211service.com
Rassembler le cosmos dans le couloir infini
Comment l'écran Infinite Solar System du MIT ramène l'univers sur Terre. 24 octobre 2019
Étudiant debout dans le couloir regardant des planètes modèles et des plaques d'information sur le mur julia david
Parfois, les chiffres entravent notre compréhension. Bien que cela puisse sembler une déclaration étrange venant d'un professeur du MIT, je suis convaincu que c'est vrai, surtout en ce qui concerne les vastes dimensions de l'espace ou les nano-dimensions des atomes. Notre cerveau humain semble le mieux adapté pour saisir les types de distances qu'un chasseur-cueilleur peut parcourir en une journée ou en quelques semaines. Un ciel nocturne étoilé ressemble à des points de lumière gravés sur une sphère de cristal, et il est tout à fait impossible de discerner à l'œil nu à quelle hauteur la lune ou à quelle distance se trouve le soleil. Mais ne vous sentez pas mal. Il a fallu des siècles de travaux aux anciens Grecs et à des personnalités telles que Copernic, Galilée, Kepler, Newton, Einstein, Leavitt, Hubble, Hawking, Guth et Rubin pour décrire le fonctionnement et l'origine de notre univers. Heureusement pour nos étudiants diplômés et leurs carrières, cette tâche est loin d'être terminée.
Quand notre taille humaine nous fait défaut, nous nous cachons derrière les chiffres. Nous manions la notation scientifique comme une épée qui nous empêche d'avoir à admettre notre insuffisance. Qui d'entre nous peut conceptualiser les 6,02 × 1023 molécules d'eau dans une gorgée de café ? Mais les astronomes ont encore pire. Ils doivent composer avec des unités insondables impliquant à la fois l'espace et le temps, sous la forme d'années-lumière, souvent avec une pleine tasse de café à la main. Il semble réconfortant de dire que l'étoile la plus proche n'est qu'à 4,2 années-lumière, car cela masque le fait que nous parlons en réalité de 3,9 × 1013 kilomètres. Mais on pense que l'ensemble de l'univers observable s'étend sur 93 milliards d'années-lumière, soit une distance incompréhensible de 8,8 × 1023 km comme celle d'Avogadro.
En tant qu'astronome professionnel, j'ai reconnu être humain il y a longtemps, décidant de m'en tenir à notre propre système solaire confortable, où les distances sont mesurées en minutes-lumière (8,3 minutes pour que la lumière voyage du soleil à la Terre) et en heures-lumière (environ cinq du soleil à la planète naine Pluton).
Professeur Richard Binzel Boston Globe/Getty images
Au cours de ma première année d'enseignement de l'introduction aux sciences planétaires (12.400, Le système solaire), j'ai voulu donner à mes élèves une véritable idée de l'échelle du cosmos. Ainsi, pendant des décennies, j'ai posé une question simple en tant qu'ensemble de problèmes n° 1 :
Si l'étendue de notre système solaire du Soleil à Pluton est mise à l'échelle de la longueur du Couloir Infini, quelle est la taille du Soleil et à quelle distance se trouve la Terre ?
Réfléchissez un instant à cette question avant de poursuivre ci-dessous. Quelle est la qualité de votre intuition?
La satisfaction est venue chaque semestre en voyant l'étonnement sur les visages des étudiants que les mathématiques révèlent que le soleil a la taille d'une balle de golf, avec la Terre un minuscule BB à seulement cinq mètres (16 pieds) de distance. (Humble étant donné que la longueur totale du couloir infini est de 200 mètres.) Lorsque nous réalisons que les réalisations héroïques du projet Apollo nous ont éloignés à seulement un demi-pouce (!) de la Terre pour atteindre la lune, le défi de taille d'envoyer des humains vers Mars (à ses trois mètres les plus proches) devient claire.
