Les femmes qui ont mesuré le ciel, de Harvard à la NASA
Elles ont classé les étoiles, découvert comment mesurer les distances cosmiques, révélé de quoi est fait le Soleil et vérifié la trajectoire des premiers astronautes. Longtemps restées dans l'ombre, leurs méthodes servent encore.
À la fin du XIXe siècle, le mot « calculateur » ne désigne pas une machine, mais une personne. À l'observatoire de l'université Harvard, des dizaines de femmes passent leurs journées penchées sur des plaques photographiques du ciel, à mesurer la position, l'éclat et la lumière de milliers d'étoiles. Leur travail, longtemps peu reconnu, a changé notre vision de l'Univers. Un demi-siècle plus tard, d'autres « calculatrices » ont aidé la NASA à envoyer des humains dans l'espace.
Les « calculatrices » de Harvard
À partir des années 1880, le directeur de l'observatoire de Harvard, Edward Pickering, engage des femmes pour exploiter une immense collection de plaques photographiques. La tâche est minutieuse : repérer chaque étoile, estimer sa luminosité, examiner son spectre, c'est-à-dire la décomposition de sa lumière en couleurs, striée de raies sombres. Ces raies sont des empreintes : chaque élément chimique absorbe la lumière à des longueurs d'onde précises.
Henrietta Leavitt et la règle des céphéides
Henrietta Swan Leavitt étudie les étoiles variables, dont l'éclat change au fil des jours. Dans le Petit Nuage de Magellan, une galaxie voisine visible depuis l'hémisphère sud, elle remarque que certaines d'entre elles, les céphéides, suivent une règle : plus leur période de variation est longue, plus elles sont lumineuses. Comme toutes ces étoiles sont à peu près à la même distance de nous, la comparaison est fiable. Ce résultat, publié par l'observatoire de Harvard en 1912, est connu aujourd'hui comme la relation période-luminosité.
Sa portée est immense. En mesurant la période d'une céphéide, on connaît sa luminosité réelle ; en la comparant à l'éclat observé, on en déduit sa distance. Les céphéides deviennent des « chandelles standard ». Dans les années 1920, elles permettront de montrer que certaines nébuleuses sont en réalité des galaxies très lointaines, bien au-delà de la Voie lactée.
Annie Jump Cannon et Cecilia Payne : classer et comprendre les étoiles
Annie Jump Cannon met au point une manière de ranger les étoiles selon l'aspect de leur spectre, en classes notées O, B, A, F, G, K et M, des plus chaudes aux plus froides. Elle classe ainsi, au fil des années, plusieurs centaines de milliers d'étoiles. Sa classification, à peine retouchée, est encore utilisée : le Soleil est une étoile de type G, Proxima du Centaure une naine M.
Reste à comprendre de quoi les étoiles sont faites. Dans sa thèse soutenue en 1925, Cecilia Payne applique la physique atomique toute récente aux spectres collectés à Harvard. Sa conclusion surprend : les étoiles sont composées essentiellement d'hydrogène et d'hélium, bien plus que la Terre. L'idée est d'abord accueillie avec scepticisme, avant d'être confirmée quelques années plus tard. On sait aujourd'hui que c'est vrai de l'immense majorité des étoiles.
Katherine Johnson, de Langley à la Lune
Née le 26 août 1918 en Virginie-Occidentale, Katherine Johnson fait partie des trois étudiants noirs choisis pour être les premiers admis dans les cycles supérieurs des universités de cet État. En juin 1953, elle rejoint le centre de recherche Langley du NACA, l'ancêtre de la NASA, comme mathématicienne. Au sein de la division de recherche en vol, elle devient en 1960 la première femme de son service à signer un rapport de recherche.
En 1961, elle calcule la trajectoire du vol Freedom 7, le premier vol spatial habité américain. En 1962, avant le vol orbital de John Glenn, elle est chargée de vérifier à la main les calculs des nouveaux ordinateurs électroniques. Elle travaille ensuite aux calculs de rendez-vous entre le module lunaire et le module de commande des missions Apollo, qu'elle considérait comme sa plus grande contribution. Elle prend sa retraite en 1986, après 33 ans de carrière et 26 rapports, reçoit la médaille présidentielle de la Liberté en 2015 et s'éteint en 2020, à 101 ans. D'autres mathématiciennes de Langley, comme Dorothy Vaughan ou Mary Jackson, ont suivi des parcours comparables.
Et sur Terre ?
L'art de lire un spectre, que les calculatrices de Harvard ont tant pratiqué, sert aujourd'hui partout : contrôle de la qualité des aliments et des médicaments, analyse des sols, surveillance de l'air. Une marche d'Anthropolaris prépare l'analyse de la lumière de Proxima b avec le futur Extremely Large Telescope, pour y chercher eau, dioxyde de carbone ou méthane ; la technique qui extrait une signature faible d'un spectre dominé par l'étoile peut aussi servir à cartographier depuis un avion les panaches de méthane ou de dioxyde d'azote (voir la marche G-SGT-10).
Le travail de ces femmes rappelle qu'une découverte naît souvent d'un long travail de mesure patient, fait par des personnes que l'histoire a tardé à nommer. La méthode de Leavitt reste l'un des premiers barreaux de l'échelle qui mesure l'Univers, et l'étalonnage des céphéides continue d'être affiné avec les télescopes spatiaux. Demain, les mêmes spectres, lus avec des instruments géants, diront peut-être si une planète voisine possède une atmosphère.