Pourquoi le ciel est-il noir la nuit ?

[invitea46d7942]

Oui mais la lumiere ne se propage pas instantanément ,et n'importe où se dirigerait notre regard, on tomberait sur une étoile.meme quand la lumiere nous atteind l'intensité de la lumiere est tres faible car elle est tres loin??

Voici un paragraphe du cours d'astro que je suis ce semestre. Il résume assez bien le probleme:

II.2.b. Le paradoxe d'Olbers
[..] il subsiste un très grave problème : toute le monde peut constater que le ciel est noir, la nuit. Or ceci est loin d'être attendu dans un univers tel que celui que décrit Newton...
Imaginons-nous en effet dans une forêt qui présente les mêmes caractéristiques que l'espace : infinie (on trouve toujours des arbres, aussi loin que l'on voyage), uniforme (la densité d'arbres est à peu près constante dans toutes les directions), éternelle (il a toujours existé des arbres, et il en existera toujours), et statique (les arbres ne se déplacent pas). Dirigeons notre regard à l'horizontale dans n'importe quelle direction. Que voyons-nous ? Il est facile de se convaincre que le regard s'arrête toujours sur la même chose : un tronc d'arbre. Un tronc d'arbre situé à quelques dizaines de mètres, en général, ou à quelques kilomètres si l'on a la "chance" de passer entre les troncs des arbres plus proches. Si l'on transpose cela à l'observation du ciel, notre rayon visuel, dirigé dans n'importe quelle direction du ciel nocturne, devrait donc s'arrêter sur la surface d'une étoile.
Loin d'être noir, le ciel de l'espace newtonien devrait avoir une brillance uniforme, de l'ordre de celle de la surface du Soleil ! En effet, la brillance superficielle B avec laquelle est vu un objet étendu ne dépend pas de la distance r à laquelle on l'observe.
Ainsi, une au moins des hypothèses newtoniennes (uniformité, infinité, éternité, staticité) est fausse... Cette remarque a été formulée le plus clairement par Olbers au XIXe siècle, et son nom est resté attaché à ce "paradoxe". Mais elle est bien antérieure, et il est remarquable qu'une déduction d'une telle portée ( l'univers est soit fini, soit non-statique, soit relativement jeune, soit non-uniforme) soit à la portée de tout observateur perspicace armé de ses seuls yeux...
On pense aujourd'hui que le ciel nocturne est noir parce que l'univers est jeune et en expansion; surtout pour la première raison d'ailleurs.

[invite23e582ad]

Bonjour à tous,

Je ne comprends pas pourquoi le ciel lunaire est noir.
Je sais que l'atmosphère terrestre diffuse en partie la lumière solaire, ce qui est à l'origine de la couleur bleue du ciel et que la lune ne possède pas d'atmosphère.

Mais si la lumière n'est pas diffusée, pourquoi le ciel apparaît-il noir (et pas "blanc" du fait de la lumière solaire qui l'éclaire???)
Qu'est ce qui absorbe la lumière?

Merci d'avance

[invite9a322bed]

Absence de lumière = le noir.

[invite23e582ad]

Oui, mais il y a bien l alumière du Soleil qui éclaire la Lune!??
C'est pour cela que je ne comprends pas pourquoi le ciel lunaire est noir....

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite20ae9842]

Bonjour,

Bonjour à tous,

Je ne comprends pas pourquoi le ciel lunaire est noir.
Je sais que l'atmosphère terrestre diffuse en partie la lumière solaire, ce qui est à l'origine de la couleur bleue du ciel et que la lune ne possède pas d'atmosphère.

Mais si la lumière n'est pas diffusée, pourquoi le ciel apparaît-il noir (et pas "blanc" du fait de la lumière solaire qui l'éclaire???)
Qu'est ce qui absorbe la lumière?

Tu entres dans une pièce non éclairée par une nuit sans Lune, il y fait un noir absolu; tu allumes ta lampe de poche; et là tu constates que seuls les objets, directement ou indirectement (donc après une éventuelle réflexion) éclairés par le faisceau sont visibles.
Les objets situés de part et d'autre du faisceau restent dans le noir.
Là où il n'y a pas d'objet pour renvoyer la lumière, il n'y a que du noir, parce que l'air lui-même est trop transparent pour renvoyer de la lumière, et devenir ainsi visible.

Tu déclenches un fumigène au milieu de la pièce; surprise, cette fumée est visible dans le faisceau de ta lampe de poche, parce qu'elle diffuse la lumière bien mieux que l'air.

Pour voir de la lumière, il faut donc regarder vers la source, ou vers un objet réfléchissant, ou bénéficier d'un diffusion (fumée); l'absence d'atmosphère autour de la Lune implique l'absence de diffusion, et donc si tu regardes dans une direction où il n'y a pas de source (le soleil) ni d'objet réfléchissant (le ciel vide), tu ne peut voir aucune lumière (donc c'est noir).

