Pourquoi le ciel est-il noir la nuit ?

[Aroll]

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
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[DonPanic]

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+

[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+

[Aroll]

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

[Aroll]

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

Amicalement, Alain

[physikaddict]

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

Amicalement, Alain

Ca reste bien compréhensible !

Cordialement,

[invitea691f20f]

je pensais à edgar allan poe :

http://www.astrosurf.com/nezenlair/nel3/olbers.htm

"..C'est en 1848 qu'une première solution réaliste est proposée par l'écrivain américain Edgar Allan Poe, qui explique dans l'un de ses poèmes que la seule manière de rendre compte des vides que trouvent nos télescopes dans d'innombrables directions est de supposer cet arrière plan invisible à une distance si prodigieuse qu'aucun rayon n'ait jamais pu parvenir jusqu'à nous. En effet, la vitesse de la lumière étant finie, il nous est impossible de voir des étoiles âgées de moins de N milliards d'années situées à plus de N milliards d'années lumières de nous : la lumière n'a tout simplement pas eu le temps d'arriver jusqu'ici. Le paradoxe d'Olbers est ainsi résolu en supposant finie non pas la taille de l'univers, mais l'âge de ses étoiles, ce que viendra confirmer au 20eme siècle la théorie du big bang. "

[Thioclou]

Bonjour,

Repost :

..........

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.

...........

a+

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

[Gilgamesh]

Bonjour,


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

Oui, de ce point de vue tu peux paver l'espace entier de pitit trous noirs qui absorbent sans coup ferir tout le rayonnement.

Mais quoiqu'il en soit, l'effet de leur masse résultent de leur alignement avec une étoile. Le masse en particulier de la lentille (à qq milliers de mètres près) n'a pas vraiment d'importance à la distance où on l'observe.

Donc que tout ce qui provoque l'effet de lentille dans l'expérience MACHO (où on mesure la fréquence des effet de microlentille gravitationnelles sur le fond étoilé des Nuages de Magellan) totalise une masse qui ne dépend pas du diamètre de chaque corps (le diamètre pour une masse donnée, distinguant la planète du trou noir).

C'est bien développé sur cette page :
http://www.larecherche.fr/content/im...ticle?id=13378

a+

[Thioclou]

Bonjour,

Oui, de ce point de vue tu peux paver l'espace entier de pitit trous noirs qui absorbent sans coup ferir tout le rayonnement.

Mais quoiqu'il en soit, l'effet de leur masse résultent de leur alignement avec une étoile. Le masse en particulier de la lentille (à qq milliers de mètres près) n'a pas vraiment d'importance à la distance où on l'observe.

Donc que tout ce qui provoque l'effet de lentille dans l'expérience MACHO (où on mesure la fréquence des effet de microlentille gravitationnelles sur le fond étoilé des Nuages de Magellan) totalise une masse qui ne dépend pas du diamètre de chaque corps (le diamètre pour une masse donnée, distinguant la planète du trou noir).

C'est bien développé sur cette page :
http://www.larecherche.fr/content/im...ticle?id=13378

a+

Oui, mais ce rapport, dans son dernier paragraphe, dit :
<A moins que... Il reste encore aux groupes Eros et Macho une fenêtre à explorer. Et si la matière noire était composée de trous noirs d'une dizaine de masses solaires ? Les équipes n'abandonneront pas la partie avant d'avoir analysé cette dernière possibilité.>

Ces équipes ont-elles maintenant terminé leurs études?

[physikaddict]

Bonjour,

Et si la matière noire était composée de trous noirs d'une dizaine de masses solaires ?

Il s'agirait alors de trous noirs de masse intermédiaire ?

Ces équipes ont-elles maintenant terminé leurs études?

Wiki m'a donné la réponse

Deux programmes d’observation sont nés : EROS (Expérience pour la Recherche d’Objets Sombres) en 1990 et MACHO en 1992 ; le premier se concentrant sur la recherche d’objets moins massifs et plus petits. Ces programmes se sont arrêtés en 2003 et 2001, avec un bilan peu convaincant. Peu d’effets de lentille gravitationnelle ont été observés et les scientifiques ont dû conclure que moins de 10 % du halo de notre galaxie pourrait être formé de naines brunes, ce qui est insuffisant encore une fois.

Cordialement,

[Calvert]

Il s'agirait alors de trous noirs de masse intermédiaire ?

Non. Ceux-ci sont beaucoup plus massifs.

[Thioclou]

Bonsoir,

.......
Wiki m'a donné la réponse.......

Oui, mais Wiki n'a pas tenu compte du dernier paragraphe du rapport

http://www.larecherche.fr/content/im...ticle?id=13378

qui dit

<A moins que... Il reste encore aux groupes Eros et Macho une fenêtre à explorer. Et si la matière noire était composée de trous noirs d'une dizaine de masses solaires ? Les équipes n'abandonneront pas la partie avant d'avoir analysé cette dernière possibilité.>

[physikaddict]

Bonsoir,


Oui, mais Wiki n'a pas tenu compte du dernier paragraphe du rapport

http://www.larecherche.fr/content/im...ticle?id=13378

qui dit

<A moins que... Il reste encore aux groupes Eros et Macho une fenêtre à explorer. Et si la matière noire était composée de trous noirs d'une dizaine de masses solaires ? Les équipes n'abandonneront pas la partie avant d'avoir analysé cette dernière possibilité.>

Wiki n'est pas parfait !
Mais bon, plus de nouvelles de ces groupes de recherche depuis quelques années (j'entend par là rien trouvé sur Google en survolant...) et ça m'étonne...

