Si les deux premières, respectivement de magnitude 3,9 et 4,7, sont aisément perceptibles à l’œil nu, il est préférable d’utiliser des jumelles pour voir les deux dernières, de magnitude 5,3, qui forment le côté droit du rectangle. Dans des jumelles grossissant 10 fois, ce quadrilatère tient entièrement dans le champ de vision. On y distingue immédiatement, comme enfermé à l’intérieur, M44, légèrement excentré vers l’est.

Forts grossissements s’abstenir !

Compte tenu de sa relative proximité, M44 présente une taille apparente considérable de 1,5°, soit l’équivalent de 3 fois la pleine lune. Sous un ciel bien noir et grâce à sa magnitude de 3,1, il apparaît à l’œil nu sous l’aspect d’une large tache pâle et blanchâtre. Autant dire que pour admirer cet objet étendu du ciel profond, il est inutile, et même déconseillé, d’employer des instruments à longue focale procurant des grossissements élevés. On ne verrait alors qu’une partie des étoiles qui constituent l’amas sans pouvoir apprécier l’esthétique générale de l’ensemble. Cela reviendrait à vouloir admirer un tableau de maître en collant son nez sur la toile !

Des jumelles grossissant de 7 à 10 fois sont un instrument idéal pour apprécier la beauté de ce joyau. Elles suffisent à transformer la tache diffuse perçue à l’œil nu en plusieurs dizaines d’étoiles serrées dont la plupart affichent une magnitude de 6 à 6,5. Pour une expérience encore plus saisissante, on peut recourir à une lunette ou un télescope, à condition d’utiliser un faible grossissement (inférieur à 40 fois), de telle sorte que l’amas occupe le champ visuel apparent sans toutefois le dépasser. Citons quelques exemples de configurations bien adaptées à cette observation : une lunette de 70/700 ou un télescope de 150/750 muni d’un oculaire de 20 mm ; un télescope de 114/900 ou de 200/1000 avec un oculaire de 25 mm (ces exemples de configurations sont établis pour des oculaires classiques dont le champ apparent est de 45°/50° – type Plössl ou Super Plössl. Des oculaires à champ plus large permettront d’englober l’amas avec des grossissements supérieurs). Les étoiles apparaîtront alors bien plus nombreuses encore (entre 100 et 200), brillantes, pour l’essentiel, d’un magnifique blanc bleuté.

Rapprochement serré avec Mars les 4 et 5 mai

Sa proximité avec l’écliptique (à peine plus de 1°) vaut à Messier 44 d’être « visité » de temps à autre par les astres de notre système solaire. C’est précisément ce que fera Mars début mai. Dès le 3 mai, la planète rouge sera à moins de 1 degré au nord-ouest de l’amas. Malheureusement, le premier quartier de lune s’invite à la fête, 2 degrés plus à l’ouest, et son halo de lumière rend difficile l’observation du rapprochement ce soir-là. Le lendemain, 4 mai, les conditions sont nettement plus favorables. La Lune prend ses distances vers l’est et devient moins gênante. Dans le même temps, Mars s’approche davantage de M44 et vient quasiment au contact des étoiles situées à sa périphérie au nord-ouest. Dans une lunette ou un télescope de type newton à faible grossissement (voir plus haut), en décalant légèrement l’amas vers la partie supérieure droite du champ de l’oculaire, la planète apparaîtra au bord du champ inférieur gauche. Le 5 mai, Mars se décale légèrement vers l’est. Elle se trouve maintenant juste au-dessus de l’amas et frôle à nouveau ses étoiles les plus au nord. Les 4 et 5 mai sont les deux meilleurs soirs pour observer ce rapprochement serré. Vers 23 h (heure légale en France), la scène se déroule à une quarantaine de degrés au-dessus de l’horizon ouest-sud-ouest ; une situation idéale. Les jours suivants, Mars s’éloigne progressivement vers l’est, mais le 6, elle est encore à moins de 1° de l’amas de la Ruche, soit le même écart que le 3, mais cette fois la planète est positionnée au nord-est de l’amas.

