En juillet 1877, dans la salle feutrée de l’American Philosophical Society, un médecin et astrophysicien new‑yorkais, Henry Draper, présente un résultat qui, selon lui, doit bouleverser l’astronomie : l’oxygène existe dans le Soleil, et il ne s’y manifeste pas par des raies sombres, comme les métaux, mais par des raies brillantes. Une affirmation qui, à l’époque, heurte de plein fouet la théorie dominante du spectre solaire.
L’américain Draper n’est pas un inconnu. Photographe de génie, pionnier de l’astrophotographie, il a déjà obtenu la première photographie de la nébuleuse d’Orion et la première image d’une étoile montrant des raies de Fraunhofer. Son laboratoire, décrit comme « le mieux équipé d’Amérique », est un temple de verre, de cuivre et d’électricité. Mais cette fois, Draper vise plus haut : réécrire la théorie du Soleil.
Le spectre solaire : un code de barres sombre
Depuis les travaux de Kirchhoff et Bunsen (1859), les astronomes interprètent le spectre solaire comme une lumière continue traversée par une atmosphère de gaz métalliques. Chaque élément absorbe certaines longueurs d’onde, produisant les fameuses raies sombres de Fraunhofer. En 1877, plus de trente éléments ont été identifiés dans le Soleil, tous par leurs raies d’absorption[1]. Tous sont des métaux. Les non‑métaux – oxygène, azote, carbone – restent invisibles.
Dans son article publié dans Nature[2], Draper affirme :
« L’oxygène se manifeste par des raies ou des bandes brillantes dans le spectre solaire et ne produit pas de raies d’absorption sombres comme les métaux. »
Autrement dit : l’oxygène solaire émet de la lumière, au lieu d’en absorber. Pour appuyer son propos, Draper présente une photographie du spectre solaire superposé à celui d’un « spark », une étincelle électrique dans l’air. Il y repère dix-huit coïncidences entre les raies brillantes de l’oxygène et des raies brillantes dans le spectre du Soleil. Il insiste : ce ne sont pas des illusions, mais des signatures physiques. Il écrit encore :
« La raie quadruple de l’oxygène située entre 4345 et 4350 coïncide exactement avec le groupe brillant du spectre solaire ci-dessus. »
Et il ajoute, avec assurance :
« Ce groupe de raies de l’oxygène suffit à lui seul à prouver la présence d’oxygène dans le Soleil. »
Si l’oxygène apparaît en raies brillantes, alors la théorie de Kirchhoff doit être révisée. Draper propose une vision nouvelle : le spectre solaire n’est pas seulement un spectre continu traversé de raies sombres. Il comporte aussi des raies brillantes superposées, produites par des gaz non métalliques très chauds. Il va jusqu’à suggérer que certaines raies sombres ne sont peut‑être que des intervalles entre des raies brillantes.
Pour Draper, cette découverte renforce la théorie nébuleuse : si l’oxygène est omniprésent dans le système solaire, il doit aussi être présent dans le Soleil. Il rappelle que l’oxygène constitue « les huit neuvièmes de l’eau du globe, un tiers de la croûte terrestre et un cinquième de l’air ».
L’enthousiasme américain et les attaques venues d’Europe
Les premières réactions sont enthousiastes[3]. Samuel Pierpont Langley écrit à Draper :
« L’une des étapes les plus marquantes de l’histoire du spectroscope. »
Hermann Vogel, figure majeure de l’astronomie allemande, déclare :
« Votre découverte est la plus importante depuis celle de Kirchhoff et Bunsen. »
Même Henry Morton, président du Stevens Institute, prédit une tempête scientifique : «Quel vacarme cela va faire de l’autre côté ! »
Il ne croyait pas si bien dire. En Angleterre, Draper se heurte à un mur. Joseph Norman Lockyer, fondateur de Nature et figure centrale de la spectroscopie solaire, réagit violemment. Il affirme que Draper n’a rien découvert : les raies brillantes du Soleil sont connues depuis dix ans, mais elles proviennent des protubérances, pas du disque solaire. Il écrit :
« C’est bien dommage… la nécessité d’une nouvelle théorie du spectre solaire aurait probablement été moins évidente. »
Lockyer accuse ensuite Draper d’utiliser un instrument à dispersion trop faible : les « raies brillantes » ne seraient que des trous dans le spectre, où la lumière continue ressort.
Draper ne se laisse pas abattre. Il améliore son spectroscope : deux prismes au sulfure de carbone, une dispersion quatre fois plus grande. Puis il traverse l’Atlantique pour présenter ses nouveaux résultats devant la Royal Astronomical Society. Les raies brillantes sont toujours là. Mais la salle est divisée. Lockyer domine le débat. Certains restent prudent et d’autres soutiennent Draper.
Draper repart sans avoir convaincu. Il meurt en 1882, à 45 ans, avant d’avoir pu achever son programme de recherche. Après sa mort, les études se succèdent. Trowbridge et Hutchins (1887) montrent que les raies brillantes ne sont pas plus lumineuses que le fond. En 1889, le français Janssen prouve que les raies d’oxygène sont telluriques, elles disparaissent en altitude. Enfin, en 1896, Runge et Paschen identifient les vraies raies de l’oxygène dans le Soleil : ce sont des raies sombres, parfaitement conformes à la théorie de Kirchhoff. L’oxygène est bien dans le Soleil. Mais Draper s’est trompé sur la manière de le voir.
La découverte de l’oxygène dans le Soleil n’est pas l’histoire d’une erreur, c’est l’histoire d’une science en construction, où les instruments, les théories et les personnalités s’affrontent pour faire émerger la vérité. Draper s’est trompé mais il a ouvert la voie à la photographie spectrale, qui deviendra l’un des outils majeurs de l’astrophysique moderne. Et il a rappelé une leçon essentielle, celle que dans les sciences, même les erreurs peuvent être fécondes.
[1] Lockyer N., Les éléments présents dans la couche du Soleil qui produit le renversement des raies spectrales, Comptes-rendus hebdomadaires des seances de l’Academie des sciences, LXXXVI, 317-21, (1878).
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3043m/f334.item
[2] Draper H., Discovery of Oxygen in the Sun by Photography, and a New Theory of the Solar Spectrum, Nature 16, 364–367 (1877). https://doi.org/10.1038/016364b0
[3] Plotkin H., Henry Draper, the Discovery of Oxygen in the Sun, and the Dilemma of Interpreting the Solar Spectrum. Journal for the History of Astronomy 8, no. 1 (1977): 44–51. https://doi.org/10.1177/002182867700800105
Image en-avant générée par IA.
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