Position présente de l'hypothèse néhulaire

« Une hypothèse cosmogonique, pour être complète et répondre au sens même du mot, devrait prendre la matière à l'état primitif où elle est sortie des mains du Créateur, avec ses propriétés et ses lois, et, par l'application des principes de la Mécanique, en faire surgir l'Univers entier tel qu il existe aujourd'hui '. o Pour le système solaire en particulier, « le problème se pose en termes très nets : expliquer comment une même matière a pu, en obéissant aux lois de Newton, donner naissance à des corps, soleils, planètes et satellites - /> remplissant les conditions que 1 Astronomie nous a révélées. Telles sont les idées qu'émettait ^^ olf en 1884, à l'occasion de l'examen des hypothèses de Kant, de Laplace et de Faye; elles contiennent un merveilleux programme ; elles nous montrent plutôt le but presque intangible vers lequel doivent tendre nos efforts,... sans espoir, hélas ! de l'atteindre jamais. Wolf nous parle de la matière à l'état primitif où elle est sortie des mains du Créateur; de son temps, on pouvait encore disserter sur l'atome ultime, sur la dernière particule constitutive de la substance matérielle; depuis, l'élément envisagé par Kant, Laplace et leurs successeurs s'est montré singulièrement complexe : les physiciens l'ont divisé en ions et en électrons, et nous avons aujourd'hui les meilleures raisons de croire que notre schéma de 1 atome n'est que la représentation grossière dune réalité en fait beaucoup plus compliquée.

Se bornât-on à construire un modèle d'évolution stellaire en partant de l'atome ou de la molécule tout formés, on se heurte à des difficultés mécaniques insurmontables.

' C. Wot.F : Les Hypothèses cosmogoniqiies , p. ] Gauthier-\'illai's . Paris, 1886).

- C. Wolf : op. j. cil., p. 6.

LE PROBLÈME COSMOGOMQUE 27

Il faut lire, dans les Leçons sur les hypothèses cosmofjoniques, les critiques de H. Poincaré à la théorie du colonel du Ligondès, pour entrevoir dans quel labyrinthe inextricable s'engagent les auteurs qui ont voulu placer les atomes et les molécules à la base de leurs cosmogonies. Le physicien, en la circonstance, acquiert en effet droit de contrôle : à une masse ainsi formée, il applique aussitôt la loi de MaxAvell sur la répartition des vitesses et constate que, loin de se faire d'une façon continue, la condensation, si elle a lieu en certains endroits, se détruira d'elle-même tôt ou tard.

Pour qu'il y ait condensation, il faut des chocs avec perte de force vive et cela ne peut avoir lieu qu'avec des corps mous, non élasticjues. Les molécules gazeuses n'entreront donc pas dans ce cadre; et puis, dans un milieu aussi raréfié que les nébuleuses envisagées par les anciens auteurs, les rencontres doivent être rares; chaque molécule, on l'a calculé, subirait un choc tous les mille ans. Lncore faudrait -il s'entendre sur le mot choc ; en passant les unes près des autres, les particules esquisseraient tout au plus une simple déviation : c'est ce que Poincaré appelle des demi-chocs et ceux-là n'amèneraient jamais une condensation. Bref, en faisant le compte des demi-chocs et des chocs proprement dits, en admettant ces derniers possibles, on arrive à cette conclusion que les uns et les autres seraient en nombre égal, et l'existence de noyaux définis deviendrait tout à fait problématique '.

On a imaginé de tourner l'obstacle en substituant aux molécules des corps tout formés, une matière déjà évoluée, quelque chose comme des météorites, conformément aux idées de sir Norman Lockyer ; mais notons que dans le cas où la loi d'attraction n'est pas due à un noyau prédominant, sir Georges Dar^vin nous démontrera qu'un essaim météorique est entièrement assimilable aux molécules vagabondes des gaz; si, par hasard, quelques agglomérations parviennent à se former, nous verrons de nouveau surgir le démon auto-

' V. H. PoiNX.ARÉ : o/). j. cit., pp. m et suiv.

matique de Maxwell, organisateur du chaos; masses informes au début, les nébuleuses de Kant, de Faye et de du Ligondès seront vouées à la stérilité, et l'on ne peut plus parler d'évolution '.

Comment allons-nous sortir de cette impasse? Je ne vois qu'un seul moyen. Tout d'abord, faire un aveu de notre complète ignorance sur l'état initial de la matière; laisser aux physiciens le soin de chercher à résoudre cette énigme et construire notre nébuleuse avec des matériaux bien définis, auxquels nous pourrons sans crainte appliquer les lois indiscutables de la Mécanique et de la Thermodynamifjue.