Lors de ce transit, notre voisine se trouve à environ 220 millions de kilomètres. Son diamètre atteint 6,5 secondes d’arc (un peu moins de la moitié de ce qu’il était en janvier), et sa magnitude est encore de 1. Elle est donc bien visible à l’œil nu, brillante en comparaison de la lueur diaphane de l’amas situé en arrière-plan. Dans des jumelles, la vue sera plus attrayante, car l’amas sera en partie résolu. Et dans une lunette ou un télescope, le spectacle sera véritablement magnifique. Mars apparaîtra comme un minuscule confetti surplombant la grouillante ruche de Messier 44, sa chaude teinte rougeâtre contrastant avec la lumière glacée des étoiles.

Lire le 4^e épisode : « Temps mesurés, temps démesurés – I »

Cette mesure a très vite permis d’organiser la société. Pour cela, les hommes ont créé des dispositifs de plus en plus ingénieux pour mesurer le temps à l’aide de phénomènes physiques bien choisis. Les liens entre la mesure du temps et l’astronomie sont d’ailleurs des plus anciens. C’est pour cette raison que la mesure du temps et la mesure de l’espace ont souvent été regroupées dans les observatoires astronomiques. Et cette intrication de l’espace et du temps est encore plus prégnante dans le cadre de la théorie de la relativité d’Einstein. Ce feuilleton est donc dédié à la mesure du temps, à la suite de celui consacré à la mesure du ciel.

De l’astronomie aux horloges atomiques, une fabuleuse épopée de la mesure du temps

Depuis l’Égypte antique, les humains ont déployé des techniques et stratégies remarquables pour repousser les limites de précision de la mesure du temps.

Dans cette conférence, vous découvrirez comment au milieu du xx^e siècle, la physique quantique a supplanté l’astronomie pour réaliser des mesures du temps avec des horloges atomiques dont les précisions actuelles atteignent 18 chiffres, ce qui correspond à une dérive de seulement une seconde au bout de 15 milliards d’années. Cette précision n’est pas ultime et devra encore être améliorée pour répondre à de grands enjeux de la science et de la société, avec un nécessaire changement de la définition de l’unité de temps, la seconde, prévu dans la prochaine décennie.

Cette édition a débuté dans les années 1990, et de nombreux volumes ont été publiés par ou avec des membres de l’ex-SYRTE (Michelle Chapront, Jean Souchay, Françoise Launay, Irène Passeron, Marie Jacob). Des membres du LTE contribuent à cette édition au format papier et numérique (Jean Souchay, Christophe Schmit).

L’émission fait le point sur notre connaissance actuelle de l’identité de Jean Le Rond D’Alembert et dresse un panorama de ses œuvres en mathématiques, en mécanique, en physique, sa contribution à l’Encyclopédie, etc., leur inscription dans les débats de l’époque, les contextes académiques (Académie des sciences, Académie française). Il s’agit aussi d’évoquer les publications en cours des Œuvres complètes de Jean Le Rond D’Alembert sous format papier et en partie numérique, avec dans ce dernier cas, le projet en cours de l’Enccre.

On peut exprimer ce principe d’une autre façon : la masse inertielle, qui représente et quantifie la manière dont un objet va se déplacer sous une sollicitation externe (quelle que soit l’origine de cette sollicitation externe : électrique, musculaire, magnétique… ou gravitationnelle) est fondamentalement la même masse qui représente et quantifie la manière dont la gravitation locale va interagir avec l’objet. Dans le premier cas, il ne s’agit que de se déplacer dans le temps et l’espace alors que, dans le deuxième, il ne s’agit que de l’effet de la gravitation. L’équivalence entre ces deux phénomènes, qui pourraient être a priori complètement indépendants, a permis à Albert Einstein de suggérer que la gravitation n’est pas une véritable force, mais la conséquence de la déformation de l’espace-temps dans lequel l’objet se déplace. Quelle qu’en soit l’interprétation, il est établi, dans la limite de nos capacités expérimentales et observationnelles, que, dans le vide, plume et plomb tombent de la même façon et atterrissent simultanément.

