Anders Jonas Ångström : L'homme qui a lu la lumière du soleil

En 1862, un physicien suédois a pointé un spectroscope vers le Soleil, a photographié le résultat et a annoncé que l'atmosphère du Soleil contient de l'hydrogène. C'était une affirmation d'une portée étonnante — que la composition chimique d'un objet situé à 150 millions de kilomètres pouvait être déterminée à partir d'un motif de raies sombres — et elle était correcte. Depuis lors, l'astronomie est devenue de la chimie.

De Medelpad à Uppsala

Ångström est né le 13 août 1814 à Lögdö, à Timrå, dans la province suédoise septentrionale de Medelpad, fils de Johan Ångström. Il a fait ses études à Härnösand et a déménagé à Uppsala en 1833 pour entrer à l'université, où il est devenu docent en physique en 1839 — à vingt-cinq ans, dans une institution qui le garderait pour le reste de sa carrière.

Son parcours initial passait par l'astronomie plutôt que par l'optique de laboratoire. En 1842, il s'est rendu à l'Observatoire de Stockholm pour acquérir une expérience pratique de l'observation, et en 1843, il a été nommé conservateur de l'Observatoire astronomique d'Uppsala. Cette combinaison a façonné tout ce qui a suivi : il était un physicien qui savait comment pointer un instrument vers le ciel et un astronome en activité qui comprenait de quoi la lumière était faite.

L'article de 1853

Son travail fondamental, Optiska undersökningar (Recherches optiques), a été soumis à l'Académie de Stockholm en février 1853, après avoir été publié sous une empreinte de 1852. Il y a démontré que l'étincelle électrique produit deux spectres superposés, l'un appartenant au métal de l'électrode et l'autre au gaz à travers lequel passe l'étincelle. Démêler les deux est le premier mouvement essentiel de l'analyse spectrale : cela établit qu'un spectre peut être décomposé en contributions séparées des substances qui le produisent.

Le résultat le plus profond est venu du raisonnement plutôt que de l'appareil. S'appuyant sur la théorie de la résonance d'Euler, Ångström a déduit qu'un gaz incandescent émet des rayons lumineux de la même réfrangibilité que ceux qu'il peut absorber — qu'une substance émet précisément les longueurs d'onde qu'elle absorbe. C'est le principe qui rend les raies sombres du spectre solaire lisibles comme des signatures chimiques. Il avait formulé, en 1853, une loi d'absorption qui serait quelque peu modifiée et connue par la suite sous le nom d'un autre homme : la loi du rayonnement thermique de Kirchhoff.

Négligé, puis reconnu

Sa contribution a été, pour le dire simplement, négligée pendant un certain nombre d'années. La reconnaissance est venue tardivement et de l'étranger. En 1870, il a été élu membre étranger de la Royal Society, et en 1872, cet organisme lui a décerné la médaille Rumford, Edward Sabine remarquant que le principe qu'il avait établi « lui donne le droit de figurer parmi les fondateurs de la spectroscopie ». En 1873, il a été élu à l'Institut de France. Il avait rejoint l'Académie royale des sciences de Suède bien avant, en 1850.

En 1858, il a succédé à Adolph Ferdinand Svanberg à la chaire de physique à Uppsala, et à partir de 1861, il a tourné son attention presque entièrement vers le spectre solaire.

La carte du Soleil

Le résultat sur l'hydrogène de 1862 dépendait du mariage du spectroscope avec la photographie, ce qui permettait d'enregistrer les raies plutôt que de simplement les entrevoir et les esquisser. Six ans plus tard, en 1868, est venu son chef-d'œuvre : Recherches sur le spectre solaire, une carte du spectre solaire normal contenant des mesures détaillées de plus d'un millier de raies spectrales. Elle est devenue la référence standard pour une génération d'astronomes.

