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    A la poursuite de Vulcain  
    David Fossé - Ciel & Espace no. 540, mai 2015 - 2015-05-01      
    Dans la seconde moitié du XIXe siècle, des astronomes se consacrèrent corps et âme à la recherche d'une planète interne à l'orbite de Mercure.
Prédite par Urbain Le Verrier, le découvreur de Neptune, repérée puis démentie par divers observateurs, Vulcain ne s'évanouira définitivement qu'avec Einstein et sa théorie de la relativité générale.
 
    Sur la médaille commémorative gravée en 1884, elle trône crânement au milieu des autres conquêtes de Le Verrier. Entre Neptune, la première grande découverte du directeur de l'observatoire de Paris, et Mercure, dont le savant a expliqué le mouvement resté si longtemps énigmatique, Vulcain semble défier la postérité. Vulcain ? Au temps des fiacres et de Jules Verne, c'est encore le nom d'une petite planète fugitive, qui tourne en une vingtaine de jours autour du Soleil. Plus proche de notre étoile que Mercure, elle a donné bien du fil à retordre aux astronomes du Second Empire et de la Troisième République. Mais elle est l'ultime conquête de la science. Son nom, vingt-cinq ans après sa découverte, mérite d'être gravé dans le bronze…  
   

Pendant plus de quarante ans, tous les astronomes chercheront Vulcain dans le ciel. En vain. Mais la planète fantôme est pourtant considérée comme une découverte de Le Verrier. Elle figure d'ailleurs sur la médaille gravée par Alphée Dubois en 1884.

 
    L'histoire a commencé trente-cinq ans plus tôt. En 1849, Urbain Le Verrier est au sommet de sa gloire. Trois ans auparavant, il a réalisé l'exploit de prédire l'existence d'une nouvelle planète par la seule puissance des mathématiques, en calculant son effet gravitationnel sur Uranus, dont le mouvement ne s'expliquait pas totalement. Devant l'Académie, le 2 juillet, il annonce un projet plus grandiose encore, Notant qu'une des tables destinées à représenter les mouvements des planètes ne s'accorde rigoureusement avec les observations, il se propose de reprendre toutes les observations relatives aux planètes du Système solaire. Sa confiance dans les mathématiques et la loi de gravitation universelle est totale : «Si l'on arrive à réconcilier complètement la théorie avec l'observation, les astronomes […] n'auront plus qu'à se reposer dans une consciencieuse oisiveté à l'égard des planètes, se contentant de quelques rares observations pour constater l'exactitude et le triomphe de leurs théories." Mais pour l'heure, il doit s'occuper de Mercure.  
    Le mouvement de la planète ne s'accorde pas avec les observations plus anciennes, remarque Le Verrier. Des astronomes aussi illustres que Cassini ou Lalande n'ayant pas pu commettre d'erreur grossière, il revient aux théoriciens d'expliquer le hiatus. D'autant que "tout écart décèle une cause inconnue, et peut devenir la source d'une découverte". Commence alors pour lui une lutte homérique avec la petite planète, mettant en jeu une 'l'onction perturbatrice" renfermant "quatre cent soixante-neuf termes, qui dépendent de cent cinquante-quatre fonctions", Elle ne s'achèvera que dix ans plus tard…  
   

Un effet inconnu perturbe la course de Mercure autour du Soleil. Fort de sa découverte de Neptune grâce aux perturbations observées sur Uranus, Urbain Le Verrier fait l'hypothèse d'une planète encore inconnue, Vulcain, toute proche de notre étoile.