Galilée et le principe d’équivalence

Ce principe est connu depuis plusieurs siècles, Galilée l’a énoncé dans son Discours concernant deux sciences nouvelles dès 1638. Galilée est donc régulièrement cité dans beaucoup de conférences décrivant le principe d’équivalence où, en introduction, on représente le scientifique associé à la tour de Pise, généralement en train de faire tomber deux objets. Pourtant, comme la pomme de Newton, il est à peu près admis que cette expérience n’a jamais eu lieu.

Elle a, certes, été décrite dans la biographie rédigée en 1654 par son disciple, Vincenzo Viviani, le Racconto istorico sulla vita di Galileo : « En ce temps-ci (1589-1590), il fut convaincu que l’investigation des effets de la nature exige nécessairement une connaissance vraie de la nature du mouvement, conformément à l’axiome la fois philosophique et vulgaire ignorato motu ignoratur natura (celui qui ignore ce qu’est le mouvement, ignore ce qu’est la nature) ; c’est alors que, à la grande indignation de tous les philosophes, il démontra – à l’aide d’expériences, de preuves et de raisonnements exacts – la fausseté de très nombreuses conclusions d’Aristote sur la nature du mouvement ; conclusions qui, jusqu’alors, étaient tenues pour parfaitement claires et indubitables. Ainsi, entre autres, celle que les vitesses de mobiles de même matière, mais inégalement lourds et se mouvant à travers le même milieu, ne suivent aucunement la proportion de leur gravité, ainsi qu’il est dit par Aristote, mais se meuvent tous avec la même vitesse. Ce qu’il démontra par des expériences répétées, faites du sommet du clocher de Pise, en présence de tous les autres professeurs et philosophes de toute l’Université. » Mais ce récit, percutant et imagé, n’est pas cohérent avec d’autres faits avérés de la vie de Galilée… Ce texte parle sans doute d’une expérience de pensée, énoncée pour mieux glorifier le grand homme, particulièrement efficace puisque l’image mentale a traversé les siècles.

Donc, pour convaincre ses contemporains que l’affirmation attribuée à Aristote « Le gland tombe plus vite que la feuille de chêne » était fausse (dans le vide), Galilée n’a pas laissé tomber des objets du haut de la tour de Pise. Notamment, parce que Giorgio Coresio ou Vincenzo Renieri l’avaient expérimenté à la même époque en rapportant que « la plus grosse devançait la plus petite » comme le prédisait Aristote, tout simplement parce que le frottement de l’air (notamment le vent) perturbe la chute des objets au point de donner à l’expérience une conclusion erronée. Face à ce constat, Galilée avait l’intime conviction qu’il devait s’y prendre autrement : par une démarche scientifique nouvelle mêlant expériences de pensée et expérimentations rigoureuses.

Dans le Discours concernant deux sciences nouvelles, Galilée explicite l’expérience de pensée qui lui permet de contredire Aristote. Ce texte est un dialogue entre trois personnages nommés Salviati, Sagredo et Simplicio. Suivant le point de vue de Galilée, Salviati décrit une expérience de pensée prouvant que les affirmations d’Aristote sont paradoxales : « Mais s’il en est ainsi, et s’il est vrai encore qu’une grande pierre se meut, par exemple, avec huit degrés de vitesse et une plus petite avec quatre degrés, il s’ensuivra, si on les attache, que l’ensemble se mouvra avec une vitesse inférieure à huit degrés ; or les deux pierres, réunies, forment une pierre plus grande que celle qui se mouvait avec huit degrés de vitesse, et la plus grande se meut par conséquent moins vite que la plus petite, ce qui va contre votre supposition. Vous voyez donc comment, si vous supposez qu’un mobile plus grave se meut plus vite qu’un mobile moins grave, j’en conclus, de mon côté, qu’un mobile plus grave se meut moins vite. » En résumé, imaginons deux cubes de même composition. Si l’on suit le raisonnement d’Aristote, le plus petit doit tomber plus lentement que le plus grand. Maintenant, si l’on met le plus grand au-dessus du plus petit en les attachant : que va-t-il se passer ? Il serait logique que le plus petit freine la chute du plus grand, l’ensemble des deux cubes devrait donc tomber plus lentement que le grand cube. Mais, d’un autre côté, cet ensemble est plus lourd que chaque cube isolé ; il devrait donc tomber plus rapidement que le grand cube. Il y a contradiction ! Galilée en déduit, avec justesse, que les différences de temps de chute observées par les expériences pisanes ont pour origine le frottement de l’air : « Ayant vu, dis-je, tout cela, j’en arriverai à cette opinion que si l’on éliminait complètement la résistance du milieu, tous les corps tomberaient à d’égales vitesses. »