Pas si subtilement, j'ai suggéré à la classe de chaque année quel hack du jour au lendemain ce serait de mettre en place un tel modèle à l'échelle. N'obtenant aucun preneur, j'ai finalement recouru à le marquer subrepticement moi-même avec un long ruban à mesurer et des marques de craie bleue le long de la moulure de sol des bâtiments 7, 3, 10, 4 et 8. Debout là et en prenant tout notre système solaire dans le l'étendue tranquille (4 heures du matin) du Couloir Infini était aussi grandiose qu'un Eureka ! moment comme aucun dans ma carrière scientifique : j'ai réalisé que j'étais tombé sur un outil pédagogique incroyable pour les enfants de tous âges.
Malgré mon enthousiasme, il s'est avéré plus facile à dire qu'à faire d'expliquer comment une représentation astucieuse des planètes pouvait être combinée à l'architecture des bâtiments principaux du MIT pour devenir un instrument d'enseignement pour la science. Mais finalement, avec le soutien de Mike Sipser et Heather Williams, le doyen et le doyen adjoint de l'École des sciences, et l'expertise du planificateur principal du campus Todd Robinson et du gourou de la modélisation planétaire du Lincoln Lab, Arthur Lue, l'installation a pris vie. À juste titre, nous avons ouvert l'exposition le 9 novembre 2018, pour coïncider avec le MIThenge de l'automne dernier, le phénomène semestriel dans lequel l'univers s'aligne avec l'Institut alors que le soleil couchant brille le long du couloir. Cet effet cosmique est le plus prononcé au troisième étage, nous y avons donc installé l'exposition.
Il n'y a rien de nouveau dans une maquette du système solaire. Vous pouvez en trouver un au Boston Museum of Science et sur le National Mall. Ces modèles, cependant, sont à l'échelle d'une ville et nécessitent un effort particulier pour être traversés. L'échelle à l'intérieur du couloir infini fonctionne particulièrement bien car il s'agit d'un espace familier visiblement délimité aux deux extrémités par des fenêtres. Peu importe où vous en êtes dans votre exploration, un coup d'œil dans chaque direction fournit un contexte sur le chemin parcouru et ce qu'il reste à faire. De plus, le voyage complet ne nécessite que quelques minutes d'attention, une ressource limitée pour nous tous dans nos vies surconnectées.
J'espère que chaque membre de la communauté du MIT entreprendra au moins une fois un voyage contemplatif au troisième étage de l'Infini, à partir du hall 7 et jusqu'au bâtiment 8. La réduction d'échelle du système solaire infini, en utilisant un diviseur de 30 milliards (3 × 1010 ), réduit la vitesse de la lumière à la vitesse d'un escargot d'un centimètre par seconde. Un rythme de marche normal du soleil à Pluton (en cinq minutes, et non cinq heures) offre aux observateurs la chance d'une vie de dépasser la lumière et de ressentir le frisson de la vitesse de distorsion.
Regarder le soleil depuis Pluton et considérer la taille de la Terre, et nous-mêmes comme des nano-taches dessus, est une leçon d'humilité. À titre d'exemple, la précision de navigation requise pour que le vaisseau spatial New Horizons de la NASA arrive sur la cible pour son survol de Pluton en 2015 était (à cette échelle) plus fine qu'un cheveu humain. Notre création la plus éloignée, Voyager 1, a quitté notre système solaire et, à grande échelle, dépasse actuellement la barre des 300 en route vers l'espace profond de Back Bay. Si nous étendons notre regard encore plus loin, l'étoile la plus proche, Proxima Centauri, n'est qu'à la distance de Chicago à cette échelle - une distance réalisable à parcourir si l'on considère les migrations de longueur continentale réalisées par nos premiers ancêtres humains. Ces migrations préhistoriques étaient des odyssées de curiosité et de survie, tout comme notre voyage vers les étoiles pourrait l'être un jour. Beaucoup de choses à considérer lors d'une promenade pour déjeuner dans le couloir infini.
Richard P. Binzel est professeur de sciences planétaires et de génie aérospatial et membre de la faculté MacVicar. Il a inventé l'échelle de Turin, qui catégorise le risque d'impact des objets géocroiseurs, et a servi pendant 20 ans en tant que membre de l'équipe scientifique de la mission New Horizons de la NASA sur Pluton. L'astéroïde numéro 2873 porte son nom.