La découverte de Neptune

23 septembre 1846, Berlin. L’hiver s’est déjà installé, il est 18 heures et le ciel est couvert. À l’observatoire impérial, Johann Galle relit la lettre qu’il vient de recevoir ce matin. Il la connait par cœur, et à chaque fois qu’il la relit, un mélange d’excitation et d’énervement lui remplit l’âme. Il ne sait que faire. L’astronome français auteur de la lettre, Urbain Le Verrier, n’avait même pas daigné lui répondre lorsque Galle lui avait envoyé sa thèse de doctorat quelques années plus tôt. Bref, Le Verrier lui demande de fixer un point du ciel, dans la nuit du 23 au 24 très précisément grâce à sa lunette de 23 cm d’ouverture, l’une des plus précises d’Europe, que les Français n’ont pas été capables de fabriquer. Il est vrai que sous l’impulsion d’astronomes comme Bessel ou Encke, le récent directeur de l’observatoire de Berlin, la science prussienne a rattrapé son retard sur ses voisins anglais, russes et surtout français. Tout du moins au niveau des instruments. Mais dans ce cas précis, la requête est tout autre et a de quoi surprendre. Après plus de deux ans de calculs acharnés, sans même avoir levé les yeux au ciel, cet impertinent français affirme avoir trouvé une planète « au bout de sa plume », comme dira son mentor Arago, directeur de l’observatoire de Paris.

Comment a-t-il fait ? La dernière planète avait été découverte en 1781 par un anglais du nom de William Herschel. On l’a appelée Uranus, et elle s’ajoutait aux 6 planètes connues depuis l’Antiquité que sont, dans l’ordre d’apparition à partir du Soleil, Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter et Saturne. Uranus est restée longtemps cachée, bien que visible à l’œil nu, parce qu’on la prenait pour une étoile. Non seulement son éclat était très faible, mais sa période de rotation autour du Soleil de 84 ans la rendait quasiment immobile dans le ciel nocturne. C’était à l’époque la méthode la plus sûre de distinguer si un point lumineux était une étoile ou une planète. Le soir venu, si vous levez les yeux au ciel, après avoir téléchargé l’une des nombreuses applications qui vous donnent une carte stellaire, vous repérerez facilement les planètes visibles à l’œil nu, comme Vénus, Mars, Jupiter ou Saturne. Si celles-ci brillent, c’est parce que la lumière du Soleil se reflète sur leur surface. C’est le même phénomène qui rend la Lune visible la nuit tombée. Mais étant très éloignées, il est parfois difficile de les distinguer des étoiles sans télescope, sauf à comparer leur position d’un jour sur l’autre. Vous serez surpris de voir, en observant le ciel pendant une semaine, combien ces planètes traversent la voute céleste, passant d’une constellation à l’autre. Ce mouvement est visible parce que les étoiles sont tellement distantes dans le ciel qu’elles nous paraissent fixes, comme un fond d’écran derrière les trajectoires des planètes. Herschel avait donc observé cette étrange « étoile » bougeant dans le ciel, et l’avait fait redescendre de son piédestal stellaire à un statut planétaire. Ce n’est pas si mal non plus… Galle est face au problème inverse : trouver une planète dont la position, la taille et le mouvement ont été calculés au demi degré près par ce Le Verrier.

Il hésite. Il hésite d’autant plus que ce 23 Septembre c’est l’anniversaire de Encke, le directeur de l’observatoire. Ce dernier a prévu une soirée mondaine et n’a aucunement envie de passer sa nuit à se geler, l’œil planté dans la lunette astronomique jusqu’à l’aube. Il lui laisse toutefois les clefs, et part se préparer pour la fête. Bon. Galle se décide finalement, et s’installe dans l’inconfort de la chambre au sommet de l’observatoire avec son assistant d’Arrest. Ils n’ont vraiment pas de chance le ciel est nuageux ce soir-là. Galle dirige alors son télescope vers la position indiquée par Le Verrier. Entre deux nuages, il voit des points lumineux, comme des étoiles, mais pas de disque, qui serait caractéristique d’une planète. D’Arrest a alors une idée. Dans l’obscurité de l’observatoire, et dans la précipitation de peur que de nouveaux nuages viennent obscurcir cette région du ciel, il fouille parmi les cartes célestes présentes dans les archives, qui répertorient toutes les étoiles dans cette partie de l’espace. Quelle surprise, un point lumineux clairement visible à l’objectif ne semble pas présent sur la carte. Il est minuit, et le ciel se couvre définitivement pour la nuit. Déception. La journée du 24 septembre se traîne dans une anxiété grandissante. Le 24 au soir, le ciel est dégagé, Encke les a rejoints. Ils observent le ciel, et à nouveau, un point lumineux non cartographié apparait, qui plus est, ayant bougé légèrement par rapport à la veille, et suivant la trajectoire exacte calculée et prédite par Le Verrier ! Galle rédige sa réponse à l’astronome français le 25 septembre 1846 en ces termes : « La planète dont vous avez signalé la position réellement existe. »

Le retentissement est énorme. Mondial. Pour la première fois de l’humanité un homme avait su prévoir l’existence d’un astre par la simple force du calcul, de la raison pure. Un changement complet de paradigme venait de s’opérer : c’était désormais l’esprit humain qui guidait les observations, et non les expériences qui menaient à la théorie. Une polémique enfle en Europe pour savoir à qui attribuer la paternité de la découverte, et Galle reconnait humblement que c’est à Le Verrier que doivent revenir tous les honneurs. Cette nouvelle planète s’appellera Neptune, la 8ème planète du système solaire. Des années plus tard, observant une anomalie dans le mouvement de Mercure, Le Verrier proposera l’existence d’une 9ème planète entre Mercure et le Soleil, sans succès toutefois. Pour l’expliquer, il faudra attendre l’émergence du génie d’Einstein et sa théorie de la relativité générale qui ébranleront les fondements de la gravitation newtonienne.

De nos jours, la recherche de nouvelles planètes est un sujet très actif en astronomie. Celles-ci étant bien plus éloignées que le sont Neptune ou Uranus (l’étoile la plus proche, Proxima, étant située à plus de 40 000 milliards de kilomètres de la Terre) les méthodes sont complètement différentes. On analyse par exemple la variation de luminosité de l’étoile, qui fait que si une planète passe devant celle-ci, l’occultant en partie elle la rendra légèrement moins lumineuse, de manière cyclique. Deuxièmement, cette planète aura un effet gravitationnel sur l’étoile, la faisant vibrer d’avant en arrière à chaque cycle. Cette oscillation de l’étoile est observable par un effet appelé effet Doppler, qui prédit que les fréquences émises par l’étoile sont décalées vers le rouge si elle s’éloigne de nous et vers le violet si elle se rapproche de nous. Plus de 4500 exoplanètes ont déjà été découvertes à ce jour. Le Verrier prendra par la suite la direction de l’observatoire de Paris, régnant en maitre absolu (pas toujours de manière bienheureuse) sur l’astronomie française. Pour les plus curieux d’entre vous, il repose désormais au cimetière du Montparnasse, une reproduction de Neptune trônant fièrement au sommet de sa sépulture.