Galilée cherche à mettre au point une expérience de chute des corps qui permettra de vérifier ses intuitions et de convaincre ses contemporains : « L’expérience qui consiste à prendre deux mobiles de poids aussi différents que possible et à les lâcher d’une hauteur donnée pour observer si leurs vitesses sont égales. » Mais l’expérience ne doit pas être perturbée par le vent et les frottements. Galilée explique qu’il choisit d’observer une chute de faible hauteur pour limiter ces effets. La difficulté réside alors dans la capacité de faire des mesures sur des durées aussi courtes. Il contourne ce problème en observant l’évolution de pendules pesants : « En fin de compte j’ai pris deux boules, l’une de plomb et l’autre de liège, celle-là au moins cent fois plus lourde que celle-ci, puis j’ai attaché chacune d’elles à deux fils très fins, longs tous deux de quatre ou cinq coudées ; les écartant alors de la position perpendiculaire, je les lâchais en même temps. » Le résultat de ces expériences est sans ambigüité : « une bonne centaine d’allées et venues, accomplies par les boules elles-mêmes, m’ont clairement montré qu’entre la période du corps pesant, et celle du corps léger, la coïncidence est telle que sur mille vibrations comme sur cent, le premier n’acquiert sur le second aucune avance, fût-ce la plus minime, mais que tous deux ont un rythme de mouvement rigoureusement identique. » L’expérience de pensée et l’expérimentation ingénieuse de Galilée convergent donc sur une même conclusion, en opposition avec la croyance d’Aristote : la chute libre est universellement identique pour tous les corps.

Mais Galilée ne s’arrête pas à cette victoire. Pendant plus de cinquante ans, il cherchera à comprendre les mécanismes de la gravitation.

Galilée et la mesure de la chute des corps

Dans le but de mesurer le mouvement d’un objet en chute libre, Galilée construit une sorte de gouttière pouvant tenir dans une pièce fermée permettant de faire rouler avec le moins de frottement possible les objets soumis à la pesanteur : « Dans une règle, ou plus exactement un chevron de bois, long d’environ 12 coudées, large d’une demi-coudée et épais de 3 doigts, nous creusions un petit canal d’une largeur à peine supérieur à un doigt, et parfaitement rectiligne ; après l’avoir garni d’une feuille de parchemin bien lustrée par le rendre aussi glissant que possible, nous y laissions rouler une boule de bronze très dure, parfaitement arrondie et polie. Plaçant alors l’appareil dans une position inclinée, en élevant l’une de ses extrémités d’une coudée ou deux au-dessus de l’horizon, nous laissions, comme je l’ai dit, descendre la boule dans le canal, en notant, selon une manière que j’exposerai plus loin, le temps nécessaire à une descente complète. » Ce montage a été représenté dans une fresque de Giuseppe Bezzuoli et a été reproduit au Museo Galileo de Florence où il trône dans la même pièce que les (véritables) lunettes astronomiques ainsi que les reliques de deux doigts du scientifique.