Entrons à ce sujet dans quelques explications pour éviter toute objection ultérieure. Nous avons vu (n" 2) qu'à côté des nébuleuses purement gazeuses , il en existe d'autres à spectre ditférent, qui semblent manifester un état pulvérulent plus avancé; mais c est par une hypothèse toute gratuite que nous plaçons les premières avant les secondes dans le cycle de l'évolution que nous imaginons. Cette matière pulvérulente, météorique, dont sont formées les étoiles filantes et la lumière zodiacale, peut-être aussi les anneaux de Saturne, quest-elle en définitive ? Nous représente-t-elle un état évolué ou un stade primitif? 11 y a quelques dizaines d'années, chimistes et physiciens n'auraient pas hésité à répondre. Aujourd'hui, nous sommes moins prétentieux et nous devons avouer que la question n'est pas mûre pour une solution.

Alors, de deux choses lune, ou bien ce sont les gaz qui, par l'agglomération de leurs molécules, ont formé les matériaux météoriques et, dans ce cas, le mécanisme de cette formation nous échappant, nous avons tout avantage à nous en tenir à une matière bien déterminée et dont les propriétés mécaniques sont admises sans conteste ; ou bien la substance primordiale s'est pour ainsi dire cristallisée, sublimée en particules solides donnant naissance à ces matériaux

' V. Th. Moreu.x : Les progrès de la Cosmogonie depuis son origine. dans Scienlia Idée. 1917).

LE PROBLÈME COSÎMOGONIQUE 29

météoriques dont les chocs mutuels ont développé assez de chaleur pour engendrer Tétat gazeux, et, dans cette hypothèse, les météorites resteront encore le substratum de notre édifice.

Ainsi, quelles (|ue soient nos préférences pour lun ou l'autre mécanisme, pratifjuement , si nous avons la louable ambition de donner une base sérieuse à nos investigations, nous en sommes réduits à opter pour les météores.

On objectera de nouveau la loi de Maxwell que Darwin va nous appliquer, mais cette loi ne joue plus dès que nous nous donnons une masse centrale attirante, auquel cas nos météorites seront astreintes à circuler sur des orbites bien définies, suivant les lois déterminées et très précises de la gravitation.

Que plus tard la théorie intra-atomique puisse nous permettre de pénétrer plus avant dans le problème de l'évolution inorganique et de résoudre l'énigme de l'état nébulaire primordial, nous applaudirons à ces nouvelles conquêtes et il ne restera plus à nos successeurs — du moins nous l'espérons, — que d'approfondir les assises de notre hypothèse, appuyée déjà sur des faits indiscutables et sur les lois intangibles de la Mécanique céleste.

Si une telle position vis-à-vis du Problème cosmof/onique avait besoin d'être encore justifiée, on me permettrait peutêtre, en terminant ce chapitre, de citer les lignes que j'écrivais au lendemain du jour où mon ami le colonel du Ligondès venait apporter sa pierre à l'édifice glorieusement commencé par d'illustres prédécesseurs : « Du moment où la Mécanique prend possession dune science, on peut tout en attendre et tout lui demander ; elle sort des langes du berceau pour entrer dans une ère nouvelle'. » — « C'est qu'en effet, ajouterai-je avec Cornu, la Mécanique est la plus parfaite des sciences rationnelles issues des sciences d'observa-

• Th. Moreux : Progrès récents de la Cosmogonie , dans Rev. des Quesl. scientif., p. 460. T. il, 1897.

tion : elle emprunte aux sciences abstraites les méthodes rigoureuses et se retrempe, à chaque pas, aux sources fécondes de l'expérience en demandant aux faits la vérification des conceptions nécessairement incomplètes qu'on peut faire entrer dans le calcul. Elle a l'avantage de posséder à la fois les deux leviers les plus puissants de l'esprit humain : l'analyse mathématique et l'expérience*. »

1 A. Cornu : L'École polytechnique, dans Rer. Gèn. des Se. 13 nov. 1896.

Pl.AMUlE V

Nébuleuse d'Andromède. ; D'après une photographie.

Le résultat des recherches modernes, nous l'avons suffisamment démontré au chapitre précédent, nous incite à penser que les étoiles, tout au moins dans notre \'oie lactée, sont disposées en longues processions qui réunissent un nombre plus ou moins grand d'astres distincts se dirigeant vers un point commun, l^videmment, chacun de ces soleils faisait partie, avant sa condensation, d'un même courant cosmique au(|uel il a dû emprunter ses matériaux constitutifs.

