A Pasadena (Californie) le 22 février 1938 est décédé à l’âge de 69 ans le plus grand astrophysicien, dont le nom est inextricablement lié au développement de l’astronomie à la fin du XVIIIe siècle et au début du XIXe siècle.
Table des matières
Naissance et éducation
Hale est né à Chicago en 1868. Son père, fabricant de palans hydrauliques, prépare son fils à une carrière d’ingénieur, mais le jeune George manifeste un vif intérêt pour les sciences naturelles et se passionne particulièrement pour la théorie de l’évolution. Il fut un temps enclin à se consacrer à la zoologie, mais le succès de la spectroscopie dans son application à l’étude de la structure du Soleil et des étoiles, qui grâce à la nouveauté à l’époque des travaux de Geggins et Secchi permettait d’étendre la théorie de l’évolution au monde des corps cosmiques, détermina le choix de la profession du jeune homme.
George Ellery Hale
Alors qu’il était encore étudiant au Massachusetts Institute of Technology, Hale pensa à la possibilité de faire des observations spéciales du Soleil à l’aide d’un spectroscope. L’aspect habituel du Soleil, un disque rond d’une luminosité presque uniforme, est produit par le rayonnement de toutes les substances incandescentes de la photosphère solaire. Le rayonnement beaucoup plus faible des gaz flottant sous forme de nuages incandescents dans l’atmosphère solaire est complètement perdu dans l’observation ordinaire du Soleil. Hale a inventé un système permettant d’exclure le rayonnement de la photosphère et de ne conserver que les rayons émis par la chromosphère et par un élément chimique particulier.
Découvertes et inventions
Après avoir obtenu son diplôme à l’Institut en 1890, Hale visita l’Observatoire de Lycie, qui venait alors d’ouvrir ses portes et dont le directeur était si intéressé par les nouvelles possibilités d’observation du Soleil qu’il offrit au jeune homme d’utiliser le plus grand télescope de l’époque pour ses expériences — le réfracteur de 36 pouces de cet observatoire. Hale décline cependant une offre aussi flatteuse, car il estime que la réalisation pratique de la nouvelle méthode nécessitera une période bien plus longue que le délai relativement court pour lequel il peut obtenir cet instrument. Avec l’aide financière de son père, Hale acquit un instrument plus modeste, un réfracteur de 12 pouces, avec lequel il put expérimenter indéfiniment.
C’est ainsi qu’en 1892, Hale a pu mettre au point un modèle fonctionnel de son remarquable instrument, appelé spectrohéliographe, qui lui permettait de photographier uniquement les endroits de la surface solaire où se trouvaient des nuages incandescents d’un élément chimique particulier. Au départ, Hale ne pouvait photographier que les nuages de calcium, mais il a rapidement amélioré son instrument au point de pouvoir photographier également les nuages d’hydrogène, et les nuages de calcium pouvaient être photographiés séparément à différents niveaux de l’atmosphère solaire.
Grâce à ces recherches, Hale a découvert le mouvement tourbillonnaire à proximité des taches solaires, et le sens de rotation de ces énormes tourbillons solaires s’est avéré être le même que celui des cyclones terrestres, c’est-à-dire qu’il dépend du sens de rotation du Soleil autour de son axe. Par la suite, Hale a inventé un autre appareil, de conception plus simple, le spectrohélioscope, qui permettait d’observer les mêmes nuages directement avec l’œil et qui, en raison de sa taille et de son coût modestes, était accessible aux petits observatoires et même aux astronomes amateurs.
Plus tard, en 1908, Hale a détecté optiquement le magnétisme des taches solaires, qui sont de véritables électro-aimants. Une étude plus approfondie de ce phénomène a montré que tous les 11 ans, le signe du magnétisme des taches solaires change en fonction de la période des taches solaires.
Activité scientifique
En 1892, dans le cadre de l’invention du spectrohélioscope, Hale est invité à occuper la chaire d’astronomie de l’université de Chicago. Il apprend rapidement que le célèbre opticien Alivan Clark possède deux disques de verre permettant de fabriquer une lentille de 40 pouces. Grâce à son énergie, Hale réussit à obtenir des fonds avec lesquels l’université achète le plus grand réfracteur du monde. Ce réfracteur est installé dans un observatoire construit dans le Wisconsin, sur les rives du lac Léman. C’est ainsi qu’est né l’observatoire Yerkes, dont Hale a été nommé le premier directeur.
George E. Hale à l’Académie nationale des sciences.
Mais le télescope ne dispose pas de l’équipement auxiliaire nécessaire à l’étude. Hale eut la chance de trouver des fonds pour acheter un spectrographe grandiose, qui permettait de photographier les spectres des étoiles à très grande échelle, et pour construire un grand spectrohéliographe. À cet égard, on ne peut que s’étonner de l’énergie de Hale qui, en tant que directeur d’une grande institution, accomplissait un travail scientifique considérable et trouvait le temps de trouver des fonds pour le développement de sa science préférée. Dans le même temps, Hale a fondé le remarquable Astrophysical Journal, qui est toujours un modèle de ce type de publication.