Avec un tel système, Galilée ambitionne de mesurer l’évolution de la vitesse de la boule pendant sa chute. Il propose que, pendant la chute libre, la vitesse des objets augmente de manière linéaire, c’est-à-dire que le mouvement est uniformément accéléré : « Si un mobile, partant du repos, tombe avec un mouvement uniformément accéléré, les espaces parcourus en des temps quelconques par ce même mobile sont entre eux en raison double des temps, c’est-à-dire comme les carrés de ces mêmes temps. »

Mais son expérience a un inconvénient : la gouttière est beaucoup plus petite qu’une tour. Le temps de chute est donc très court (de l’ordre de la seconde). Or Galilée ne dispose pas de chronomètre lui permettant de faire des mesures de haute précision. Il réussit pourtant à vérifier la loi de la chute des corps avec obstination :

• Dans une première série de mesures, il utilise son pouls pour déterminer la durée de chute : « l’expérience était recommencée plusieurs fois afin de déterminer exactement la durée du temps, mais sans que nous découvrîmes jamais de différence supérieure au dixième d’un battement de pouls. La mise en place et cette première mesure étant accomplie, nous faisions descendre la même boule sur le quart du canal seulement : le temps mesuré était toujours rigoureusement égal à la moitié du temps précédent. Nous faisions ensuite varier l’expérience, en comparant le temps requis pour parcourir la longueur entière du canal avec le temps requis pour parcourir sa moitié, ou les deux tiers, ou les trois quarts, ou toute autre fraction ; dans ces expériences répétées une bonne centaine de fois, nous avons toujours trouvé que les espaces parcourus étaient entre eux comme les carrés des temps, et cela quelle que soit l’inclinaison du plan, c’est-à-dire du canal, dans lequel on faisait descendre la boule. »
• Dans un deuxième temps, il cherche à améliorer les résultats en utilisant un système analogue au principe des clepsydres : « Pour mesurer le temps, nous prenions un grand seau rempli d’eau que nous attachions assez haut ; par un orifice étroit pratiqué dans son fond s’échappait un mince filet d’eau que l’on recueillait dans un petit récipient, tout le temps que la boule descendait dans le canal. Les quantités d’eau ainsi recueillies étaient à chaque fois pesées à l’aide d’une balance très sensible, et les différences et proportions entre les poids nous donnaient les différences et proportions entre les temps ; la précision était telle que, comme je l’ai dit, aucune discordance significative n’apparut jamais entre ces opérations, maintes et maintes fois répétées. »
• Galilée utilise enfin l’instrument qui lui permettra la mesure la plus fine du temps de chute de la boule : une oreille musicienne ! Tout d’abord, il constate que : « Les espaces parcourus en des temps égaux par un mobile partant du repos ont entre eux même rapport que les nombres impairs successifs à partir de l’unité. » (la distance totale parcourue étant proportionnelle au temps au carré : [(n + 1)² − (n)²]Δt = (2n + 1)Δt). Il lui suffit donc de placer des clochettes à des distances croissant comme les nombres impairs, pour que la boule, en tombant, les heurte à des temps constants. La régularité des tintements des clochettes assure que la chute de la boule suit la loi recherchée avec la meilleure des précisions.

À l’aide d’expériences de pensée, Galilée a formulé la loi physique de la chute des corps et son intuition est vérifiée avec une précision remarquable lorsque l’on considère les moyens de l’époque. Sans horloge de précision, Galilée a réussi à déterminer les caractéristiques de la chute des corps en développant une variété de stratégies expérimentales innovantes et ingénieuses. Dans le cas du pendule pesant et de l’expérience avec clochettes, on peut remarquer que l’expérimentateur prend le rôle d’un « compteur » relevant les battements d’un « oscillateur » (pendule ou tintement) de fréquence, par hypothèse, fixe ; il est possible d’y voir les prémices d’une horloge. Malgré l’invention de chronomètres mécaniques de plus en plus sophistiqués, l’expérience de la chute reste un défi expérimental pendant deux siècles pour lequel peu d’innovation est apportée. En 1833, Arthur Morin apporte à cette expérience un point de vue innovant : l’enregistrement du dessin de la trajectoire parabolique.

La machine de Morin

Après avoir fait ses études à l’École Polytechnique, Arthur Morin (1795 à Paris – 1880 à Paris) devient ingénieur militaire. Spécialiste de génie mécanique, il s’intéresse à une multitude de machines dont il mesure le frottement, détermine les rendements et efficacités. Il développe des méthodes pour quantifier les résultats de ses expériences, notamment des enregistreurs automatiques à stylet pour relever les courbes de différents mouvements.

