CARL SAGAN : UN VOYAGE À TRAVERS NOTRE UNIVERS

Carl Sagan a appris à des millions de personnes à lever les yeux et à se sentir à la fois plus petites et plus responsables.

Scientifique, enseignant, planétologue, sceptique et écrivain, il fut l’un des vulgarisateurs scientifiques les plus influents du XXe siècle. Par ses livres, ses émissions de télévision et les messages emportés par des sondes au-delà de la Terre, Sagan a contribué à faire de l’astronomie une aventure humaine.

Cet article prend Carl Sagan pour guide à travers notre Univers : d’une planète à une lune, puis à une étoile et à une galaxie, avant de poursuivre jusqu’aux limites de ce que nous pouvons observer.

Une année-lumière mesure une distance, pas une durée. Elle correspond au trajet parcouru par la lumière en un an, soit environ 9 460 milliards de kilomètres. Dire qu’une étoile se trouve à quatre années-lumière signifie que sa lumière met environ quatre ans à nous parvenir.

Ce fait donne à l’astronomie son étrange pouvoir. Regarder dans l’espace, c’est aussi regarder dans le passé.

Pour découvrir d’autres grands sujets scientifiques avec PRESDA, lisez Charles Darwin et la théorie de l’évolution et Pourquoi rêvons-nous ?.

Un enfant tourné vers les étoiles

Carl Edward Sagan est né à Brooklyn, New York, le 9 novembre 1934.

Dès l’enfance, les étoiles, les planètes, les livres et la science-fiction le fascinaient. L’Exposition universelle de New York de 1939 le marqua profondément : elle présentait la science et la technologie comme des forces capables de transformer le quotidien.

Sagan étudia à l’université de Chicago, où il obtint plusieurs diplômes scientifiques, puis un doctorat. Ses premiers travaux portaient sur les atmosphères planétaires, notamment celles de Vénus et de Mars, ainsi que sur la possibilité d’une vie au-delà de la Terre.

Il devint ensuite professeur à l’université Cornell, où il mena une brillante carrière en planétologie tout en acquérant une notoriété exceptionnelle auprès du grand public.

De nombreux scientifiques accomplissent un excellent travail sans devenir célèbres. Sagan le devint grâce à sa capacité à rendre accessibles des idées complexes sans en diminuer la portée.

Cornell et une carrière scientifique

À Cornell, Sagan était associé au Laboratoire d'études planétaires et enseignait l'astronomie et les sciences spatiales.

Ses centres d’intérêt étaient vastes : atmosphères planétaires, effet de serre sur Vénus, surface et atmosphère de Mars, molécules organiques, vie extraterrestre et conception de messages destinés à voyager à bord de sondes spatiales.

Sagan n’était pas seulement un présentateur de télévision passionné de science. C’était un chercheur en activité, impliqué dans de grandes missions de la NASA, parmi lesquelles Mariner, Viking, Voyager et Galileo.

Sa carrière réunissait rarement autant de domaines : recherche en laboratoire, exploration spatiale, transmission des connaissances au public et réflexion philosophique sur la place de l’humanité dans le cosmos.

Terre : le point de départ

Chaque voyage à travers l'univers commence ici.

La Terre n’est pas le centre de l’Univers. Ce n’est ni la plus grande planète du Système solaire, ni même le plus grand monde rocheux connu de la science. Mais c’est le seul endroit où l’existence de la vie est confirmée.

Ces mots sont essentiels : l’existence de la vie y est confirmée.

À la date de publication de cet article, aucune forme de vie extraterrestre n’a été découverte de manière confirmée. Les scientifiques peuvent repérer des planètes autour d’autres étoiles, étudier la chimie organique dans l’espace, chercher sur Mars les traces de conditions autrefois habitables et écouter d’éventuels signaux de civilisations technologiques. Mais aucune preuve de vie au-delà de la Terre n’a encore été confirmée.

Sagan tenait profondément à cette distinction. L’émerveillement ne dispensait pas d’exiger des preuves. La possibilité d’une vie ailleurs rendait l’Univers plus intéressant, sans diminuer la rigueur nécessaire pour l’étudier.

La Terre est aussi la planète qui nous a donné les moyens de la comprendre : mathématiques, télescopes, sondes spatiales, spectroscopie, géologie, biologie et habitude de confronter les affirmations aux faits.

La Lune : un monde tout proche

La Lune est le satellite naturel de la Terre et le grand corps céleste le plus proche de notre planète.

Sa distance moyenne de la Terre est d'environ 384 400 kilomètres. C’est proche en termes astronomiques, mais cela reste énorme à l’échelle humaine. Les astronautes d'Apollo ont mis environ trois jours pour l'atteindre.

