Viktor Safronov : Comment un mathématicien soviétique a enseigné à la NASA la formation des planètes


Nous devons seulement comprendre comment les planètes de notre système solaire se sont formées au cours des 100 dernières années. Dans l’extrait ci-dessous de « Qu’est-ce qui t’a pris » (HarperCollins, 2023), Dan Levitt s’intéresse au mathématicien soviétique qui a passé une décennie à travailler sur un problème que la plupart des astronomes avaient abandonné et qui, lorsqu’il l’a finalement résolu, a été accueilli avec désintérêt et scepticisme.


Il y a plus de 4,8 milliards d’années, les atomes qui allaient nous créer naviguaient dans de grands nuages ​​​​de gaz et de poussière, vers… enfin, rien. Il n’y avait ni système solaire, ni planètes, ni Terre. En fait, pendant longtemps, les scientifiques n’ont pas pu expliquer comment notre planète solide, sans parler d’une planète si hospitalière à la vie, est apparue. Comment notre planète désormais rocheuse a-t-elle été créée, comme par magie, à partir d’un nuage éthéré de gaz et de poussière ? Comment et quand la Terre est-elle devenue si accueillante à la vie ? Et quelles épreuves nos molécules ont-elles été obligées d’affronter jusqu’à ce que la vie puisse évoluer ?

Les scientifiques apprendraient que nos atomes ne pourraient enfin créer la vie qu’après avoir subi des collisions déchirantes, des fusions et des bombardements – des catastrophes qui dépassent toute destruction jamais vue par l’humanité.

Expliquer comment nos planètes ont été créées semblait si difficile que, dans les années 1950, la plupart des astronomes avaient abandonné. Leurs théories semblaient ne mener nulle part. Deux siècles auparavant, le philosophe allemand Emmanuel Kant et l’érudit français Pierre-Simon Laplace avaient commencé, de manière assez prometteuse, par théoriser correctement que la gravité tournoyait dans un énorme nuage de gaz et de poussière en rotation si étroitement que des températures et des pressions féroces l’enflammaient pour en faire une étoile. – notre soleil. Mais comment les planètes se sont-elles formées ? Ils ont postulé qu’un disque de poussière et de gaz parasites tournait toujours autour du Soleil, et que celui-ci se brisait en nuages ​​plus petits qui créaient les planètes. Cependant, personne n’a pu expliquer de manière convaincante comment le disque s’est brisé ou comment les planètes se sont formées à partir de ces petits nuages.

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En 1917, l’Anglais James Jeans adopte une approche inventive qui, comme nous l’avons vu, a été approuvée par les contemporains de Cecilia Payne. Jeans a supposé que l’attraction gravitationnelle d’une étoile qui passait était si forte qu’elle arrachait d’énormes morceaux de gaz de la surface du soleil – et ceux-ci devenaient les planètes. D’autres pensaient que nos planètes étaient des débris laissés par les collisions d’étoiles. Mais personne ne pouvait deviner comment neuf planètes éloignées se seraient formées à la suite d’une telle collision. Il semblait aussi probable que si vous aviez mis du linge mouillé dans un sèche-linge et que vous l’ouvriez ensuite pour trouver vos vêtements non seulement secs, mais soigneusement pliés. Seuls quelques astronomes continuèrent à prendre la question au sérieux. C’était une question digne uniquement d’un « divertissement innocent » ou d’une « spéculation scandaleuse », observa l’astronome George Wetherill. Il n’était tout simplement pas clair que nous puissions jamais remonter aussi loin dans le temps.

Université d’État de Moscou, où Safronov a étudié avant d’être recruté à l’Académie soviétique des sciences par Otto Schmidt

Néanmoins, en Union soviétique, à la fin des années 1950, au plus fort de la guerre froide, un jeune physicien a décidé d’attaquer le problème de front – avec les mathématiques. Il s’appelait Viktor Safronov. Safronov était de petite taille et luttait contre le paludisme, héritage de sa formation militaire en Azerbaïdjan pendant la Seconde Guerre mondiale. Il était modeste, humble et exceptionnellement intelligent. À l’Université de Moscou, il s’est distingué par des diplômes supérieurs en physique et en mathématiques. Reconnaissant son talent, le mathématicien, géophysicien et explorateur polaire Otto Schmidt le recruta à l’Académie soviétique des sciences.