Remarque l'atmosphère diffuse très peu, beaucoup moins que la fumée puisqu'elle reste invisible pour ta lampe de poche. Le bleu du ciel n'est visible que parce que l'atmosphère est très épaisse; si tu montes à haute altitude le ciel s'assombrit de plus jusqu'à devenir noir (moins d'atmosphère, moins de diffusion, moins de lumière).

Amicalement, Alain

[jiherve]

Bonjour
trés bonne question dont la réponse qui est loin d'être triviale à des conséquences cosmologiques:
http://www.lacosmo.com/olbers.html
Bonne lecture.
JR

[invite2b608d1d]

Bonjour,

J'aimerai risquer une idée qui ne me semble pas mauvaise...

Le ciel semble noir car nos yeux sont de piètres récepteurs à photons. Observons n'importe quelle direction du ciel avec un télescope de 1m... il y a de la lumière de partout.

[invite20ae9842]

Bonjour,

Si tu regardes un rideau d'arbres, tu vois clairement les espaces vides entre les arbres.

Si tu rajoutes, plus loin, un deuxième rideau d'arbres, non aligné avec le premier, tu vois encore des espaces vides, ils sont seulement plus petits mais plus nombreux.

Mais si tu plantes assez de "rideaux" d'arbres pour obtenir une forêt, tu ne vois plus que des arbres, et tous les espaces, toutes les lignes de visées, sont à une certaines distance variable occupé(e)s par un arbre.

Compte tenu des distances, les étoiles n'occupent qu'une surface du ciel assimilable à un point, néanmoins une infinité d'étoile devrait couvrir littéralement la totalité du ciel, et cela quelque soit leur distance, car chaque point, je pourrait dire chaque pixel du ciel correspondrait à une étoile, quelque part, même très loin.

Le ciel devrait donc être uniformément aussi lumineux que le soleil, et les poussières cosmiques, soumises de toute parts à des rayons issus d'une infinité d'étoiles, seraient elles-même aussi lumineuses (par échauffement).

On constate que ce n'est pas le cas, il faut donc se rendre à l'évidence: nous ne recevons pas les émissions d'une infinité d'étoile, et les poussières, je le répète, sont impuissantes à nous en protéger, parce qu'elles s'échaufferaient jusqu'à atteindre une température en équilibre avec le rayonnement reçu.

Il n'y a donc que trois possibilités:
1)L'univers ne contient pas une infinité d'étoile, il n'est donc pas infini dans l'espace.
2)L'univers n'existe pas depuis une durée infinie, et la lumière des étoiles les plus lointaines n'a pas encore eu le temps de nous parvenir (dans ce cas, il peut, par contre, être infini dans l'espace).
3) Une combinaisons des deux.

Ces trois possibilité sont d'ailleurs en plein accord avec la théorie du Big Bang.


Amicalemment, Alain

[invite03f54461]

Il n'y a donc que trois possibilités:
1)L'univers ne contient pas une infinité d'étoile, il n'est donc pas infini dans l'espace.
2)L'univers n'existe pas depuis une durée infinie, et la lumière des étoiles les plus lointaines n'a pas encore eu le temps de nous parvenir (dans ce cas, il peut, par contre, être infini dans l'espace).
3) Une combinaisons des deux.

Ces trois possibilité sont d'ailleurs en plein accord avec la théorie du Big Bang.

C'est confus, vos explications. Le big bang implique que la lumière des étoiles qui s'éloignent le plus vite parce qu'elles sont les plus distantes ont leur lumière qui quitte le champ du visible, qu'elles ne sont plus détectables par l'oeil humain mais dans l'infrarouge, et que c'est la principale raison pour laquelle le ciel n'est pas uniformément lumineux.

[Gilgamesh]

Repost :


Dans un univers statique infini dans l'espace et dans le temps, uniformément remplis d'étoile (ou de galaxies), la voute celeste, de nuit comme de jour aurait la luminance moyenne de la surface d'une étoile, c'est à dire qu'on se trouverait dans un énorme four avec une température moyenne dans les 4 à 5000 K.

C'est le paradoxe de la nuit noire ou paradoxe d'Olbers (du nom d'Heinrich Olbers qui le décrivit en 1823 - le paradoxe était déjà connu par Kepler en 1610 ainsi que Halley et Chéseaux au XVIIIe siècle).