Elle contenait également une erreur qui en dit long sur le scrupule du travail. Ses mesures étaient inexactes d'environ une partie sur sept ou huit mille — non pas parce que sa technique était médiocre, mais parce que l'étalon de mètre qu'il avait utilisé était très légèrement trop court. L'erreur était dans la règle, pas dans l'œil, et sa taille est la mesure de sa précision : une erreur d'une partie sur huit mille est ce qui compte comme un défaut dans le travail d'Ångström.

En 1867, il est devenu la première personne à examiner le spectre de l'aurore boréale, détectant et mesurant la raie brillante caractéristique dans sa région jaune-vert. Il s'est trompé sur une implication, croyant que la même raie apparaissait dans la lumière zodiacale, mais l'observation elle-même a ouvert l'étude spectroscopique de la haute atmosphère.

Magnétisme et chaleur

La spectroscopie n'était pas sa seule occupation. Il a étudié le transfert de chaleur et le magnétisme terrestre, enregistrant les fluctuations magnétiques à travers la Suède en 1852 et 1853. L'Académie des sciences de Stockholm lui a également confié les données magnétiques recueillies lors du voyage autour du monde du HSwMS Eugenie entre 1851 et 1853, une réduction qu'il n'a terminée que peu de temps avant sa mort — un service national laborieux et peu glamour du genre qui engloutit les carrières.

Pourquoi Anders est appelé un génie

La qualité est la précision mariée à l'inférence — la capacité de faire des mesures assez fines pour porter un argument, puis de voir quel argument elles portent. Deux mouvements le définissent. Le premier, en 1853, était théorique : raisonner à partir de la théorie de la résonance d'Euler jusqu'à la conclusion qu'un gaz brillant émet exactement les longueurs d'onde qu'il absorbe, ce qui transforme un spectre d'une curiosité en une empreinte chimique. Le second, à partir de 1861, était exécutionnel : mesurer un millier de raies solaires avec assez de précision pour que l'atlas résultant gouverne le domaine, et utiliser le résultat pour établir qu'une étoile contient de l'hydrogène. L'écart entre ces deux choses — une idée sur la résonance, et savoir de quoi le Soleil est fait — est la totalité de l'astrophysique, et il l'a franchi.

Le contre-argument honnête est qu'il partage le crédit et, sur la question la plus importante, a perdu le nom. La loi de Kirchhoff porte le nom de Kirchhoff ; la version d'Ångström a été formulée en premier mais a été quelque peu modifiée par la suite, et son travail est resté inaperçu pendant des années alors que d'autres construisaient sur le même terrain. Il n'a fondé aucune école de pensée et n'a laissé aucune théorie générale de la matière et du rayonnement. Son grand atlas contenait une erreur systématique héritée d'un mètre étalon défectueux, et son travail sur l'aurore incluait une affirmation erronée sur la lumière zodiacale. Ce qui n'est pas discutable, c'est le verdict de Sabine lorsque la Royal Society lui a finalement remis la médaille Rumford en 1872 : le principe qu'il a établi lui donne le droit de figurer parmi les fondateurs de la spectroscopie. Les sciences entières n'ont pas beaucoup de fondateurs.

Héritage

Il a épousé Augusta Bedoire en 1845, fille d'une famille de marchands de Stockholm d'origine huguenote ; leur fils Knut, né en 1857, est devenu physicien à son tour. Ångström est mort de méningite à Uppsala le 21 juin 1874, à l'âge de cinquante-neuf ans, avec les réductions magnétiques de l'Eugenie à peine terminées.

Son nom survit à trois endroits. Un cratère sur la Lune le porte. Le Laboratoire Ångström de l'Université d'Uppsala, abritant la physique, les mathématiques, l'ingénierie, la chimie et la physique spatiale, le porte. Et plus durablement, l'angström — un dix-milliardième de mètre, l'unité dans laquelle les longueurs d'onde de la lumière et l'espacement entre les atomes dans les solides sont mesurés — le porte dans chaque article de cristallographie et de spectroscopie encore écrit aujourd'hui. Un homme dont le grand travail a été défait par un mètre légèrement trop court a fini comme une unité de longueur.