En fait, tout le monde sait très bien pourquoi il fait noir la nuit: parce que le Soleil se trouve alors de l'autre côté de la Terre et qu'il n'y a alors, par conséquent, que très peu de lumière que nos yeux peuvent capter. Ceux-ci perçoivent donc la même chose que, par exemple, quand nous nous trouvons dans une pièce sans fenêtre, toutes lumières éteintes, c'est-à-dire du noir. C'est simple comme bonsoir.

Non, vraiment, il n'y a que des physiciens, c'est bien connu, pour se heurter les méninges sur des «affaires simples» comme celle-là - ce qu'ils ont d'ailleurs fait pendant des siècles, comme on s'apprête à le voir. M. Ouellet nous a d'ailleurs confirmé en être un, de formation du moins, ce qui signifie qu'il connaît fort bien la réponse à sa (fausse) question.

Normalement, votre humble serviteur ne répond pas à ce genre de courriel - du moins, pas dans le journal -, mais nos honorables lecteurs nous pardonneront sûrement la petite exception que voici. Car, et ça aussi c'est bien connu, il n'y a que des physiciens pour découvrir des vérités aussi fondamentales que l'«âge de l'Univers n'est pas infini» à partir de questions aussi banales.

Le problème auquel M. Ouellet fait référence est un «classique» de l'astrophysique, qui a même son appellation contrôlée: le Paradoxe d'Olbers, du nom d'un astronome allemand, Heinrich Olbers (1758-1840), qui y consacra un article savant en 1823. Remarquez que c'est une des énigmes les plus mal nommées qui soient, puisqu'elle remonte au moins à l'astronome anglais du XVIe siècle Thomas Digges (1546-1595), soit bien avant la naissance d'Olbers - lequel n'était pas un astronome patenté, d'ailleurs, mais plutôt médecin - et qu'elle n'est même pas un «paradoxe» à proprement parler, mais passons.

L'histoire va comme suit... Supposons que l'Univers est infiniment grand, qu'il est rempli d'étoiles semblables au Soleil est qu'il est immuable, c'est-à-dire qu'il a toujours existé. Dans un tel Univers, le noir de la nuit serait effectivement une énigme, même si c'est assez contre-intuitif. Comme on l'a vu plusieurs fois dans cette rubrique, en effet, l'intensité lumineuse d'une étoile (ou de toute autre source de lumière) diminue avec sa distance, plus précisément avec le carré de sa distance. Ainsi, si la distance qui nous sépare d'une étoile doublait soudainement, sa lumière nous paraîtrait alors 22 = 4 fois moins intense; si la distance triplait, elle nous semblerait 32 = 9 fois plus blafarde; et ainsi de suite.

Imaginons un ciel étoilé

Imaginons donc une sphère dont le centre serait cette bonne vieille Terre et dont le rayon mesurerait, disons, 10 années-lumière. Il y a un certain nombre d'étoiles qui se situent à peu près à cette distance de nous, et nous en recevons une quantité donnée de lumière - à cette distance d'ailleurs, certaines apparaissent très brillantes dans le ciel, la plus brillante de toutes étant Sirius, à 8,6 années-lumière de nous.

Maintenant, imaginons une seconde sphère dont le rayon serait deux fois plus long, soit 20 années-lumière. Chacune des étoiles situées à la surface de cette sphère nous semblerait donc, en moyenne, quatre fois moins lumineuse que celles qui se trouvent dans la première sphère. Mais voilà, la surface d'une sphère augmente elle aussi avec le carré du rayon si bien que les étoiles étant distribuées assez également dans l'espace, il y aurait aussi quatre fois plus d'étoiles à la surface de la seconde sphère, ce qui compenserait leur éloignement. Nous recevrions donc autant de lumière de la seconde sphère que de la première, et l'on pourrait en dire autant d'une troisième sphère de 30 années-lumière de rayon, dont les étoiles seraient en moyenne neuf fois moins brillantes, mais aussi neuf fois plus nombreuses.

Et en continuant ainsi jusqu'à l'infini, on se retrouverait donc avec un ciel (nocturne ou non) qui non seulement ne serait pas noir, mais qui serait en fait aussi brillant que la surface d'une étoile!

Or, on est évidemment (et heureusement) très loin du compte, ce dont les astrophysiciens ont pu déduire deux choses, pas nécessairement contradictoires. Première déduction: l'Univers est peut-être infiniment grand, mais il n'est pas éternel. Il a un âge fini et qui n'est pas assez long pour que la lumière de toutes les étoiles, ni même d'une bonne partie d'entre elles, ait eu le temps de nous atteindre.

La finalité de l'univers

Cela peut paraître presque enfantin, maintenant que l'on sait que l'Univers a effectivement un âge fini de 13,75 milliards d'années, mais l'hypothèse d'un Univers immuable et éternel a fait long feu en astronomie. Fait intéressant, note d'ailleurs l'astronome anglais John Gribbin dans son (extraordinaire) ouvrage À la poursuite du Big Bang, les astronomes ont passé un bon deux siècles à ignorer complètement cette explication, même s'ils connaissaient la vitesse de la lumière depuis 1676 et que l'Église enseignait que la création datait de 4004 années avant la naissance du Christ. Cela faisait une sphère de moins de 6000 années-lumière qui aurait amplement suffi à expliquer le noir de la nuit, mais le fait que l'énigme ait persisté malgré tout en dit long sur la crédibilité dont jouissaient les Écritures dans les cercles d'astronomes...

Deuxième déduction possible: l'Univers est en expansion. S'il s'agrandit, cela signifie que la plupart des étoiles s'éloignent de la Terre, et la vitesse qu'elles ont par rapport à nous a pour effet d'allonger la longueur d'onde de leur lumière. Dans un certain nombre de cas, c'est suffisant pour faire passer cette lumière de «visible» à «infrarouge», que nos yeux sont incapables de percevoir. Ce phénomène, nommé effet Doppler, peut donc aussi contribuer au noir de la nuit.

Sources:

JOHN GRIBBIN. À la poursuite du Big Bang, Flammarion, 1991.

STARCHILD TEAM. «Why Is Space Black?», StarChild Question of the Month, NASA, 2002, http://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/questions/question52.html.