Cordialement,

[physikaddict]

Non. Ceux-ci sont beaucoup plus massifs.

Merci, effectivement, après revérification, je me suis planté de quelques ordres de grandeur

Cordialement,

[Thioclou]

Bonjour,

On ne vous dit pas tout ....

[physikaddict]

Bonjour,

On ne vous dit pas tout ....

Je serais néanmoins curieux du déroulement des recherches sur les trous noirs

Cordialement,

[invited8bd0c28]

Je suis tombé à nouveau sur cette question aujourd'hui avec cette vidéo:



Je ne suis vraiment pas convaincu par cette explication cosmologique.

Invoquer l'expansion de l'univers pour expliquer le paradoxe d'Olbers, ça me parait complètement disproportionné. Comme utiliser un bazooka pour se débarrasser d'un moustique.

Parce que l'expansion de l'univers, c'est valable uniquement entre les galaxies, et encore, pourvu qu'elles soient suffisamment éloignées les unes des autres. En fait le paradoxe, on pourrait très bien le reformuler en se limitant à notre galaxie qui est constituée de deux bonnes centaines de milliards d'étoiles réparties grosso-modo sur un disque. La nuit, on peut voir ce disque par la tranche et ça fait une grande bande dans le ciel qu'on appelle la Voie lactée.

Bon, et bien figurez vous que moi la nuit quand je regarde la Voie Lactée, je n'ai pas besoin de me protéger les yeux ! Pourtant j'imagine aisément que si je prolongeais la direction de mon regard suffisamment loin, je tomberais inévitablement sur une étoile, et ce sans pour autant avoir besoin de sortir de la galaxie. Donc il est hors de question d'invoquer l'expansion de l'univers pour expliquer ça.

Donc j'ai une question, pour vérifier mon intuition sur le fait qu'on doit pouvoir limiter le paradoxe à la Voie Lactée.

Compte tenu de ce qu'on sait sur la densité de la Voie Lactée et sur la taille moyenne des étoiles qui s'y trouvent, quelle est la probabilité pour qu'en traçant au hasard une ligne qui traverse toute la Voie Lactée de part en part, cette ligne traverse au moins une étoile ?

[mach3]

Bon, et bien figurez vous que moi la nuit quand je regarde la Voie Lactée, je n'ai pas besoin de me protéger les yeux ! Pourtant j'imagine aisément que si je prolongeais la direction de mon regard suffisamment loin, je tomberais inévitablement sur une étoile, et ce sans pour autant avoir besoin de sortir de la galaxie. Donc il est hors de question d'invoquer l'expansion de l'univers pour expliquer ça.

Donc j'ai une question, pour vérifier mon intuition sur le fait qu'on doit pouvoir limiter le paradoxe à la Voie Lactée.

Compte tenu de ce qu'on sait sur la densité de la Voie Lactée et sur la taille moyenne des étoiles qui s'y trouvent, quelle est la probabilité pour qu'en traçant au hasard une ligne qui traverse toute la Voie Lactée de part en part, cette ligne traverse au moins une étoile ?

non, pas assez d'étoiles dans le disque pour que la surface correspondante dans le ciel soit totalement couverte par elle, de plus le disque comprend de nombreux nuages opaques qui masquent une très grande partie de ces étoiles.

Par ailleurs dans les photographies, on voit toujours des espaces vides entre les étoiles de notre galaxie, quelque soit la direction, même avec une exposition assez longue pour qu'une étoile faible situé à l'autre bout soit visible. Il n'y a que dans des structures particulières (amas globulaires) où les étoiles semblent vraiment empilées les unes sur les autres quand on les prend en photo.

m@ch3

[Gilgamesh]

Bon, et bien figurez vous que moi la nuit quand je regarde la Voie Lactée, je n'ai pas besoin de me protéger les yeux ! Pourtant j'imagine aisément que si je prolongeais la direction de mon regard suffisamment loin, je tomberais inévitablement sur une étoile.

Il s'en faut de très loin.

Prenons la région la plus dense, le Bulbe. Disons en ordre de grandeur qu'on a environ 10% des étoiles (disons 20 milliards) dans une sphère de ~5 kly de rayon. Prenons un diamètre moyen de 1 million de km pour les étoiles.

Le ratio de la somme des sections stellaires sur la section de la sphère est de l'ordre de ~ 10^-12.

[Kelthuzad]

Bonjour,

Une conférence d'Hubert Reeves expliquant très bien le sujet :

Hubert Reeves Pourquoi La Nuit Est Elle Noire Astronomie Astrophysique 2000