L'éclipse solaire de 1919: la relativité générale est née
Publié par Adrien le 30/05/2019 à 08:00
Source: Observatoire de Paris
Le centenaire de l'observation de l'éclipse solaire du 29 mai 1919 par des astronomes britanniques fait l'objet d'un colloque scientifique de l'Union Astronomique Internationale organisé en partie à l'Observatoire de Paris du 27 au 29 mai 2019. A cette occasion, une copie sur plaque de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde...) de l'un des clichés de cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation...) historique a été retrouvée dans les collections de l'Observatoire, une découverte inattendue.

Une mesure historique

En 1915, Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien...) rend compte de l'avance du périhélie (Le périhélie est le point de l'orbite d'un corps céleste (planète, comète, etc.) qui est le plus rapproché du Soleil (grec : helios) autour duquel il tourne.) de Mercure (1). Il fait d'autres prédictions à partir de cette théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...), dont celle d'une faible déviation des rayons lumineux passant au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la continuité en tout point. En...) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type...).


Fig 1: Cliché de l'éclipse solaire du 29 mai 1919, plaque de verre archivée à l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes pour la navigation. Il vient...). Observatoire de Paris-PSL / I. Bualé, LESIA

C'est pour le vérifier qu'a lieu, le 29 mai 1919, l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) d'une éclipse solaire réalisée conjointement par deux équipes d'astronomes de l'Observatoire de Greenwich sous la responsabilité de Frank Dyson, et de l'Observatoire de Cambridge sous la direction d'Arthur Eddington. L'analyse de la position apparente d'étoiles au voisinage du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet...) solaire, observables seulement pendant les éclipses, révèle en effet une déviation des rayons lumineux, d'environ 2 secondes d'arc, en parfait accord avec la prédiction d'Einstein.

Ce résultat fournit une preuve observationnelle supplémentaire à la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ...) générale et fait passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) la mesure à la postérité (2). Elle a un retentissement particulier dans la Grande Bretagne d'après-guerre, où la théorie de la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) de Newton est dépassée par celle d'un scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) allemand. Pour célébrer le centenaire de cet évènement, s'est tenu du 27 au 29 mai 2019 le colloque de l'Union Astronomique Internationale (L’union astronomique internationale (UAI) est une association internationale non gouvernementale avec pour objectif de coordonner les travaux...) Arthur Eddington: From Physics to Philosophy and Back Again organisé par l'Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle...), l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un...) d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...) de Paris et l'IPC.

Mais revenons à la mesure de 1919. Les deux campagnes d'observation de l'éclipse solaire furent menées par A. Eddington et E. T. Cunningham à Roça Sundy sur l'île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un lac ou d'une mer. Son étymologie latine, insula, a donné l'adjectif...) de Principe, dans le golfe (Un golfe (italien golfo, grec kolpos, pli) est une partie de mer avancée dans les terres, en général selon une large courbure.) de Guinée, et par A. Crommelin et C. Davidson à Sobral, au nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) du Brésil.L'aventure que représentèrent ces expéditions à l'époque, avec leur cortège d'imprévus (voyage et acheminement du matériel, formalités locales, choix du site d'observation, installation des instruments, observations d'essai et de référence, météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent...) capricieuse le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...) de l'éclipse, retour et rapatriement des données) a donné une dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...) inédite à des observations historiques complexes.Quelques décennies plus tard, dans les années 1980, est lancée une controverse sur la fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) de la mesure d'Eddington (3), avant que les plaques originales de Cambridge et une partie de celles de Greenwich ne soient perdues. Ces dernières avaient fortuitement fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) d'une ré-analyse indépendante ayant confirmé le résultat (4).

Des collections aux chercheurs de l'Observatoire

C'est dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...) que la commission archives et patrimoine du LESIA a redécouvert une copie de l'une des observations de l'éclipse solaire de 1919, réalisée par Crommelin à Sobral et visible sur la Figure 1. L'Observatoire de Paris héberge, sur son site de Meudon, une collection unique de près de 100 000 observations solaires sur plaques de verre remontant à plus d'un siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois (d'où peut être l'âge du...) et à la fondation de l'Observatoire de Meudon par Jules Janssen. Une partie de cette collection a fait l'objet d'une numérisation (La numérisation est le procédé permettant la construction d'une représentation discrète d'un objet du monde réel.) à vocation patrimoniale pilotée par Isabelle Bualé - responsable des observateurs solaires du LESIA. Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) sont diffusées sur le portail du service national de distribution des données solaires BASS2000.


Fig 2: La plaque solaire historique dans la clichothèque solaire de Meudon. Observatoire de Paris-PSL / I. Bualé, LESIA

Si la présence de cette plaque à Meudon reste un mystère à élucider (réalisée sur demande ? par quel mandataire?), elle a été re-numérisée à haute résolution pour l'occasion et mise ce jour à disposition de la communauté en ligne. Cette observation a motivé une analyse préliminaire qui sera présentée aujourd'hui dans le cadre du colloque par Valls-Gabaud du LERMA. Les étoiles utilisées pour la mesure à l'époque sont ré-identifiées par leur nom sur la Figure 3.


Fig 3: Etoiles ayant servi à la mesure de la déflexion de la lumière par le Soleil. Observatoire de Paris-PSL / D. Valls-Gabaud, LERMA

La poursuite de ce travail et la quantification précise de la déviation des rayons lumineux nécessitera la numérisation de la plaque à une précision astrométrique. Cela sera possible avec le scanner (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du verbe anglais to scan, signifiant « balayer » dans le sens de « parcourir une certaine étendue ».) très haute résolution NAROO, sous la responsabilité de Vincent Robert à l'IMCCE, en cours d'installation dans les mêmes locaux que la clichothèque solaire à Meudon. Les premiers tests, prometteurs, ont déjà démarré (Figure 4).


Fig 4: Le scanner haute résolution NAROO en cours d'installation à Meudon. Observatoire de Paris-PSL / V. Robert, IMCCE

Notes:

(1) voir par ex. Eisenstaedt, Jean (2002). Einstein et la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie relativiste de la...). Les Chemins de l'Espace-Temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de l'espace et du temps telle qu'elle avait...). Paris, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public...) Éditions, p285-+, 2013.

(2) F. W. Dyson, A. S. Eddington and C. Davidson, A Determination of the Deflection of Light by the Sun (Sun Microsystems (NASDAQ : SUNW) est un constructeur d'ordinateurs et un éditeur de logiciels américain.)'s Gravitational Field, from Observations Made at the Total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique...) Eclipse of May 29, 1919, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 1920 220, 1920 doi: 10.1098/rsta.1920.000.

(3) Earman, John and Glymour, Clark (1980). “Relativity and Eclipses: The British eclipse expeditions of 1919 and their predecessors” Historical Studies in the Physical Sciences 11, 49-85.

(4) G. M.Harvey, Gravitational deflection of light, The Observatory, Vol. 99, p. 195-198, 1979.
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