En 1833, sur une suggestion de Jean Victor Poncelet (d’après la Société des Amis de la Bibliothèque de l’École Polytechnique), il met au point une machine pour mesurer la chute des corps, appelée « Machine de Morin ». Cette machine, de la taille d’un homme adulte, est constituée d’un dispositif de chute libre et d’un enregistreur du mouvement :

• Le dispositif de chute libre est constitué d’un obus de fonte que l’on peut lâcher du haut de la machine, pouvant descendre jusqu’au pied de celle-ci. Sa trajectoire est contrainte par des fils métalliques tendus auxquels il est attaché. Sur l’obus, un stylet, avec une petite réserve d’encre, est fixé perpendiculairement à lui.
• L’enregistreur est composé d’un cylindre vertical ayant quasiment la taille de la machine. Le principe est de lui fixer une grande feuille de papier l’entourant entièrement. Le stylet de l’obus peut ainsi déposer de l’encre sur la feuille pour tracer la trajectoire de ce dernier.

Toute l’astuce de la machine réside dans le fait que le cylindre peut tourner de manière régulière grâce à un système mécanique très simple : le cylindre est mis en mouvement par des engrenages, eux-mêmes entraînés par un poids par le biais d’une corde. Le poids est amené en haut de la machine avant l’expérience par une manivelle et est lâché juste avant le début de l’enregistrement, provoquant le mouvement de l’ensemble. Pour que la rotation du cylindre puisse devenir régulière (c’est-à-dire à vitesse constante), des ailettes sont placées en haut de la machine, aux engrenages.

Le protocole expérimental est le suivant : le poids et l’obus sont remontés au plus haut de la machine, puis le poids est lâché. Cela engendre la rotation du cylindre et des ailettes : après un court moment d’accélération, la rotation devient constante par frottement de l’air. L’expérimentateur a alors le temps de lâcher l’obus, qui tombe et trace une courbe sur la feuille avec le stylet.

La courbe obtenue est un graphe dont l’abscisse est proportionnelle au produit du temps par la vitesse de rotation du cylindre. Si l’expérience est soigneusement mise en œuvre, cette vitesse est constante : l’abscisse est proportionnelle au temps t. L’ordonnée du graphe est la hauteur du stylet h, limitée par la hauteur du cylindre. La courbe obtenue illustre donc directement l’équation si chère à Galilée : h = 1/2 g t², où g est l’accélération locale due à la pesanteur (environ 9,81 m/s² à Paris). La courbe obtenue est une parabole.

D’une simplicité et d’une efficacité remarquables, la machine de Morin a eu une grande popularité et a été produite en nombre pour des usages pédagogiques. Elle a trouvé sa place dans les salles de tous les grands lycées et des exemplaires sont encore présents dans les collections de plusieurs d’entre eux. Une machine dans un état magnifique est visible au musée des Arts et Métiers, dans la chapelle, juste à côté du pendule de Foucault.

Dans les années 1960, le dispositif a été amélioré en remplaçant les engrenages par un moteur électrique, permettant une rotation régulière immédiate et plus rapide. La machine peut alors avoir une taille réduite et être utilisée sur une paillasse. On retrouve l’usage de cette machine dans le Bulletin de l’union des physiciens (BUP n^o 715, juin 1989, p. 751-754 : « Expérimentation d’une nouvelle épreuve de sciences physiques au baccalauréat » – A.-M. Lestrade, J. Tinnès) pour des suggestions de TP en lycée en 1989, plus de 150 ans après son invention…

Comme l’expérience des clochettes de Galilée, la machine de Morin est une vérification directe et immédiate de l’expression de loi de la chute des corps pour la totalité du mouvement. Une seule expérience, une seule mesure, suffit à mettre en évidence le mouvement parabolique, sans utiliser d’horloge de précision.