Historiquement, ce paradoxe a eu son importance dans le cadre d'un univers newtonien. Auparavant (avant Copernic, Galilée, toussa), pour rappel, l'univers est fini et formé de coquilles concentriques solides (les "cieux") autour de la Terre. Soit un monde tout petit, ne générant aucun paradoxe de ce type. Avec Newton, les astres sont éparpillés dans un espace sans frontières concevables et la gravité structure tout ce petit monde. Or dans ce cas, un univers fini étendu dans un espace infini est instable. Les étoiles situées en périphérie vont être attirées vers le centre, la densité moyenne de l'univers va augmenter, le champs de gravité moyen va croitre et le collapse s'accélérer. La seule solution pour obtenir un univers stable est donc d'étendre le "gaz d'étoiles" à l'infini pour assurer un univers statique. Oui mais là on est alors confronté au paradoxe d'Olbers, situation inextricable.

On peut éventuellement soutenir que l'espace contient des gaz qui absorbent la lumière des étoiles les plus lointaines. De fait, le phénomène d'extinction n'est pas du tout négligeable au sein de la Galaxie (qu'on ne connait pas encore, je le rappelle). Mais sur la durée, ça ne lève pas le paradoxe. Les gaz interstellaires en absorbant le rayonnement vont s'échauffer et rayonner à l'équilibre autant que l'arrière plan.

Une première solution est donnée par Edgard Poe (le romancier). Si l'univers est infini dans l'espace, il ne l'est peut être pas dans le temps. Et dans ce cas, la lumière venue des confins n'a pas eu le temps de nous parvenir. C'est une solution relativement satisfaisante, d'autant que l'infinité dans le temps posait également le problème de savoir comment des phénomène transitoire (les étoiles) pouvaient encore briller et pourquoi l'entropie, phénomène irreversible, n'avait pas déjà tout dispersé depuis l'infinité des temps... Il reste quand même à expliquer l'apparition en un temps fini d'étoiles, de matière, dans un espace si ce n'est infini, en tout cas considérablement étendu. Car par ailleurs, on peut également soutenir que l'espace est fini et en effondrement depuis un temps fini. Mais il est assez dérangeant au plan intellectuel d'imaginer une bulle de gaz d'étoile au milieu d'un espace infini. Surtout que cette bulle doit être en train de s'effondrer. Ce qu'on n'observe pas ! Il faut bien se rappeler que l'on n'observe encore que les étoiles de la Galaxie ; les galaxies extérieures sont vues comme qq centaines de tache floues dont on ignore si on doit les confondre avec des nuages de gaz proches ou si ce sont des système d'étoiles lointains (théorie de Kant).

En fait, avant la Relativité Générale, il n'y a pas de cosmologie scientifique pour toutes ces raisons là.

La théorie d'Einstein relie la courbure de l'espace au contenu de l'Univers. Si la densité est suffisante, l'univers est hypersphérique c'est à dire fini mais sans bord. Plus besoin d'imaginer un espace infini, c'est un progrès majeur et le début de la cosmologie scientifique.

Seulement, si la densité n'est pas EXACTEMENT la densité critique, on se retrouve avec le même problème qu'avec l'univers newtonien, mais cette fois ci avec DEUX solutions dynamiques. Si la densité dépasse la densité critique, l'univers s'effondre pour une raison tout à fait analogue à celle analysé dans le cas newtonien. Et le déclenchement de l'effondrement peut être causé d'après le modèle par n'importe quelle inhomogénéité de matière. Ce n'est donc pas tenable.

Et si la densité est inférieure à la densité critique, alors l'espace est en expansion. Ça par contre, c'est une solution que ne pouvait prédire le modèle newtonien, dans lequel l'espace est fixe et absolu (cad où seule la matière y est en mouvement). Dans le modèle du Big Bang, la matière est immobile, et c'est l'espace qui est en expansion.

Dans le cadre d'un univers en expansion, le paradoxe d'Olbers est doublement réglé :

* l'Univers a un age fini. L'énergie produite est elle même finie et nous la recevons d'un nombre fini d'astre. Il est vrai que l'arpentage de l'univers nous montre un univers quasi vide. L'ensemble des étoiles déversant leur énergie dans l'espace depuis le début des temps n'ont augmenté que de 1/1000e le nombre de photons qui remplissent l'Univers. Le reste, c'est le rayonnement fossile, reliquat de sa période chaude.

* l'expansion de l'espace fait que le rayonnement éblouissant des origines est décalé vers les grandes longueur d'onde, d'un facteur 1000 environ. Au moment où l'univers est devenu transparent, il rayonnait à T=3000 K, soit une longueur d'onde (en micron) de 3000/T = 1 micron (le proche infra rouge). Si ce rayonnement n'avait pas été redshifté, on se retrouverait dans le fours d'Olbers. La température ayant été divisé par 1000 par l'expansion, l'Univers rayonne à 3K, soit un rayonnement 3000/3 = 1 mm.