La Lune nous a aidés à comprendre que les autres mondes sont des lieux concrets. Elle possède des montagnes, des plaines, des cratères, de la poussière, des roches et une histoire marquée par les impacts et le volcanisme.

Pour la génération de Sagan, l’exploration de la Lune représenta aussi un tournant culturel. En voyant la Terre depuis l’espace, les humains commencèrent à la percevoir comme un monde unique et fragile.

Cette perspective imprégna les écrits ultérieurs de Sagan. Explorer l’espace ne consistait pas seulement à quitter la Terre, mais aussi à mieux la voir.

Le Soleil : une étoile parmi tant d’autres

Le Soleil se trouve en moyenne à environ 150 millions de kilomètres de la Terre. Les astronomes appellent cette distance une unité astronomique, ou UA.

Le Soleil contient l’écrasante majorité de la masse du système solaire. Sa gravité maintient les planètes en orbite. Sa lumière alimente le climat de la Terre et soutient la photosynthèse, fondement de la plupart des formes de vie sur la planète.

Pourtant, le Soleil est aussi profondément ordinaire.

C'est une étoile parmi des centaines de milliards dans la Voie Lactée. Ce n’est pas la plus grande étoile, la plus chaude ou la plus ancienne. C'est une étoile d'âge moyen dans une galaxie remplie d'étoiles.

Sagan s’appuyait souvent sur ce caractère ordinaire pour exprimer une idée plus vaste : nous vivons auprès d’une étoile banale dans un Univers immense. Cette échelle invite à l’humilité sans ôter son sens à notre existence.

Le système solaire

Au-delà de la Terre et de la Lune se trouve le système solaire dans son ensemble.

Mercure est la planète la plus proche du Soleil. Vénus est un monde brûlant, enveloppé d’une épaisse atmosphère de dioxyde de carbone et soumis à un effet de serre emballé. La Terre est tempérée et couverte d’océans. Mars est froide et sèche ; sa surface garde les traces d’une eau liquide qui l’a autrefois façonnée.

Plus loin se trouvent les planètes géantes : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Certains de leurs satellites comptent parmi les mondes les plus fascinants pour les planétologues. Europe et Encelade pourraient abriter des océans sous leur surface. Titan possède une atmosphère épaisse et des lacs d’hydrocarbures. Mars reste une cible majeure dans la recherche de traces d’une vie passée.

Les travaux de Sagan ont contribué à façonner notre conception moderne des planètes. Il défendait leur étude comme des mondes dotés d’une atmosphère, d’un climat, d’une surface et d’une histoire, plutôt que comme de simples points lumineux.

Les missions Mariner, Viking, Voyager et Galileo

Sagan participa à plusieurs grandes missions planétaires de la NASA ou les accompagna comme conseiller.

Les missions Mariner contribuèrent à l’exploration de Vénus et de Mars. Les travaux de Sagan sur Vénus jouèrent un rôle important dans la compréhension de son effet de serre extrême. La planète illustrait la manière dont une atmosphère peut transformer un monde.

Les sondes Viking se posèrent sur Mars en 1976. Elles emportaient des expériences destinées à rechercher des signes de vie dans le sol martien. Les résultats n’en démontrèrent pas l’existence, mais Viking fit de Mars un monde étudié directement depuis sa surface, et non plus seulement au télescope.

Lancées en 1977, les sondes Voyager 1 et Voyager 2 explorèrent les planètes extérieures. Elles révélèrent Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et leurs satellites avec une précision inédite.

La mission Galileo étudia ensuite Jupiter et ses satellites. La vision de Sagan contribua à développer, chez les scientifiques comme dans le public, une culture dans laquelle ces missions avaient tout leur sens : si ces mondes peuvent être compris, il faut aller les observer.

Voyager et le disque d'or

Les sondes Voyager emportaient bien plus que des instruments.

Elles transportaient le Golden Record, un disque phonographique réunissant des sons et des images choisis pour représenter la vie et les cultures terrestres.

Sagan a présidé le comité qui a aidé à choisir son contenu. Le disque comprenait des salutations, de la musique, des sons naturels et des informations sur la Terre.

Le Golden Record n’était pas conçu comme un moyen réaliste de communiquer à court terme. L’espace est trop vaste, et la probabilité qu’une autre civilisation le découvre puis le lise est extrêmement faible.

Sa portée symbolique est pourtant immense. C’est un message adressé par une planète à un avenir inconnu : nous étions là, nous nous posions des questions et nous avons essayé de parler.