8. Conditions reiiuisos pour lu (ormntiou il' une néJ)uleuse. — Par quel mécanisme ce courant s"est-il partagé en tronçons, pour donner naissance à des sphéroïdes plus ou moins agglomérés? C'est ce que nous aurons l'occasion de rechercher dans la suite (V. n" 18); mais un tel processus, de lavis de tous les cosmogonistes, ne saurait présenter de réelles difficultés. Celles-ci, en effet, ne commencent qu'à partir du moment où. il faut expliquer comment une masse gazeuse^ puhérulente et météorique, va s'entourer d'excroissances spiraloïdes faisant corps avec elle ; en un mot, comment un soleil embryonnaire deviendra une nébuleuse spirale à deux branches diamétralement opposées.

Ce pas franchi, les auteurs contemporains l'ont bien compris, la naissance des planètes aux dépens de ces deux appendices spiraloïdes sera une tâche relativement facile ; leurs parties constitutives peuvent très bien, en effet, sous

3 — Cosmogonie.

3i FORMATION DES NKBULEUSES SPIRALES

1 empire de la masse centrale, décrire des trajectoires généralement elliptiques; mais, la résistance aidant, les orbites deviendront sensiblement circulaires avec le temps.

Toute la question revient donc à imaginer une cause capable de créer une nébulosité autour d'un astre manifestant un début de condensation, puis d'arranger ce milieu adventice en deux branches spirales.

Or, jusqu'ici, tous les essais, ainsi que le constatait H. Poincaré, ont été infructueux.

See supposait une masse nébulaire agglomérée rencontrant au hasard de sa route des météores voyageurs qu elle s empressait de capturer. Mais Tordre de grandeur des vitesses pour la masse centrale et pour les météores doit être sensiblement le même; et c est un fait dexpérience qu'il atteint au minimum une vingtaine de kilomètres à la seconde. Dans ces conditions, les trajectoires des météores, même soumis à linfluence d'une énorme masse attirante, restent hyperboliques' et il ne saurait être question de capture. Pour que cette dernière soit sûrement réalisée , See imagine que les particules rencontrées pénètrent dans le milieu résistant entourant le noyau attractif, d'où perte de force vive par les chocs, diminution de vitesse et, par suite, transformation des trajectoires, qui deviennent elliptiques. Mais alors, pourquoi la capture a-t-elle lieu dans un plan unique, celui où circule les planètes? Et pourquoi deux branches spirales seulement?

L'objection est capitale: M. Belot essaie de tourner la difficulté en s'adressant non pas à des météores isolés, mais à un nuage cosmique amorphe. Mallieureusement, hanté par l'idée que les mouvements des planètes sont sensiblement circulaires, cet auteur crée pour les besoins de sa cause un état particulier de la masse qui s'enfonce dans la nébuleuse amorphe : cette masse, il lui donne la forme dun tuhe-lourhillon gazeux. En pénétrant la nébuleuse amorphe, ce tube va s'écraser; la première rencontre donnera un anneau qui

' Le lecteur en verra la démonslralion à propos de la formation du système solaire, 2» partie.

s'étalera; le reste du tube prendra sa place et ainsi de suite. Au prix d'une série d'hypothèses singulièrement compliquées et arbitraires, — le mot est de Poincaré, — M. Belot arrive à construire péniblement le système solaire.

Je n'ai pas du tout l'intention d'exposer ni de réfuter semblable théorie, oîi Tauteur est réduit à tabler sur des vitesses de translation atteignant 7o UUO kilomètres par seconde, à imaginer des tubes tourbillonnants, à utiliser des forces encore mal connues, comme la pression de radiation, à négliger l'attraction du soleil central, etc. Si j'ai autant insisté sur les deux hypothèses précédentes, c'est uniquement dans un but intéressé : je ne voudrais pas encourir le reproche d'avoir copié l'vine ou l'autre des deux théories, et l'exposé très sommaire (|ue je viens d'en faire suffira pour écarter toute confusion.

C est quen fait et pour les raisons déjà exposées (n° 7), je pense quil faut partir d'une masse nébulaire déjà condensée,— à la façon dont See l'imagine, — masse qui sera douée d'un mouvement propre analogue à celui des étoiles, pour servir de noyau à notre future nébuleuse.