 
    En 1859, dans une lettre à l'astronome Hervé Faye, le mathématicien triomphe : "Il a suffi d'augmenter de 38 secondes le mouvement séculaire du périhélie [de Mercure] pour représenter toutes les observations des passages à moins d'une seconde près." La cause de cette avance régulière du périhélie de Mercure ? À coup sûr, la présence d'une "masse troublante", qui vient perturber l'orbite de Mercure comme Neptune influence celle d'Uranus ! "Considérons, pour fixer nos idées, une planète qui serait située entre Mercure et le Soleil. […] Se pourrait-il qu'un tel astre existât sans jamais avoir été aperçu ? " L'hypothèse pose des difficultés que Le Verrier souligne lui-même : "Comment admettre qu'on n'eût point été frappé de sa vive lumière durant quelqu'une des éclipses totales de Soleil ? D'où vient qu'on ne l'ait jamais découvert passant sur le disque de cet astre ?» À cela, Faye répond que la chasse aux planètes nouvelles près du Soleil. a toujours été faite au hasard. Autrement dit, "l'insuccès ne prouve rien, car ces recherches étaient de pure fantaisie". Grâce aux calculs de l'immortel Le Verrier (qui cependant penche plutôt pour l'existence d'une ceinture d'astéroïdes entre le Soleil et Mercure), la découverte ne saurait tarder.  
    Et elle ne se fait pas attendre ! Le 22 décembre 1859, un certain Lescarbault, "pénétré d'admiration pour les immortels géomètres qui découvrent […] la route mystérieuse des mondes" et médecin de son état, écrit au grand Le Verrier. Astronome amateur passionné, il a lu dans la revue Cosmos que le directeur de l'observatoire de Paris avait calculé l'existence d'une planète intramercurielle, Vulcain. Or, justement, il a eu le bonheur d'observer un astre passant devant le Soleil quelques mois plus tôt ! "Je suis fondé à croire que sa distance au Soleil est inférieure à celle de Mercure, et que ce corps est la planète ou l'une des planètes dont vous, Monsieur le Directeur, avez, il y a quelques mois, fait connaître l'existence dans le ciel, au voisinage du globe solaire, par cette merveilleuse puissance de vos calculs."  
   

L'observation du brave docteur

 
    Le Verrier se rend sur-le-champ dans le petit village d'Orgères-en-Beauce, où réside le brave docteur, et débarque chez lui le 31 décembre sans avoir été annoncé. "Nous avons trouvé en M. Lescarbault un homme adonné depuis longtemps à l'étude de la science, entouré d'instruments, d'appareils de route nature, construisant lui-même et ayant fait édifier une petite coupole tournante", explique le savant lors d'une séance de l'Académie des sciences. "Les explications de M. Lescarbault, la simplicité avec laquelle il nous les a données ont porté dans notre esprit l'entière conviction que l'observation détaillée qu'il a faite doit être admise dans la science, et que le long délai qu'il a mis à la publier provient uniquement d'une réserve modeste et du calme qu'on peut encore conserver loin de l'agitation des villes." Dans ses mémoires en 1911, Camille Flammarion moquera cette promptitude de l'astronome à valider une observation somme toute douteuse : "Le directeur de l'observatoire de Paris sauta dessus, pour ainsi dire, avec enthousiasme. [Il] s'en déclara satisfait et fit décorer Lescarbault de la Légion d'honneur." En 1860, cependant, l'annonce de la découverte de Vulcain fait le tour du monde. Lescarbault devient célèbre - on vante son mérite et sa "rare modestie" jusque dans les journaux américains - et Le Verrier ajoute un nouveau titre à sa gloire déjà immense.  
    Sauf que… personne ne retrouve la planète. En mars 1860, aux États-Unis, le directeur de l'observatoire de Cambridge, George Philips Bond, demande à Horace Parnell Tuttle, fameux découvreur de comètes, de consacrer tout le mois d'avril à la recherche de Vulcain. Il a instruction de commencer son travail dès le lever du Soleil et de continuer d'observer la surface solaire deux fois par heure jusqu'au coucher. Bond est échaudé : un journal à grand tirage de la côte Est vient de s'étonner publiquement qu'un astronome amateur français ait pu faire la plus grande découverte de son époque, "armé d'un télescope pas plus puissant que des jumelles d'opéra […] tandis que ces gentlemen de l'observatoire de Cambridge, aux commandes des meilleurs instruments d'Amérique, semblent être restés assoupis ou bien ont été trop fainéants pour fait quoi que ce soit sinon toucher leur paye ! " Il n'empêche. Si Tuttle manque de se ruiner la vue - "Pendant les trois mois qui suivirent, à chaque fois que je regardais une lampe, je voyais toutes les couleurs du spectre solaire" - il ne découvre rien. Le Verrier lui-même, à l'occasion de l'éclipse du 18 juillet 1860 qu'il suit en Espagne, échoue à retrouver la petite planète. Vulcain, dieu des forgerons, se jouerait-il des astronomes ?  
    En tout cas, professionnels comme amateurs ne cesseront de s'étriper dans les dix-huit années qui suivront, Dans The astronomical Register, untel juge l'observation d'un autre t'incohérente et vague". Certains ouvrages classent Vulcain parmi les planètes du Système solaire quand d'autres n'en disent mot. Le Verrier, lui, fait construire derrière l'observatoire un grand appareil à l'aide duquel il espère atténuer suffisamment la lumière du Soleil pour permettre d'en explorer les alentours, et observer enfin l'astre dont l'existence lui semble parfaitement démontrée. Il se lance aussi dans de nouveaux calculs et examine tous les passages d'objets inconnus recensés à diverses époques devant le Soleil. Lorsqu'il meurt le 23 septembre 1877, à l'âge de 66 ans, il a légué au monde un an plus tôt une ultime prédiction : Vulcain passera sur le disque solaire le 15 octobre 1882.  
   