Schmidt lui-même, comme Kant et Laplace avant lui, était sûr que nos planètes avaient été créées à partir d’un disque de gaz et de poussière en orbite autour du Soleil. Il voulait quelqu’un avec les compétences techniques pour l’aider à comprendre comment, et Safronov à la voix douce était un brillant mathématicien.

En fait, son absence d’ordinateur a peut-être même aidé, en l’obligeant à aiguiser son intuition déjà redoutable.

Dans un bureau de l’Académie des sciences, Safronov a commencé par le début. Il s’est chargé de la tâche ardue d’essayer d’expliquer comment des milliards et des milliards de particules de gaz et de poussière pourraient construire un système solaire. Il essaierait de le faire avec les mathématiques – principalement les statistiques et les équations de la dynamique des fluides, qui décrivent l’écoulement des gaz et des liquides. Tout cela sans ordinateur. En fait, son absence d’ordinateur a peut-être même aidé, en l’obligeant à aiguiser son intuition déjà redoutable.

Safronov a commencé par supposer que notre système solaire a pris forme pour la première fois lorsque le vaste nuage primordial de poussière et de gaz, que nous avons laissé flotter dans l’espace dans le chapitre précédent, a été transformé par l’attraction incessante de la gravité en étoile. Presque tout (99 %, nous le savons maintenant) est devenu notre soleil. Mais les restes persistants étaient trop loin pour être entraînés vers le soleil, mais pas assez loin pour échapper complètement à ses griffes. Au lieu de cela, la gravité et la force centripète de rotation ont aplati ce nuage en un disque de poussière et de gaz en orbite autour du soleil.

Safronov s’est finalement rendu compte que les particules se heurteraient et se colleraient les unes aux autres, devenant finalement de plus en plus grosses jusqu’à devenir des planètes complètement formées.

Safronov, qui a ébloui ses collègues avec son don pour faire des estimations mathématiques rapides, a entrepris de calculer ce qui se passait lorsque de minuscules particules à l’intérieur du disque se heurtaient les unes contre les autres et frappaient ensuite leurs voisines. Avec un crayon, du papier et une règle à calcul, peut-être dans le calme d’une bibliothèque où les scientifiques soviétiques se retiraient souvent du brouhaha des grands bureaux communs, il tenta obstinément d’estimer les effets de milliers de milliards de collisions. C’était une entreprise incroyablement ardue, avec ou sans ordinateur. En comparaison, on pourrait penser que calculer la trajectoire d’un ouragan à partir des premières gouttelettes d’eau qui se forment dans les nuages ​​serait un jeu d’enfant.

Safronov s’est rendu compte que l’essaim de poussière et de gaz cosmiques en orbite autour du soleil se déplacerait à peu près à la même vitesse et dans la même direction. Parfois, lorsque les particules heurtaient leurs voisines, elles restaient collées les unes aux autres comme des flocons de neige. De plus en plus de collisions ont donné naissance à des amas de plus en plus gros, jusqu’à ce qu’ils deviennent aussi gros que des rochers, des paquebots, des chaînes de montagnes et finalement des mini-planètes. S’appuyant sur sa perspicacité, Safronov a exposé à lui seul la plupart des problèmes majeurs que les scientifiques devraient résoudre pour expliquer l’origine de nos planètes. Et avec une bravade mathématique, il en a conquis beaucoup.

Pendant des années, il a eu pratiquement pour lui seul le domaine de la formation planétaire qu’il avait créé. La plupart des collègues soviétiques étaient sceptiques et indifférents ; ses recherches semblaient si spéculatives, si éloignées de toute preuve. Puis, en 1969, Safronov publia un petit livre de poche, une rétrospective de sa décennie de travail solitaire. Il en a présenté une copie à un étudiant diplômé américain en visite, qui l’a transmise à la NASA en lui recommandant de la publier. Trois ans plus tard, une version anglaise apparaît en Occident.

Cela révolutionnerait notre compréhension de la création de la Terre et de toutes les planètes.


Texte de Ce qui vous prend : L’histoire des atomes de votre corps, du Big Bang jusqu’au dîner d’hier soir. Réimprimé avec la permission de HarperCollins Publishers.

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