Avec le développement du spatial, des interféromètres, des atomes froids, des horloges atomiques, les moyens expérimentaux permettent maintenant d’atteindre des précisions extrêmes. En étant partie prenante de missions telles que MICROSCOPE, PHARAO-ACES ou LISA, les équipes du LTE poursuivent les tests expérimentaux de la gravitation et de la relativité générale dans la lignée de ces illustres précurseurs.

Cette mission spatiale de l’ESA et du CNES embarque plusieurs instruments de mesure du temps, dont PHARAO (Projet d’Horloge Atomique par Refroidissement d’Atomes en Orbite).

Cet ensemble sera installé à l’extérieur du module européen Columbus de l’ISS, en position nadir, permettant la transmission de signaux micro-ondes (MWL) et laser (ELT) vers des stations au sol équipées d’horloges atomiques. Cette configuration facilitera la comparaison entre les horloges spatiales et terrestres.

C’est une expérience de physique fondamentale inédite ! Aujourd’hui, les horloges atomiques au sol ont atteint une précision telle qu’elles ne dérivent que d’une seconde tous les 50 millions d’années. L’horloge Pharao dont il est question ici ne dérivera d’une seconde que dans 300 millions d’années. Cette précision est rendue possible, car les atomes froids des horloges atomiques tombent en chute libre dans l’espace. Il est alors plus facile de mesurer la seconde et de faire de nombreux tests qui viendront éprouver la théorie de la relativité générale, valider de nouvelles technologies spatiales, affiner les échelles de temps mondiales.

Le rôle du LTE et du LNE-OP dans la mission

Le LNE-OP, rattaché au Laboratoire Temps Espace (LTE), joue un rôle essentiel dans cette mission. Spécialisé en métrologie du temps et des fréquences, c’est un acteur clé dans la conception des fontaines atomiques, des horloges à atomes froids de césium et des nouvelles générations d’horloges optiques, qui définissent avec une précision extrême l’unité de la seconde.

Le LTE a été l’un des principaux contributeurs au développement de PHARAO. Ses équipes ont participé à la définition des principes de fonctionnement de l’horloge, à la mise en place des protocoles expérimentaux pour garantir sa précision et sa stabilité, ainsi qu’aux tests au sol pour valider ses performances avant son intégration sur l’ISS.

Le LTE est également responsable de l’analyse des mesures issues de PHARAO et du lien micro-ondes (MWL). Son expertise en traitement du signal et en synchronisation des horloges lui permettra de comparer PHARAO avec les meilleures horloges terrestres, afin d’affiner la mesure du temps et d’explorer des effets relativistes.

Rendez-vous en mai pour les premiers résultats !

Cette difficulté tient au fait que son atmosphère masque le cœur de la planète.

Une équipe de chercheurs de l’Observatoire de Paris a trouvé une nouvelle méthode pour déterminer la vitesse de rotation d’Uranus avec une précision 1 000 fois plus grande, et il se trouve qu’elle tourne moins vite que ce que nous pensions.

La mesure se basait jusqu’ici sur les données obtenues par le survol de la sonde Voyager 2 en 1986. Quand alors la vitesse était calculée sur la base des données relatives au champ magnétique d’Uranus, la méthode actuelle a utilisé les aurores observées dans l’ultraviolet par le télescope spatial Hubble. Ces données permettent de retrouver la position des pôles magnétiques et d’en déduire la rotation interne de la planète.

Le LTE a participé à la mise en œuvre de cette mesure en mettant à disposition un outil de calcul d’éphémérides qui permet l’exploitation de données enregistrées sur le long terme, celles de Voyager 2 comme celles d’Hubble.

Cette nouvelle méthode ouvre de nouveaux champs pour la recherche en planétologie, sur les systèmes exoplanètes-étoiles, et cette précision accrue de l’éphéméride sera indispensable à la préparation de nouvelles missions spatiales sur Uranus qui apporteront à leur tour de nouvelles données.

Cette découverte a donné lieu à la parution d’un article paru dans la revue Nature Astronomy le 7 avril 2025, vous trouverez ci-dessous le communiqué de presse de l’Observatoire de Paris et le lien vers l’article.