Révélée par l'éclipse

 
    Les astronomes n'auront pas à attendre si longtemps. Le 14 août 1878, le chercheur américain James C, Watson écrit à l'Académie des sciences : "Pendant la récente éclipse totale de Soleil, je me suis consacré exclusivement à la recherche d'une planète intramercurielle, et j'ai le plaisir de vous informer que mes efforts ont été couronnés de succès." Le 29 juillet, à l'occasion d'une éclipse totale qui a balayé les États-Unis, il a observé un astre de 4e grandeur à 2° du Soleil. Vulcain ? Évidemment ! À Paris, le tout nouveau directeur de l'observatoire de Paris Ernest Mouchez félicite immédiatement Watson pour cette belle observation, "que l'Académie ne peut manquer de recevoir avec une grande satisfaction, car c'est une nouvelle consécration de la gloire scientifique de Le Verrier». À Londres, l'astronome royal George Airy juge la découverte "hautement probable". C'est que, contrairement à Lescarbault, Watson n'est pas un inconnu. À 40 ans, il s'apprête à prendre la direction du tout nouvel observatoire de Washburn, dans le Wisconsin, Et il a déjà découvert 22 astéroïdes. Surtout, un autre observateur parfaitement fiable dit, lui aussi, avoir vu un petit point brillant près du Soleil. "Pendant la totalité de la récente éclipse de Soleil, observée depuis Denver, Colorado, j'ai observé un objet céleste […] qui, dans mon esprit, sans aucun doute, est la si longtemps recherchée planète Vulcain", écrit le chasseur de comètes Lewis Swift dans The Observatory.  
   

Les éclipses de Soleil sont l'occasion de surprendre une planète, noyée le reste du temps dans l'éclat de l'astre du jour. Le 29 juillet 1878, l'Américain James Watson croit même avoir enfin épinglé Vulcain…

 
    Mais là encore, des doutes apparaissent… Plusieurs astronomes font remarquer qu'une étoile de la constellation de l'Écrevisse a pu mystifier leurs deux collègues, qui s'en défendent. Par ailleurs, la position de la planète ne colle pas avec les calculs de Le Verrier, Enfin, si Watson et Swift ont cru repérer quelque chose, les professeurs Newcomb, Wheeler, Holden et beaucoup d'autres n'ont rien vu. Pourtant, eux aussi avaient l'oeil à l'oculaire ! Le New York Times a beau annoncer que Vulcain a enfin été capturée, le mystère reste entier. Et les années passant, il ne cesse de s'épaissir.  
    En 1882, Simon Newcomb entreprend de refaire les calculs de Le Verrier en utilisant des observations plus récentes, L'astronome américain montre que l'avance du périhélie de Mercure est un petit peu plus importante que celle déterminée par son glorieux aîné : 43" par siècle. Autrement dit, il est plus urgent que jamais d'en découvrir la cause ! Le 6 mai 1883, le Français Étienne-Léopold Trouvelot observe une étoile rouge inconnue entre le Soleil et Mercure, très brillante, pendant l'éclipse totale qu'il suit en Océanie.Il suspecte avoir vu Vulcain.  
   