L'univers est donc bien remplis de rayonnement, comme dans le paradoxe d'Olbers, non du fait des étoiles mais du gaz chaud des origines. Seulement l'expansion de l'univers en a fait un rayonnement de basse énergie, invisible à l'oeil, et les nuit sont noires.


a+

[Thioclou]

Bonjour,

Repost :

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On peut éventuellement soutenir que l'espace contient des gaz qui absorbent la lumière des étoiles les plus lointaines. De fait, le phénomène d'extinction n'est pas du tout négligeable au sein de la Galaxie (qu'on ne connait pas encore, je le rappelle). Mais sur la durée, ça ne lève pas le paradoxe. Les gaz interstellaires en absorbant le rayonnement vont s'échauffer et rayonner à l'équilibre autant que l'arrière plan.

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a+

A moins que l'espace contienne un 'gaz' de trous noirs.

[invite20ae9842]

Bonjour,

C'est confus, vos explications. Le big bang implique que la lumière des étoiles qui s'éloignent le plus vite parce qu'elles sont les plus distantes ont leur lumière qui quitte le champ du visible, qu'elles ne sont plus détectables par l'oeil humain mais dans l'infrarouge, et que c'est la principale raison pour laquelle le ciel n'est pas uniformément lumineux.

Je ne vois pas en quoi cela peut-être confus, le big bang implique aussi qu'il y ait un horizon cosmologique, au-delà duquel les étoiles ne sont pas encore visibles, et c'est aussi une excellente raison pour avoir un ciel noir.

Les images infrarouges du ciel révèlent certes des astres invisibles autrement, mais plus pour une question de température que de redshift, le ciel en infrarouge n'est d'ailleurs pas non plus uniformément lumineux.

Pour obtenir quelque chose qui puisse ressembler à un ciel uniformément lumineux, il faut regarder le CMB, et là on a effectivement quelque chose qui échappe à nos yeux parce que la longueur d'onde a été extrêmement "redshiftée".
C'est aussi ce que dit Gilgamesh lorsqu'il écrit:

l'expansion de l'espace fait que le rayonnement éblouissant des origines est décalé vers les grandes longueur d'onde, d'un facteur 1000 environ. Au moment où l'univers est devenu transparent, il rayonnait à T=3000 K, soit une longueur d'onde (en micron) de 3000/T = 1 micron (le proche infra rouge). Si ce rayonnement n'avait pas été redshifté, on se retrouverait dans le fours d'Olbers. La température ayant été divisé par 1000 par l'expansion, l'Univers rayonne à 3K, soit un rayonnement 3000/3 = 1 mm.

Mais il rajoute:

L'univers est donc bien remplis de rayonnement, comme dans le paradoxe d'Olbers, non du fait des étoiles mais du gaz chaud des origines. Seulement l'expansion de l'univers en a fait un rayonnement de basse énergie, invisible à l'oeil, et les nuit sont noires.

J'ai souligné moi-même les mots: "non du fait des étoiles" qui montre bien ce que je veux dire, et qui est que l'effet redshift" explique très bien pourquoi le CMB ne rempli pas le ciel d'une luminosité forte et uniforme, mais n'est pas la principale explication du fait que les étoiles, elles, ne le font pas.


Les galaxies les plus lointaines que l'on ait observé se sont formées il y a plus de douze milliards d'années, elles sont donc assez proches de notre horizon cosmologique, pourtant elles nous apparaissent toujours dans le visible; si donc nous ne voyons pas les étoiles encore un peu plus lointaine ce n'est pas parce qu'il y aurait un brusque "saut de redshift" les rendant subitement invisibles pour nous (elles seraient dès lors visible en infra rouge ou en micro-ondes), mais parce qu'elles se trouvent au-delà de l'horizon cosmologique, donc que leur lumière ne nous est pas encore parvenue.

C'est ce que je dit en écrivant ceci: "L'univers n'existe pas depuis une durée infinie, et la lumière des étoiles les plus lointaines n'a pas encore eu le temps de nous parvenir."
Et c'est ce que dit Gilgamesh en écrivant ceci:

Si l'univers est infini dans l'espace, il ne l'est peut être pas dans le temps. Et dans ce cas, la lumière venue des confins n'a pas eu le temps de nous parvenir.

et d'une certaine manière en écrivant ceci:

l'Univers a un age fini. L'énergie produite est elle même finie et nous la recevons d'un nombre fini d'astre.

Amicalement, Alain

[invite20ae9842]

Bonjour,
Désolé, me suis quelque peu emmêlé les pinceaux...

Amicalement, Alain

[Gilgamesh]

Bonjour,

J'aimerai risquer une idée qui ne me semble pas mauvaise...

Le ciel semble noir car nos yeux sont de piètres récepteurs à photons. Observons n'importe quelle direction du ciel avec un télescope de 1m... il y a de la lumière de partout.

Oui, mais objectivement le flux lumineux, exprimé en W/m² est faible (par rapport au jour).

a+