Pendant dix ans, Hale reste directeur de l’Observatoire Yerkes, profitant de toutes les opportunités offertes par l’institution pour étudier le Soleil. Mais il souhaite étudier des détails encore plus fins à la surface du Soleil que ne le permet le télescope de 40 pouces, photographier les spectres d’étoiles encore plus faibles et, à une échelle encore plus grande, étudier le monde des nébuleuses encore plus lointaines et moins lumineuses. Pour Hale, il était clair que cela nécessitait des instruments différents des grands réfracteurs et des conditions atmosphériques différentes de celles qui existaient dans la plaine américaine. Il fallait un observatoire de montagne situé dans d’excellentes conditions climatiques et météorologiques et équipé d’instruments très différents — de grands réflecteurs et réfracteurs avec des lentilles beaucoup plus longues que même la lentille du télescope Yerkes.
L’opportunité d’entreprendre ces projets a été rendue possible grâce à une importante dotation financière de l’Institution Carnegie. Un site a été choisi dans les montagnes de Californie pour la construction d’un grand observatoire, conçu à l’origine pour l’étude du Soleil et baptisé Observatoire solaire du Mont Wilson. Dès le début, en développant l’instrumentation de cet observatoire, Hale s’est engagé dans une nouvelle voie.
Hale, photographié ci-dessus (à droite), s’entretenant avec Andrew Carnegie
D’une part, il décide d’abandonner les réfracteurs conventionnels et s’efforce de construire un réflecteur doté d’un miroir de 60 pouces, bien supérieur à tous les instruments utilisés à l’époque. La construction de ce réflecteur fait appel aux dernières avancées technologiques et Hale a la chance de trouver en la personne de Ritchie un opticien et un concepteur hors pair, qui créera plus tard un instrument encore plus grand et toujours inégalé, le réflecteur de 100 pouces, installé en 1916 au même observatoire.
Les réflecteurs, en raison de leur grande luminosité et de leur achromatisme complet, sont des instruments idéaux pour l’étude des spectres d’étoiles peu lumineuses. Mais pour les observations spectrohéliographiques, ils ne conviennent pas en raison de la petitesse de leur champ de vision. Dans ce cas, il a été nécessaire d’utiliser une lentille à longue focale, installée de manière stationnaire, ce qui s’est avéré très avantageux, car cela a permis d’utiliser un spectrohéliographe d’une plus grande magnitude et d’une plus grande puissance. Pour l’observation du Soleil, on utilisait un célestat, composé de deux miroirs réfléchissant les rayons solaires selon une direction invariable donnée.
George Ellery Hale au travail
Toujours avec les fonds que Hale a pu réunir, un long télescope horizontal de construction similaire a d’abord été construit, puis deux télescopes «à tour», dans lesquels les rayons du Soleil étaient dirigés verticalement vers le fond d’un puits profond placé sous une tour en treillis d’acier, où la partie la plus importante du spectrohéliographe était placée à une profondeur de 22 mètres et à une température constante. La hauteur de la tour du plus grand de ces télescopes était de 45 mètres, et il était très difficile de protéger les lentilles et les miroirs du célestat monté à son sommet des vibrations causées par le vent. Hale a résolu ce problème en entourant toutes les fixations du treillis métallique de la tour de tubes d’acier plus larges, qui ont servi de couverture pour absorber les rafales de vent. En développant cette conception, Hale a bénéficié de sa formation d’ingénieur autant que de l’invention et du perfectionnement du spectrohéliographe.
Astronomes de l’Observatoire du Mont Wilson, de gauche à droite : H. L. Miller, Charles Greeley Abbott, George Ellery Hale
Hale a mis en place un excellent laboratoire de physique et de grands ateliers mécaniques à l’Observatoire du Mont Wilson, où de nombreux instruments auxiliaires ont été construits, notamment de grands interféromètres pour mesurer le diamètre des étoiles. Le laboratoire de physique a aidé Hale dans son étude des phénomènes magnétiques dans le Soleil et a servi à diverses études d’analyse spectrale.
En 1904, Hale fonde l’Union internationale pour l’étude du Soleil. Cette organisation a ensuite donné naissance à l’Union astronomique internationale, la plus grande organisation internationale de scientifiques de tous les pays.
Cependant, la santé de Hale ne résiste pas à un travail aussi intense et, en 1923, il est contraint de quitter le poste de directeur de l’observatoire de Mound Wilson, tout en conservant le titre de directeur honoraire. Mais le travail scientifique de Hale ne s’arrête pas pour autant. Il profite de son mode de vie plus tranquille pour populariser sa science préférée. De cette époque datent de nombreux articles de vulgarisation scientifique, d’une clarté et d’une profondeur exemplaires, dans lesquels Hale expose avec brio les dernières avancées de l’astronomie. Certains de ces articles ont été traduits en russe et publiés en 1927 sous le titre «Les profondeurs du ciel».
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Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023