Astéroïde, planète dirigeable, planète creuse, les théories les plus fantaisistes fleurissent au sujet de Vulcain. Mais Newcomb et d'autres proposent de modifier la loi de la gravitation pour expliquer les anomalies de Mercure. Einstein leur donnera raison.

 
    Mais l'année suivante, le Britannique Backhouse annonce que ses observations attentives, aux dates auxquelles Le Verrier prédisait de nouveaux transits, n'ont rien donné. Il fait aussi chou blanc en 1885. Pourtant, lors de l'inauguration de la statue de Le Verrier à l'observatoire de Paris, le 27 juin 1889, Félix Tisserand n'en démord pas : "La théorie de Mercure, à laquelle Le Verrier a travaillé pendant vingt ans, l'a conduit à une découverte importante […] établie avec une autorité indiscutable : […] il existe dans les régions circumsolaires une quantité notable de matière."  
   

Toucher à la loi de Newton

 
    Six ans plus tard cependant, dans ses Leçons de cosmographie, le ton a changé. "Il semble que, dans cette malheureuse question de l'observation des planètes intramercurielles, les difficultés et les contradictions vont en augmentant avec le nombre des observations." Tisserand explique qu'il faut renoncer à l'hypothèse d'une planète unique modifiant le parcours de Mercure. Il propose de "revenir à l'idée émise tout d'abord par Le Verrier, à savoir qu'il existe un anneau d'astéroïdes entre Mercure et le Soleil". Simon Newcomb penche pour sa part pour la proposition du Pr Hall, le découvreur des satellites de Mars, qui suggère de modifier très légèrement la loi de la gravitation. Il s'agit d'augmenter le facteur 2 qui exprime le carré de la distance d'à peine 0,000'000'1574, mais "c'est une chose bien grave que de toucher à la loi de Newton", prévient l'astrophysicien Jules Janssen. La confusion est totale, En 1899 encore, Horace Parnell Tuttle juge pourtant que la partie n'est pas terminée : "Sachant ce qui a été découvert dans le Système solaire durant ces dix dernières années, il serait téméraire et même stupide pour quiconque de dire qu'il n'y a pas une ou plusieurs planètes dans l'orbite de Mercure, simplement parce qu'elles n'ont pas été vues sur le disque solaire." Poursuivie depuis quatre décennies, Vulcain échappera-t-elle encore longtemps aux astronomes ?  
    Dans les années 1900, l'exploration photographique des abords du Soleil lors des éclipses tranche définitivement la question : un corps aussi massif que celui nécessaire à la théorie de Le Verrier ne peut exister ! Sinon, il aurait facilement été révélé par la nouvelle technique. Flammarion, dans ses mémoires, réduit toute l'aventure de Vulcain à "une anecdote de l'histoire astronomique". Reste que l'avancée du périhélie de Mercure, bien réelle, est inexplicable.  
    C'est le physicien Albert Einstein, en 1915, qui lève le mystère. Dans une lettre à son ami Wladislaw Natanson, le 15 décembre, il se félicite d'être sur le point d'achever la théorie de la gravitation qui lui a donné tant de mal. Sous sa plume, l'espace se courbe au voisinage des masses et Mercure, si proche du Soleil, doit le ressentir. Il calcule que, dans sa théorie, cela se traduit par un mouvement séculaire du périhélie de 42,91" exactement. "L'explication de l'avancée du périhélie de Mercure, qui est confirmée de façon empirique au-delà de tout doute, me cause une grande joie", triomphe le physicien. Le XIXe siècle s'achève vraiment.  
       
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