Les météorites primitives, appelées « chondrites carbonées », sont les fragments d’astéroïdes qui n’ont pas subi de fusion ou de différenciation significative. Leur composition chimique reflète fidèlement celle des matériaux présents dans le Système solaire primitif, avec des rapports chimiques très similaires à ceux observés dans la photosphère du Soleil. Or, après l’étude de près de 8 000 échantillons de météorites, le constat est tout aussi clair que surprenant : les météorites carbonées ne composent que 4 % de ces corps tombés sur Terre.

Pourquoi ? Nous vous invitons à lire le communiqué de presse de l’Observatoire de Paris, et pour les plus motivés l’article lui-même, pour comprendre comment l’étude répond à cette question. Elle donne deux explications principales à ce phénomène : la première concerne la fragmentation thermique qui a lieu lors de leurs passages à proximité du Soleil, et la seconde serait le filtrage par l’atmosphère terrestre qui serait particulièrement efficace sur les corps carbonés, car ils sont plus fragiles.

Voici le genre d’étude qui nous permet d’avancer un peu plus vers la compréhension de la formation des corps des systèmes planétaires, dans notre système solaire comme dans les autres !

Cette année, la période favorable s’étend du 6 mai au 11 mai. Chaque soir, le Soleil est un peu plus haut sur l’horizon : les meilleurs endroits pour l’observation sont donc plutôt en bas de l’avenue en début de période et en haut de l’avenue en fin de période. Aussi, le diamètre apparent de l’arche s’agrandit au fur à mesure que l’on remonte l’avenue : la taille apparente du Soleil est ainsi plus grande que l’arche en bas de l’avenue et plus petite à partir du rond-point des Champs-Élysées. C’est aux environs de ce dernier que Soleil et arche partagent la même taille apparente.

Même si l’alignement est visible partout le long de l’avenue, nous distinguons ici deux endroits pour le calcul du passage du Soleil sous l’Arc de Triomphe : la place de la Concorde et le rond-point des Champs-Élysées. Les horaires sont donnés à la minute, car ils peuvent varier de plusieurs secondes selon votre position.

Depuis le rond-point des Champs-Élysées

• 8 mai à 19 h 05 UTC (Soleil en bas de l’arche) ;
• 9 mai à 19 h 04 UTC (Soleil au milieu de l’arche) ;
• 10 mai à 19 h 03 UTC (Soleil au milieu de l’arche) ;
• 11 mai à 19 h 02 UTC (Soleil en haut de l’arche).

Depuis la place de la Concorde

• 6 mai à 19 h 07 UTC (Soleil au bas de l’arche) ;
• 7 mai à 19 h 06 UTC (Soleil au milieu de l’arche) ;
• 8 mai à 19 h 05 UTC (Soleil en haut de l’arche).

Il est aussi possible de voir le passage du Soleil plus haut dans l’avenue les soirs suivants, mais le Soleil est d’apparence plus petite par rapport à l’arche.

Les jours les plus favorables sont donc le 7 mai pour la place de la Concorde et les 9 et 10 mai pour le rond-point des Champs-Élysées. Notez qu’en raison des commémorations du 8 mai, un drapeau est généralement présent sous l’arche à cette période.

Enfin, ces alignements sont également observables début août.

Depuis Fécamp

« Le Seestar a 3 positions, vidéo, photo et time-lapse. La mise au point (autofocus), et les réglages se font en position photo et le temps de pose n’est pas mémorisé, mais de souvenir, et je l’ai refait aujourd’hui, j’étais sur 2 ou 3 ms, et 30/40 de gain. Ensuite, on bascule sur le time-lapse, qui a une prise de vue automatique de 1 image (de 2/3 ms) par seconde. C’est « compressé » à × 30, c’est-à-dire que 30 secondes de prise d’images deviennent 1 s sur la time-lapse. J’ai coupé les time-lapse toutes les 10 min, pour éviter de tout perdre en cas de soucis. J’ai aussi coupé quelques nuages au passage, mais très brièvement. J’ai ensuite assemblé le tout. Résultat, les 1 h 50 min d’éclipse se traduisent par 3 min 36 s de vidéo. »

Depuis Nivillac (56)