Pourquoi fait-il noir la nuit ?

Les nuits sur Terre sont naturellement sombres. C’est cool. Nous pouvons dormir ou faire d’autres choses adaptées à l’obscurité. Le ciel sombre nous permet également de bien observer le grand univers et de nous demander comment tout a été créé. La réponse à la question « Pourquoi la nuit est-elle sombre ? » n’est pas aussi simple que « Parce que le soleil est couché ». Elle renvoie à l’origine de l’univers tel que nous le connaissons. Pas simple, mais magnifique.

Le paradoxe

Si l’univers était statique, infiniment vaste, éternel, et rempli d’un nombre infini d’étoiles, le ciel devrait toujours briller lorsque toutes les étoiles brillent. Les lumières des étoiles voyageraient dans toutes les directions et finiraient par toucher tous les coins de l’univers. Chaque point de la surface de chaque planète, y compris notre Terre, serait finalement baigné par la lumière des étoiles en permanence. La nuit ne devrait pas être sombre alors. Le mot « nuit » devrait alors avoir une toute autre signification. Tout cela serait vrai si seulement la réalité n’était pas ce qu’elle est et a toujours été : le ciel est sombre la nuit. Pourquoi ? Un médecin-tourneur-astronome allemand avait déjà posé cette question en 1823, et le problème est devenu connu après son nom sous le nom de « paradoxe d’Olbers ».’

Le modèle de l’univers statique proposait également que l’univers soit homogène. À une échelle immense, le même nombre d’étoiles remplirait un volume égal de l’univers depuis n’importe quel endroit. Imaginez, selon ce modèle, si nous devions découper l’univers en sections ou coquilles, chacune d’une épaisseur d’une année-lumière et séparée par une distance de 1 milliard d’années-lumière (astronomiquement loin), il y aura un nombre croissant d’étoiles dans les coquilles plus éloignées de l’observateur.

La lumière des coquilles les plus éloignées serait naturellement plus faible que celle de la coquille la plus proche de l’observateur, mais il y aurait plus d’étoiles dans les coquilles les plus éloignées. L’observateur verrait donc la même quantité de lumière provenant de la coquille n° 2 que de la coquille n° 1. Chaque coquille contribuerait à une unité de lumière, totalisant ainsi tout ce qui peut être vu par l’observateur. Avec un nombre infini de coquilles, tout serait d’une luminosité aveuglante.

En effet, les nuits sur Terre seraient aussi lumineuses que les jours seulement si l’hypothèse que l’univers, étant spatialement et temporellement infini, et statique, était correcte. Selon ce modèle, il n’y aurait ni début ni fin de l’univers.

L’univers est peut-être infiniment vaste, mais il n’est pas infiniment vieux. Il y a eu un moment où tout est apparu. Cette notion explique éventuellement la raison pour laquelle la nuit est noire.

La lumière voyage vite à environ 1080 millions de kilomètres par heure. Rien dans l’univers ne peut aller plus vite que la lumière. Mais la lumière prend quand même du temps pour traverser de vastes distances. L’une des raisons pour lesquelles le ciel est sombre la nuit est que, depuis le début, certaines lumières d’étoiles lointaines ne sont pas encore parvenues jusqu’à nous, comme le raisonne Edgar Allan Poe dans son essai de 1848, Eureka.

Si la succession d’étoiles était sans fin, alors le fond du ciel nous présenterait une luminosité uniforme, comme celle affichée par la Galaxie – puisqu’il ne pourrait y avoir absolument aucun point, dans tout ce fond, où n’existerait pas une étoile. Le seul moyen de comprendre les vides que nos télescopes trouvent dans d’innombrables directions serait donc de supposer que la distance du fond invisible est si grande qu’aucun rayon de ce fond n’a encore pu nous atteindre. – Edgar Allan Poe, Eureka

La théorie du Big Bang et l’expansion de l’univers

Il y a des choses que le modèle d’univers statique ne peut pas expliquer. Grâce aux nouvelles technologies, les scientifiques et les astronomes ont trouvé de plus en plus de preuves que l’univers n’est pas statique. Les observations ont suggéré que l’univers est en expansion. Et ce, à un rythme très rapide. Quelque chose a dû provoquer cette expansion il y a longtemps. Une grosse explosion, peut-être ? La vision intuitive de Poe selon laquelle l’univers a un âge fini a également soutenu cette spéculation, car elle implique qu’il a un début. Entre la théorie du Big Bang.