Mais à cette masse il faut adjoindre d'autres matériaux, et ceci s'impose avec la dernière évidence. Ni un noyau nébuleux de matière condensée, ni un soleil déjà formé ne sont capables, par leur activité propre, de donner naissance à une nébuleuse, à plus forte raison à une nébuleuse spirale. Si une étoile ne rencontre aucun obstacle sur sa route, même en utilisant les forces répulsives, elle ne pourra que poursuivre sa condensation. L'échec subi par Ihypothèse de Laplace en est la meilleure preuve. Ce savant géomètre avait eu 1 idée de chercher dans la contraction d'une masse gazeuse l'accélération de la rotation initiale; l'aplatissement qui devait en résulter amenait la formation d anneaux générateurs de planètes, et celles-ci à leur tour, par un mécanisme analogue , fournissaient des satellites.

Je n'ignore pas que tout récemment on a fait grand bruit autour de théories qui arriveraient à expliquer la formation des nombreuses étoiles doubles aperçues dans le ciel ou

décelées par la spectroscopie; ces théories, a-t-on ajouté, ne seraient que l'application du cas particulier envisag^é par Laplace ^ Nous ne saurions trop nous méfier des hypothèses incontrôlables, qui sont nées exclusivement de la spéculation mathématique et qui ne s'appuient pas sur l'expérience. Tout ce que nous pouvons affirmer à l'heure actuelle, c'est que l'hypothèse de Laplace, malg-ré des travaux de défense d'une habileté incontestable, n'a pu résister aux objections de la Thermodynamique et qu'elle s'est montrée radicalement impuissante à expliquer les nouvelles acquisitions des astronomes dans le domaine solaire. Elle restera, nous le répétons à dessein, comme un témoig-nage illustre de la stérilité à laquelle serait vouée une masse nébuleuse roulant solitaire dans les espaces intersidéraux.

Toutefois, l'adjuvant nécessaire, celui dont une étoile a besoin pour construire, s'il y a lieu, son édifice complexe de planètes, de satellites et de comètes, où le prendra -t- elle ? Ni les météores épars de See, ni la nébuleuse amorphe de M. Belot ne sauraient le lui fournir.

Mais il reste les grands courants météoriques dont nous avons constaté l'existence; ceux-ci, tout nous porte à le croire, devaient, aux temps antérieurs, être distribués dans l'espace avec une incroyable prodigalité. La traversée par une masse nébulaire d'un de ces courants ne nous donnerait-elle pas le mot de l'énigme ? C'est précisément ce que nous allons voir.

9. Énoncé du problème . — Envisageons le cas général du problème à résoudre ; nous pouvons l'énoncer ainsi :

Etant donnés, d'une part, une masse attirante douée d'un mouvement propre, d autre part, un essaim de météores décrivant des trajectoires parallèles avec une vitesse du même ordre de grandeur que la masse précédente, quelles seront les conséquences de la rencontre?

Précisons maintenant quelques données importantes : La

> V. Revue du Ciel, mai 1919, p. 611.

masse qui pénètre au sein du courant météorique peut être à l'état nébulaire fortement condensé ou ressembler à un soleil tout formé; la seule condition que nous lui imposerons sera d'être attirante, conformément aux lois de la g'ravitation newtonienne

Quant au' nuage cosmi([ue, nous le supposerons essentiellement composé de météores largement espacés — ce qui exclut toute idée de résistance bien accusée — et décrivant des trajectoires parallèles entre elles. Ces parties constitutives ayant même direction et même vitesse, leur ensemble peut être comparé à un long courant météorique de large épaisseur; ([uant à leur nature intime, nous avons déjà dit nos idées à ce sujet (n° 7); on aurait tort de croire que nous les assimilons à des grains de sable, par exemple; nous pouvons adopter les vues de Sii- Normann Lockyer sur leur état physique ; ces météores peuvent être des particules microscopiques; tout ce que nous leur demandons, c'est de présenter des propriétés mécaniques définies, d'être assimilables, en un mot, à des corps mous dénués d'élasticité.

Un tel postulat, je ne saurais le dissimuler, constitue (juelque chose de choquant pour notre esprit, qui essaie toujours de remonter plus avant; mais il représente le mininmm de ce que nous pouvons actuellement demander à une théorie cosmogonique, tant que physiciens et chimistes ne seront pas parvenus à résoudre le mystère de l'évolution de la substance matérielle, donc à nous fournir une base plus fondamentale, pour ainsi parler, sur laquelle nous asseoirons nos spéculations relatives à l'organisation du chaos.

Revenons maintenant à notre problème et remarquons enfin ([ue, dès sa pénétration dans le courant cosmique, notre masse attirante exercera une attraction sur les particules éparses; nous appellerons sphère d'action de cette masse le volume sphérique dont elle occupera le centre et dont tous les points seront caractérisés par ce fait que, pour eux, l'attraction vers la masse centrale sera supérieure à celle qu'ils subissent de la part de l'ensemble des météores.

