Les mystères de la deuxième planète : comment Mikhaïl Lomonossov a découvert l’atmosphère de Vénus

Le 6 juin (26 mai, selon l'ancien calendrier) 1761, il y a 265 ans, le scientifique russe Mikhaïl Lomonossov émit l'hypothèse de l'existence d'une atmosphère sur Vénus en observant le transit de la planète devant le Soleil.

Son hypothèse fut confirmée par la suite, mais l'Occident, jusqu'à récemment, doutait de la découverte de russe.

Victor Bodrov pour l'agence TASS revient sur les priorités astronomiques de Lomonossov, le destin de son télescope, la confirmation de sa découverte et l'exploration de Vénus par les sondes spatiales.

Mikhaïl Lomonossov naquit le 19 novembre 1711 dans le village de Mishaninskaya (aujourd'hui Lomonosovo, dans le district de Kholmogorsky, région d'Arkhangelsk, en Fédération de Russie), au sein d'une famille de paysans pomors.

Après avoir appris à lire et à écrire à l'église locale, en 1730, à l'âge de 19 ans, Mikhaïl se rendit à Moscou où, dissimulant ses origines paysannes, il s'inscrivit à l'Académie slavo-grecque-latine. Parmi ses meilleurs élèves, il poursuivit ensuite ses études à Saint-Pétersbourg, puis, en 1736, en Allemagne. De retour de l'étranger en 1741, il commença à travailler à l'Académie des sciences de Saint-Pétersbourg, fondée par Pierre le Grand, où il se consacra à la recherche et à l'enseignement.

Lomonosov a contribué à de nombreux domaines scientifiques, de la recherche fondamentale en physique et en chimie à la poésie. Les experts le surnomment « le Pierre Ier de la science et de la culture russes ». Il a également apporté d'immenses contributions à l'astronomie. Il a notamment proposé un nouveau modèle de télescope à réflexion qui éliminait le miroir secondaire, réduisant ainsi les pertes de faisceau lumineux. Cette idée fut ensuite perfectionnée par l'astronome anglais William Herschel, et ce modèle optique est aujourd'hui connu sous le nom de modèle Lomonosov-Herschel. Parmi les autres réalisations figure le « télescope nocturne », un instrument optique à grande ouverture destiné à la navigation maritime au crépuscule, sans équivalent à l'époque.

Entouré d'une atmosphère noble et aérée

En 1761, un phénomène prédit par les astronomes était attendu : le transit de Vénus devant le Soleil.

Ces événements se produisent par paires, à huit ans d'intervalle, une fois par siècle.

L'événement a captivé les scientifiques du monde entier : en observant simultanément la position de la planète depuis différents points sur Terre, il était possible de déterminer avec précision la distance qui nous sépare du Soleil (la valeur de l'unité astronomique). Comme l'a souligné Alfiya Nesterenko, directrice de l'observatoire Vega au département de physique de l'université d'État de Novossibirsk (NSU), dans un article paru en 2013 dans la revue « Nature », citant des experts, l'Académie des sciences de Russie, sous le patronage de l'impératrice Élisabeth Petrovna, a acquis plusieurs télescopes de premier ordre, fabriqués par des artisans étrangers de renom, pour observer le transit de Vénus de 1761.

Mikhaïl Lomonossov a également observé le phénomène à Saint-Pétersbourg grâce à l'un de ces instruments, utilisant un verre fumé pour atténuer la lumière du soleil.

Alors que le minuscule disque de la planète, visible à travers le télescope, traversait le limbe solaire, le scientifique remarqua que Vénus semblait repousser le bord de notre Soleil, formant un renflement (dans son rapport d'observation, Lomonosov le qualifia de « bouton »).

Il parvint également à discerner une bande lumineuse encerclant Vénus et séparant son disque de celui du Soleil – une « lueur ténue ».

Il émit l'hypothèse qu'il avait observé la réfraction des rayons solaires dans l'enveloppe gazeuse de l'astre et conclut que « la planète Vénus est entourée d'une atmosphère significative, similaire (voire plus dense) à celle qui baigne notre planète ». Le rapport de Lomonosov se terminait par une discussion sur l'existence de la vie sur Vénus et les croyances religieuses de ses hypothétiques habitants.

Parmi les nombreux observateurs du transit de Vénus de 1761, seul le scientifique russe a décrit en détail la méthodologie et le déroulement des observations, et a tiré des conclusions sur l'atmosphère de la planète.

L'intuition de Mikhaïl Lomonossov est considérée comme son plus grand accomplissement en astronomie.

Qu'a vu Lomonosov ?

Vénus a de nouveau transité devant le Soleil en 2004 et 2012. Comme lors des précédents transits, des spécialistes de différents pays, dont la Russie, l'ont observé. Cependant, certains astronomes étrangers doutent que Lomonosov ait pu observer la réfraction des rayons solaires dans l'atmosphère de Vénus en 1761.

Ils suggèrent que le scientifique a simplement observé des distorsions optiques (le fameux effet de goutte noire), qu'il a interprétées à sa manière, et que l'atmosphère vénusienne est si ténue qu'il était techniquement impossible de la détecter.