Voyager 1 et Voyager 2 pénétrèrent ensuite dans l’espace interstellaire, au-delà de l’héliosphère du Soleil, dans la région qui sépare les étoiles. Elles figurent toujours parmi les engins humains les plus éloignés.

Le point bleu pâle

En 1990, à l’insistance de Sagan, Voyager 1 orienta sa caméra vers la Terre depuis une position située au-delà de l’orbite de Neptune.

L’image résultante montrait la Terre comme un petit point suspendu dans un rayon de soleil.

Sagan rendit ensuite cette image célèbre dans Pale Blue Dot, sa réflexion sur l’orgueil humain, les conflits, la responsabilité et la fragilité de notre planète.

Il ne s’agissait pas de dire que la Terre était sans importance parce qu’elle était petite.

Il s’agissait au contraire de rappeler son importance : tous les êtres humains que nous connaissons y ont vécu. L’astronomie peut élargir notre horizon tout en renforçant notre sens des responsabilités.

Espace interstellaire

Aucun mur ne marque la fin du Système solaire.

Le Soleil produit un flux de particules chargées appelé vent solaire. La région dominée par ce vent solaire s’appelle l’héliosphère. Au-delà de sa limite extérieure se trouve l’espace interstellaire, l’espace entre les étoiles.

Voyager 1 entra dans l’espace interstellaire en 2012, suivie par Voyager 2 en 2018, selon le suivi de mission de la NASA.

Cela ne signifie ni que les sondes ont totalement échappé à l’influence gravitationnelle du Soleil, ni qu’elles se trouvent près d’une autre étoile. Elles peuvent entrer dans l’espace interstellaire tout en restant à une distance inimaginable du système stellaire le plus proche.

C’est l’une des premières leçons à l’échelle cosmique : quitter le voisinage du Soleil n’est pas la même chose que rejoindre une autre demeure.

La Voie Lactée

Le Soleil fait partie de la Voie Lactée.

La Voie Lactée est une vaste galaxie spirale contenant des centaines de milliards d’étoiles, ainsi que du gaz, de la poussière, des planètes, des restes stellaires et de la matière noire.

Notre Système solaire se trouve loin du centre galactique, dans une région des bras spiraux. Depuis la Terre, la Voie lactée apparaît comme une bande pâle dans le ciel nocturne, car nous regardons à travers le disque très peuplé de notre propre galaxie.

La galaxie n'est pas statique. Les étoiles gravitent autour du centre galactique. Les nuages ​​de gaz s'effondrent. De nouvelles étoiles se forment. Les vieilles étoiles meurent. Les supernovae enrichissent l’espace avec des éléments qui feront ensuite partie des planètes et des corps vivants.

La célèbre phrase de Sagan selon laquelle les humains sont faits de matière stellaire exprime une vérité scientifique : de nombreux éléments de notre corps ont été forgés au cours des générations d'étoiles précédentes.

Le trou noir Sagittarius A*

Au centre de la Voie lactée se trouve Sagittarius A*, un trou noir supermassif.

En 2022, la collaboration Event Horizon Telescope publia une image de la région entourant Sagittarius A*. Elle ne montrait pas le trou noir comme un objet solide : aucune lumière ne peut en sortir depuis l’intérieur de l’horizon des événements. L’image révélait plutôt de la matière lumineuse façonnée par une gravité extrême autour de son ombre.

Pour les lecteurs novices en astronomie, un trou noir est une région où la gravité est si forte qu’au-delà d’une limite appelée horizon des événements, même la lumière ne peut s’échapper.

Sagittarius A* exerce une puissante attraction, mais ce n’est pas un aspirateur cosmique engloutissant toute la galaxie. Des étoiles gravitent autour de lui ; la cohésion de la Voie lactée dépend toutefois de la gravité de l’ensemble de sa matière, notamment des étoiles, du gaz et de la matière noire.

Andromède

Andromède, aussi appelée M31, est la grande galaxie spirale la plus proche de la Voie lactée.

Elle se trouve à environ 2,5 millions d’années-lumière. La lumière qui nous en parvient aujourd’hui a donc commencé son voyage il y a environ 2,5 millions d’années.

Andromède et la Voie Lactée se rapprochent et devraient fusionner dans des milliards d’années. Cette future fusion est une prédiction basée sur les observations et les modèles actuels, et non un événement dont les humains seront témoins à des échelles de temps historiques ordinaires.

Voir Andromède à l’œil nu sous un ciel sombre est l’un des moyens les plus simples de ressentir la distance cosmique. Une légère tache dans le ciel représente une galaxie entière.