En étudiant l'application des résultats obtenus à la forma-

tien du système solaire, nous aurons à déterminer Tordre de grandeur que nous devrons donner aux vitesses des corps envisagés; mais d'ores et déjà nous pouvons constater que nous ne changerons rien aux données du problème en supposant que la masse attirante principale est immobile et que les météores sont animés d'un mouvement relatif vis-à-vis de cette masse centrale.

Le problème étant ainsi nettement posé, il est facile de pressentir dès maintenant la solution à laquelle nous allons aboutir.

Tout d'abord, les particules (ou météores) situées devant la masse attirante se précipiteront sur elle en ligne droite, tel

Fig-. 7. — M, masse centrale; //iM, faisceau de capture direcle ; deux météores symétriquement placés, m', m*, se rencontrent sur l'axe de symétrie m\l, prolongé ).

un faisceau continu de projectiles dirigés contre une cible : c'est la capture directe (fig. 7).

Tous les autres météores, c'est-à-dire ceux qui, dans l'espace, entourent ce premier faisceau, subiront une déviation de la part du noyau central, dès leur entrée dans la sphère d'action ; de droites qu'elles étaient, les trajectoires sintléchiront plus ou moins suivant leur distance au faisceau lectiligne. Toutes décriront des arcs incurvés de sections coniques. 11 importe peu, d'ailleurs, que ces courbes soient elliptiques, paraboliques ou hyperboliques; ce qui est certain, c'est que les météores voyageant sur ces routes intléchies finiront par se rencontrer à un moment donné derrière la masse attirante, et leurs chocs se répartiront tous sur le pro-

longement du faisceau rectiligne dirigé sur la partie ayant de cette masse. A partir de cet instant, en raison de la perte de force vive due aux chocs, les météores s'éloig;neront encore en ligne droite de la masse centrale, mais avec une vitesse considérablement diminuée. Certains, les plus éloig-nés. réussiront à franchir la limite de la sphère d'action et seront dès lors perdus pour la nébuleuse future; mais tous les autres, après un parcours variable, retomberont sur la masse centrale et seront capturés. Tels sont les dilîérentes phases des phénomènes dont nous avons largement esquissé le mécanisme (jue nous nous proposons maintenant de soumettre à un calcul plus rigoureux.

10. Problème ïondnnionttil. — Le problème à résoudre peut donc être ramené à celui-ci :

Quelle influence une niasse attirante M imniohile exercet-elle sur un milieu mobile de météores où elle se trouve j)longée ?

Les météores sont supposés décrire des trajectoires parallèles avec une vitesse constante v et la masse M posséder un rayon d'action égale à r.

Dès que les météores auront pénétré dans cette sphère d'action, ils seront soumis à l'attraction de la masse M (y. représentera cette attraction) et décriront une conique.

Nous pouvons dès maintenant diviser ces météores en deux groupes :

1) Ceux qui tombent directement sur la masse centrale. Ils suivront la droite mM, et la largeur du faisceau ainsi projeté sera, au début, sensiblement égale au diamètre de la masse nébulaire. Pour ces amas c'est la capture directe.

2) Pour tous les autres météores abordant la sphère d'action, la capture est possible en certaines circonstances que nous aurons à déterminer; mais, dans tous les cas, elle ne saurait être qu'indirecte, ainsi que nous le démontrerons.

Les météores formant un certain angle ), avec le rayon vecteur r (rayon de la sphère d'action) verront leurs trajectoires respectives s'infléchir symétriquement du fait de l'at-

traction de la niasse centrale M. Lexjrs orbites auront donc une intersection en arrière de M, sur le prolongement de mM; il s'ag-it de fixer pour chaque cas la distance z où aura lieu cette intersection.

11. Valeur du vecteur p en fonction de X. — Rappelons quelques formules de Mécanique céleste.

Lorsqu'un point matériel est attiré par un centre fixe suivant la loi newtonienne, c'est-à-dire en raison inverse du carré de la distance, ce point décrit une conique. La valeur du rayon vecteur r est égale à

1 — \/l +^^cos(Ô

formule dans laquelle C est la double constante des aires.

h une constante arbitraire égale à — — — r*, ' tandis que

■j. représente la force accélératrice à l'unité de distance.

(Jn voit en effet que cette courbe est une conique, car l'équation générale d'une section de ce genre rapportée à un foyer et à un axe polaire, faisant un angle « avec Taxe qui passe par le foyer, est ^, e désignant 1 excentricité et p le demi-paramètre ,