En 2012, des chercheurs de l'Université d'État de Norfolk (NSU) et leurs collègues américains ont entrepris de reproduire les observations de Lomonosov à l'aide des télescopes d'époque. Nesterenko, l'une des responsables de l'expérience, a expliqué dans une interview à l'agence TASS qu'elle et d'autres spécialistes avaient tenté de retrouver l'instrument utilisé par Lomonosov, mais qu'il avait très probablement disparu.

L'article publié par l'équipe de scientifiques ayant reconstitué les observations du célèbre astronome russe affirme également que le télescope de Lomonosov n'a pas été retrouvé. Il se trouvait peut-être à l'observatoire de Pulkovo, près de Saint-Pétersbourg.

Avant la Première Guerre mondiale, cet observatoire avait rassemblé une importante collection d'instruments optiques anciens, d'instruments astrométriques et géodésiques, de miroirs de télescope conçus par Herschel, ainsi que des portraits d'astronomes russes et étrangers. La majeure partie de cette collection unique, y compris les télescopes, a été détruite lors des bombardements nazis de 1941.

Pour la reconstitution historique, les spécialistes se sont procuré des télescopes à lentilles similaires, conçus par le célèbre opticien britannique John Dollond – d'après les archives, il s'agit du même instrument que celui utilisé par Lomonosov.

Nesterenko a précisé que son équipe avait consacré deux ans à la recherche de ces optiques authentiques. Le 6 juin 2012, plusieurs équipes de recherche en Russie et aux États-Unis ont suivi de près le passage de la Terre à travers d'anciens télescopes équipés de filtres solaires semblables à ceux de Lomonosov.

Plusieurs observateurs ont pu constater les effets décrits par Lomonosov – à la fois la « bosse » et la fine bande lumineuse de l'atmosphère – confirmant ainsi la découverte du grand scientifique russe.

Un œil exercé

Comment Lomonossov, disposant des mêmes instruments que ses compatriotes, a-t-il pu discerner l'atmosphère, alors que d'autres astronomes n'y parvenaient pas ?

Nesterenko suggère que cela tient à l'expérience pratique du scientifique dans la création de mosaïques et la fusion du smalt, un type de verre coloré particulier utilisé pour leur confection.

« Il fusionnait divers métaux et substances dans les flammes d'un four pour créer des mosaïques aux nuances variées, puis réalisait des "grandes batailles" (Lomonossov a créé de nombreuses mosaïques, dont la monumentale "Bataille de Poltava", couvrant plus de 30 mètres carrés et pesant 80 tonnes – TASS), toutes ces mosaïques », explique-t-elle. « Il en tirait des revenus, et son œil était donc extrêmement exercé. »

Les chercheurs modernes suggèrent que la découverte de Lomonosov n'était pas fortuite : il testait l'hypothèse selon laquelle Vénus et d'autres planètes possédaient une atmosphère, une idée largement répandue dans les milieux scientifiques de l'époque. En particulier, l'idée de mondes habités multiples était défendue par le prêtre et philosophe italien Giordano Bruno, qui fut brûlé vif pour ses idées en 1600.

Lomonosov, comme il l'a lui-même indiqué dans son rapport, utilisait un « verre très légèrement fumé », un filtre artisanal qui n'atténuait que très légèrement la lumière du soleil. Le scientifique devait donc regarder dans le télescope par intermittence, « afin de solliciter au maximum son œil et de le reposer pendant le reste du passage ». Une technique similaire a été employée par les observateurs qui ont réussi à reproduire les observations de Lomonosov en 2012. À l'instar du Russe, ils ont utilisé des filtres lumineux et effectué des observations par sessions de quelques secondes.

« Vénus » sur Vénus

Avec l'avènement de l'ère spatiale, les scientifiques ont pu confirmer l'existence de l'atmosphère de Vénus grâce à des mesures directes effectuées par des sondes interplanétaires non habitées (AMS) et des atterrisseurs.

Le 1er mars 1966, la sonde soviétique Venera 3 pénétra dans l'atmosphère pour la première fois avant de s'écraser à la surface de la planète. Le 18 octobre 1967, l' atterrisseur Venera 4, lors de sa descente en parachute, réalisa les premières mesures directes de la température, de la densité, de la pression et de la composition chimique de l'atmosphère de Vénus.

Cependant, l'enveloppe gazeuse de la planète s'avéra beaucoup plus dense que les scientifiques et les concepteurs ne l'avaient imaginé, et la capsule ne résista pas à la pression élevée (90 fois supérieure à celle à la surface de la Terre). Le corps en titane de Venera 7 , qui atterrit le 15 décembre 1970 et transmit des données scientifiques pendant 20 minutes, était conçu pour résister à une pression équivalente à 180 atmosphères terrestres.

« Le 22 octobre 1975, la station interplanétaire Venera-9, après avoir parcouru plus de 300 millions de kilomètres en 136 jours de vol, a été mise en orbite autour de Vénus et est devenue le tout premier satellite artificiel de Vénus », rapportait l'agence TASS en 1975.

« Le module de descente de la station s'est posé en douceur sur la surface de Vénus. Pour la première fois, une image unique de la surface de Vénus a été obtenue sur le site d'atterrissage. »