Les galaxies et la toile cosmique

L'univers contient des galaxies sous de nombreuses formes : spirales, elliptiques, galaxies irrégulières et galaxies naines.

Les galaxies ne sont pas réparties uniformément dans l’espace comme des points semés au hasard. Aux plus grandes échelles, elles forment des amas, des filaments et d’immenses structures que l’on appelle parfois la toile cosmique.

Entre ces structures se trouvent de grands vides cosmiques. La matière n'est pas distribuée uniformément à chaque échelle, même si l'univers semble globalement uniforme lorsqu'on fait la moyenne sur les plus grandes distances.

Cette structure s'est développée sur des milliards d'années sous l'effet de la gravité, à partir d'infimes différences de densité initiales. Observer les galaxies est donc aussi une manière d’étudier l’histoire cosmique.

Matière noire

La matière visible présente dans les étoiles, les gaz, les poussières et les planètes ne suffit pas à expliquer le comportement des galaxies et des amas de galaxies.

Les astronomes déduisent l’existence de la matière noire à partir de preuves gravitationnelles, notamment la rotation des galaxies, les lentilles gravitationnelles et la structure à grande échelle de l’univers.

On parle de matière « noire » parce qu’elle n’émet, n’absorbe ni ne réfléchit la lumière de manière ordinaire. Les scientifiques la connaissent par ses effets gravitationnels, mais sa nature particulaire exacte reste inconnue.

La distinction est importante : la matière noire n’est pas une simple supposition destinée à masquer notre ignorance. L’hypothèse repose sur plusieurs ensembles de preuves gravitationnelles, tandis que sa nature profonde demeure l’une des grandes questions ouvertes de la physique.

Énergie sombre

L’énergie sombre est le nom donné à tout ce qui est à l’origine de l’expansion accélérée observée de l’univers.

À la fin des années 1990, les observations de supernovae lointaines ont montré que l’expansion cosmique s’accélère plutôt que de ralentir comme prévu.

L’énergie sombre est encore plus mystérieuse que la matière noire. Elle pourrait être liée à l’énergie de l’espace lui-même, ou révéler des phénomènes physiques plus fondamentaux que nous ne comprenons pas encore pleinement.

Les scientifiques peuvent mesurer, en cosmologie, les effets associés à l’énergie sombre. Sa nature reste pourtant inconnue.

C’est là que l’astronomie devient merveilleusement honnête. La meilleure science ne prétend pas que toutes les questions majeures ont déjà reçu une réponse.

Le Big Bang

Le Big Bang est souvent mal compris.

Il ne s’agissait pas d’une explosion survenue en un point de l’espace vide.

Le modèle du Big Bang décrit l’expansion de l’univers primitif à partir d’un état plus chaud et plus dense. L'espace lui-même s'est élargi au fil du temps. Les galaxies ne s'éloignent pas d'un site d'explosion central à travers un vide préexistant.

Les preuves à l’appui du Big Bang comprennent l’expansion de l’Univers, l’abondance des éléments légers et le fond diffus cosmologique, aussi appelé rayonnement fossile ou CMB.

Ce fond diffus est un rayonnement ancien issu de l’Univers primordial, libéré lorsque celui-ci s’était assez refroidi pour permettre à la lumière de voyager librement. Il nous parvient aujourd’hui de toutes les directions sous la forme d’un faible rayonnement micro-onde.

Le modèle du Big Bang est l’un des cadres les plus solides de la cosmologie moderne, mais il ne répond pas à toutes les questions. Il n’explique pas à lui seul pourquoi il existe quelque chose plutôt que rien, et ne décrit pas nécessairement la totalité de l’Univers au-delà de ce que nous pouvons observer.

L'univers observable

L'univers observable est la partie de l'univers à partir de laquelle la lumière a eu le temps de nous parvenir depuis que l'univers primitif est devenu transparent.

Comme l’Univers s’est dilaté pendant le trajet de la lumière, l’Univers observable mesure bien plus que 13,8 milliards d’années-lumière de diamètre. Les astronomes estiment ce diamètre à environ 93 milliards d’années-lumière.

Observable ne veut pas dire entier.

L’Univers pourrait s’étendre bien au-delà de ce que nous voyons. Il pourrait être fini ou beaucoup plus vaste que sa région observable. Certains modèles admettent un Univers infini, mais la science n’a pas confirmé que l’Univers entier le soit effectivement.

La réponse rigoureuse est que l’Univers observable marque l’horizon de nos observations et de nos preuves.

Au-delà, il faut être prudent.