La théorie du Big Bang dit que l’univers était un endroit très chaud à un moment donné. L’endroit le plus chaud de l’univers (duh !) Il était aussi très dense. Puis le bang s’est produit. Toute la matière de la « soupe cosmique primordiale », formée peu après le bang, a commencé à se refroidir. La matière s’est alors condensée pour former des particules subatomiques, puis des atomes – les blocs de construction des étoiles – et tout le reste.

Au début, l’univers était vraisemblablement très lumineux mais opaque car les électrons libres ne permettaient pas à la lumière de voyager aussi loin. En se refroidissant, l’univers est devenu de plus en plus transparent. En même temps, l’univers s’est étendu. Tout ce qui se trouve à l’intérieur a commencé à s’éloigner les uns des autres. L’expansion était si rapide que les lumières des étoiles et des galaxies formées plus tôt dans l’univers sont étirées. Ce phénomène s’appelle le « décalage vers le rouge cosmologique ». Le terme ‘redshift’ vient du fait que lorsque la longueur d’onde de la lumière est étirée lors de l’expansion et du refroidissement de l’univers, la couleur de la lumière devient plus rouge car sa longueur d’onde s’allonge et tombe dans la région infrarouge, ce qui entraîne une baisse de son énergie suite au refroidissement de l’univers.

Lorsque nous regardons des étoiles ou des galaxies, nous regardons dans leur passé. Cela est dû au fait que la lumière met des années à voyager de ces objets jusqu’à nous. A partir du décalage vers le rouge cosmologique, les scientifiques ont également découvert que plus une étoile ou une galaxie est éloignée de nous, plus elle s’éloigne rapidement. L’objet céleste observable le plus éloigné n’est visible que dans la région infrarouge du spectre électromagnétique. Lorsque le télescope Hubble a photographié l’image eXtreme deep field (XDF), il l’a fait avec des capteurs infrarouges pour révéler les étoiles et les galaxies les plus éloignées de l’univers, aussi loin que nous puissions les observer avec notre technologie actuelle.

Une autre preuve qui soutient la théorie du Big Bang est le rayonnement de fond cosmique découvert par inadvertance par les scientifiques en 1965, qui est le rayonnement résiduel sous forme de micro-ondes et d’ondes radio répandu dans tout l’univers. Ces rayonnements sont bien plus étendus que les lumières des étoiles et des galaxies les plus lointaines observables. Leurs longueurs d’onde sont plus grandes que celles des régions infrarouges. Le rayonnement de fond cosmologique est, en d’autres termes, la version refroidie du rayonnement émis à l’époque du Big Bang. Il s’agit du plus ancien rayonnement observable. Nous pouvons également considérer ce rayonnement comme l’instantané de l’univers au moment où le Big Bang s’est produit, c’est-à-dire il y a environ 14 milliards d’années.

La réponse courte à « pourquoi fait-on nuit ? »

Le message à retenir est que notre ciel nocturne est sombre parce que nous ne pouvons pas voir les lumières des étoiles et des galaxies lointaines car elles s’éloignent de nous si rapidement que leurs lumières sont étirées et deviennent des lumières infrarouges. De même, toutes les lumières de toutes les étoiles de l’univers ne finiront pas par nous atteindre au cours de notre vie, simplement parce qu’elles sont trop éloignées. Mais en fait, tout l' »univers observable » est éclairé en même temps par toutes sortes de radiations invisibles à nos yeux et encore plein de merveilles qui attendent d’être découvertes.