Vulcain

Vulcain est une hypothétique planète intramercurienne, c'est-à-dire orbitant entre le Soleil et Mercure. Son existence a été postulée par Urbain Le Verrier en 1860 pour expliquer les avances de phases de Mercure comparé aux lois de Kepler. Il est actuellement admis que la planète Vulcain n'existe pas.

Des anomalies dans l'orbite de Mercure

Mercure connaît une légère perturbation dans son mouvement comparé au modèle prévu par la mécanique newtonienne, nommée précession du périhélie. À chaque révolution autour du Soleil, le périhélie de l'orbite de Mercure avance un peu tout en tournant autour du Soleil. L'ensemble des planètes connaissent ce phénomène causé par l'influence gravitationnelle des autres corps du dispositif solaire et qui peut être expliqué par les lois classiques de la mécanique céleste. Pour Mercure par contre, il reste une très légère avance de 43 arcsecondes par siècle comparé à l'orbite calculée à partir des lois de Newton et de Kepler.

Il devenait assez embarrassant pour les astronomes de constater un décalage pouvant aller jusqu'à une heure comparé aux dates prévues des transits de Mercure. En 1842, l'astronome français Urbain Le Verrier — conseillé par François Arago — se pencha sur le problème, en vain, avant de se tourner vers les anomalies d'Uranus qui le mèneront à découvrir en 1846 la planète Neptune, seulement avec lois de la mécanique céleste. Le Verrier revint alors au problème de Mercure, revit l'ensemble des calculs mais trouva toujours ce décalage de 43 secondes d'arc. Il postula alors la présence d'un ou plusieurs corps entre le Soleil et l'orbite de Mercure, dont l'interaction gravitationnelle perturberait le mouvement de Mercure, à l'instar d'Uranus et Neptune. Au centre de données sur les taches solaires de Zurich furent recensées par Johann Rudolf Wolf deux douzaines de taches sur le Soleil qui indiqueraient même deux orbites intramercuriennes, de 26 et 38 jours.

Le 28 mars 1859, Le Verrier reçut une lettre d'un astronome amateur, Edmond Modeste Lescarbault, médecin à Orgères, à propos d'une tache noire qu'il aurait vu passer devant le Soleil deux jours avant et qui serait certainement le transit d'une planète intramercurienne. Lescarbault rapporta avoir observé la tache durant une heure et quart, parcourant un quart du disque solaire, et en estima son inclinaison orbitale (entre 5, 3° et 7, 3°), sa longitude (environ 183°), une importante excentricité et le temps de transit (4h30). Le Verrier postula tandis que cette planète — qu'il appela «Vulcain» — était responsable des anomalies du mouvement de Mercure et se mit en tête de la découvrir. À partir des informations de Lescarbault, il détermina la période orbitale de 19 jours et 7 heures à une distance moyenne de 0, 1427 ua, une inclinaison de 12° 10'et un nœud ascendant à 12° 59'. Il en déduisit aussi un diamètre d'environ 2000 km et une masse d'un dix-septième de celle de Mercure. Ainsi, quoique sa masse fût trop faible pour rendre compte des anomalies de l'orbite de Mercure, la planète observée par Lescarbault, avança-t-il, était peut-être être le plus gros d'une série d'astres formant une hypothétique ceinture d'astéroïdes interne à l'orbite de Mercure.

À la recherche de Vulcain

Mercure était déjà complexe à observer, à cause de sa proche distance au Soleil. Elle n'était déjà visible qu'au lever et au coucher du Soleil. Le cas de Vulcain, mais aussi les autres astéroïdes de la ceinture intramercurienne, était toujours plus ardu puisque plus proche toujours du Soleil. Il y avait deux moyens d'observer Vulcain : profiter d'une éclipse pour observer le ciel aux alentours du Soleil ou bien observer un transit de Vulcain devant le Soleil.

Le Verrier profite de l'éclipse de Soleil de 1860 pour mobiliser l'ensemble des astronomes français pour repérer Vulcain, mais sans succès. La planète fut recherchée pendant quelques décennies. Une vingtaine de rapports d'observations passées identiques à celle de Lescarbault furent rassemblées par Haase en 1872, dont celle de W. Lummis du 20 mars 1862 ; une des rares observations retenues par Le Verrier. D'autres observations de ce corps sont rapportées par John Hind le 3 novembre 1871 et William Denning le 26 mars 1873. Le 4 avril 1876, l'astronome allemand M. Weber observe une tache ronde sur le Soleil. Celle-ci concorderait avec l'orbite calculée par Le Verrier et celle de 38 jours de Wolf. De nombreuses observations sont relevées mais pas forcément en accord avec l'orbite prédite par Le Verrier ou infirmées par d'autres observations effectuées au même moment.

Après la mort de Le Verrier, en 1877, l'enthousiasme avec lequel les astronomes recherchaient la planète est progressivement tombé.

Lors de l'éclipse du 29 juillet 1878, l'astronome J. C Watson dit avoir vu deux points lumineux qui ne pouvaient être autre chose que des planètes, alors que Lewis Swift aurait aussi repéré Vulcain, mais à une position différente. Cependant, des photographies prises lors de l'éclipse n'ont révélé aucune trace de Vulcain.

L'orbite de Mercure expliquée par Einstein

La réponse fut finalement apportée en 1916 par Albert Einstein avec la théorie de la relativité générale. En appliquant la relativité générale au mouvement de Mercure, on en arrive à la précession mesurée et il n'y a plus d'irrégularité. Vulcain et les autres corps de cette ceinture d'astéroïdes intramercurienne n'avaient plus lieu d'être. L'analyse de photographies prises par Erwin Freundlich durant une éclipse totale à Sumatra en 1929 n'apporta aucun signe de la présence de Vulcain. En 1970 et 1971 néenmoins, certains chercheurs pensaient avoir trouvé la planète en question mais il ne s'agissait sans doute que de comètes qui étaint passées près du Soleil ou alors qui étaint entrées en collision avec lui.

Depuis, aucune des nombreuses observations, jusqu'aux expériences menées en 1974 à bord du Skylab, n'a confirmé la présence de cette planète. Les multiples taches observées par les astronomes étaient probablement des astéroïdes proches de la Terre, alors inconnus à l'époque, ou bien des étoiles mal identifiées pour les cas de Watson et Swift. Ces hypothétiques astéroïdes sont nommés des vulcanoïdes.

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