SETI et l'équation de Drake

Sagan était l’un des plus célèbres défenseurs de la recherche scientifique de l’intelligence extraterrestre, souvent appelée SETI.

La recherche SETI ne part pas du principe que des extraterrestres ont été découverts. Elle cherche à savoir si des civilisations technologiques pourraient produire des signaux détectables à des distances interstellaires.

Sagan contribua aussi à populariser l’équation de Drake, formulée par l’astronome Frank Drake. Elle organise les facteurs inconnus qui interviennent dans l’estimation du nombre possible de civilisations capables de communiquer dans la Voie lactée.

L'équation de Drake n'est pas une machine qui produit une réponse confirmée. Beaucoup de ses termes restent incertains. Sa valeur réside dans le fait de transformer une question vague en une discussion scientifique structurée.

À la date de publication de cet article, aucune civilisation extraterrestre n’a été détectée de manière confirmée.

Mais la recherche se poursuit car la question est trop importante pour être ignorée et trop scientifique pour être laissée à la seule spéculation.

Cosmos et la vulgarisation scientifique

En 1980, la série Cosmos: A Personal Voyage fit découvrir la voix et l’imagination de Sagan à un très large public.

Elle associait astronomie, biologie, histoire, philosophie et art du récit. Son mérite était rare : respecter les spectateurs en leur donnant accès à de grandes idées sans les submerger de jargon.

Sagan ne rendait pas la science plus froide. Il la rendait plus vivante.

Il expliquait que scepticisme et émerveillement n’étaient pas ennemis. L’émerveillement pose la question ; le scepticisme empêche de prendre ses désirs pour des réponses.

Cet équilibre a contribué à définir son héritage public.

Scepticisme et preuves

Sagan défendait l’idée que des affirmations extraordinaires exigent des preuves solides. Cette formulation lui est particulièrement associée dans la vulgarisation scientifique moderne.

Ce principe compte, car l’être humain cherche spontanément des régularités. Nous remarquons les coïncidences, retenons les récits et éprouvons des certitudes avant même de disposer de toutes les preuves.

Sagan ne pensait pas que scepticisme signifiait cynisme. Un sceptique n’est pas quelqu’un qui refuse de croire quoi que ce soit. Un bon sceptique se demande quelle preuve distinguerait une affirmation vraie d’une fausse.

C’est pourquoi Sagan se souciait de la pseudoscience, de la superstition et des allégations de visites extraterrestres. Il pensait que la possibilité d’une vie extraterrestre était fascinante, mais il a également insisté sur le fait que la fascination n’est pas une preuve.

PRESDA a abordé cette même question des preuves dans Magie et paranormal.

La mort de Sagan

Carl Sagan est décédé le 20 décembre 1996 à l'âge de 62 ans.

Il mourut de complications liées à une myélodysplasie, maladie de la moelle osseuse, après des traitements comprenant des greffes de moelle osseuse.

Son influence scientifique et culturelle lui survécut à travers ses livres, ses étudiants, ses collègues, ses émissions et les sondes qui emportent encore des messages humains dans l’espace lointain.

Sagan ne vécut pas assez longtemps pour voir l’Event Horizon Telescope produire l’image d’un trou noir, la découverte de milliers d’exoplanètes ou les premières observations de l’Univers lointain par le télescope spatial James Webb.

Mais il contribua à façonner l’imaginaire collectif grâce auquel ces découvertes s’inscrivent dans une aventure humaine commune.

Retour sur Terre

Un voyage à travers notre univers peut faire paraître la Terre minuscule.

Elle l’est.

La Lune est loin. Le Soleil est énorme. Le système solaire est vaste. Les étoiles les plus proches sont éloignées. La Voie Lactée contient des centaines de milliards de soleils. Andromède est à des millions d'années-lumière. L'univers observable s'étend sur des dizaines de milliards d'années-lumière.

Mais l’échelle n’efface pas le sens.

La leçon la plus profonde de Sagan ne tenait pas simplement à l’immensité de l’Univers. Elle était que sa compréhension devrait modifier notre manière de vivre sur Terre.

Aucun autre foyer pour l’humanité n’a été confirmé.

Rien ne prouve que de l’aide attend parmi les étoiles.

Il existe cependant une planète sur laquelle les humains connaissent l’air, les océans, les forêts, les villes, la musique, le langage, la mémoire et la vie.

C'est là que revient le voyage cosmique.

Retour sur Terre.

Retour aux preuves.

Retour à la responsabilité.

Carl Sagan nous a fait ressentir l’immensité de l’Univers. Il nous a aussi fait comprendre qu’une petite planète était irremplaçable.