Formation faciale parabolique
Hakan Oztunc
Les mathématiques ne cessent d’étonner l’humanité avec leurs utilisations et applications apparemment infinies qui se manifestent dans la nature et la vie humaine. La parabole est un bon exemple qui relie le visage d’un hibou aux télescopes que les scientifiques utilisent dans leurs recherches dans l’espace. Cela laisse parfois perplexe, se demandant d’où viennent ces merveilles. Tous ces événements pourraient-ils être le résultat du simple hasard ?
Dans cet article
- De la chasse aux étoiles dans l’espace à la façon dont les hiboux chassent la nuit, les paraboles mathématiques nous guident pour comprendre certaines des merveilles de l’univers.
- Les hiboux reçoivent tous les sons transmis dans leurs trous d’oreille dans leur visage en forme de cœur, qui ressemble davantage à deux paraboles symétriques.
- Les télescopes optiques infrarouges balayent l’univers entier et collectent les données entrantes de la même manière que le visage d’un hibou collecte les ondes sonores à des points spécifiques.
Les hiboux sont connus pour être un symbole de sagesse tout au long de l’histoire de la Grèce antique, de l’Asie et de l’Amérique. Ce sont aussi incontestablement des prédateurs mystérieux. Ce mystère vient des calculs qu’ils semblent utiliser pendant la chasse : les hiboux peuvent utiliser le système parabolique pour repérer leurs proies.
Ce système est une « formation faciale parabolique », qui est une caractéristique unique des hiboux, et décrit la conception de leurs visages grâce à laquelle ils s’adaptent aux sons entrants et attrapent leurs proies même dans les nuits les plus sombres. C’est la même formation dans les structures des radiotélescopes grâce à laquelle de nouvelles planètes sont découvertes dans les profondeurs de l’espace. De la chasse aux étoiles dans l’espace à la façon dont les hiboux chassent la nuit, les paraboles mathématiques nous guident pour comprendre certaines des merveilles de l’univers.
Les paraboles peuvent être fréquemment vues dans la nature ainsi que dans les monuments construits par l’homme. Une parabole est une forme géométrique en forme de U étirée qui peut être réalisée en coupant un cône. Menaechmus (380-320 avant JC), mathématicien grec et ami de Platon, est crédité de la découverte de ces sections coniques. De plus, on lui attribue la découverte que l’ellipse, la parabole et l’hyperbole sont des sections d’un cône produites par l’intersection d’un plan avec la surface d’un cône. Ce crédit dérive d’une épigramme d’Ératosthène de Cyrène qui fait référence à la coupe du cône « dans les triades de Ménechme ». Des formes paraboliques peuvent être vues dans la Tour Eiffel, une tour en treillis en fer forgé à Paris, en France, construite en 1889. Les quatre pieds de la structure ont été conçus à l’aide de paraboles. Avec deux de ces « pattes » côte à côte, elles forment une parabole individuelle, formant un « U » inversé. Dans cette parabole spécifique, le sommet se trouve dans l’arc médian du « U » inversé. Il est confortable de déduire que l’axe de symétrie descend directement vers un point de l’axe des x. Sans les merveilles des paraboles, il n’aurait pas pu être construit !
La Tour Eiffel n’est pas la seule à utiliser les merveilles des paraboles ; le célèbre Golden Gate Bridge à San Francisco, en Californie, a des paraboles de chaque côté de ses travées latérales ou tours. La Parabola (aujourd’hui Design Museum), une structure de Londres construite en 1962, possède un toit en cuivre aux lignes paraboliques et hyperboliques.
Les dauphins sautent hors de l’eau sous la forme d’une parabole en formant un « U » inversé. L’un des objectifs de cette avancée pourrait être d’économiser l’énergie, même si certains scientifiques pensent qu’ils permettent aux dauphins de communiquer entre eux ou même simplement de s’amuser. Ils respirent, échappent aux prédateurs et localisent leurs proies grâce à ce saut. Bien que nous ne comprenions pas encore vraiment pourquoi les dauphins sautent, ces sauts en forme de parabole semblent essentiels à leur survie.
Contrairement aux dauphins, les hiboux utilisent des paraboles pour écouter leur environnement. Ceci est particulièrement utile lorsqu’ils chassent la nuit. Les hiboux reçoivent tous les sons transmis dans leurs trous d’oreille dans leur visage en forme de cœur, qui ressemble davantage à deux paraboles symétriques. Les hiboux peuvent capter chaque onde sonore entrante à l’aide de leur structure faciale. Leurs plumes, serrées et distinctes, émettent des sons itinérants clairs afin qu’ils puissent distinguer ce qu’ils entendent. Après cela, la forme parabolique de leur visage permet aux sons de se transférer vers leurs oreilles. La face parabolique de la chouette, qui ressemble davantage à un parapluie inversé ou à une antenne satellite, permet de focaliser les sons sur un point. Lors d’expériences, les hiboux ne pouvaient pas attraper leurs proies dans l’obscurité lorsque les plumes de leur visage étaient arrachées. Même si la focalisation de la parabole dirige le hibou vers l’emplacement du son, le fait de ne pas éliminer les interférences sonores conduit à l’incapacité de percevoir les coordonnées exactes du son.
Pour aggraver la situation de leurs proies, les hiboux peuvent entendre des sons restreints et ambigus avec des détails exceptionnels. Leur capacité à distinguer les sons est si raffinée qu’ils peuvent afficher un comportement sélectif pendant le processus de chasse. Par exemple, les hiboux peuvent déterminer si c’est un mulot ou un rat des arbres qui bruisse derrière un buisson. Les hiboux peuvent le faire car ils peuvent distinguer les fréquences sonores de leurs proies, identifier leur espèce et savoir si elles sont adultes ou non.
Les humains ont des fonctions auditives qui ne ressemblent que légèrement à celles des hiboux. Puisque nos oreilles sont sur notre tête, le son ne parvient pas aux deux oreilles en même temps. Il atteint une oreille plus rapidement que l’autre dans un délai expéditif. Le système auditif d’un hibou est très distinct du nôtre. Les deux trous d’oreille sont situés symétriquement des deux côtés de la tête, mais les trous d’oreille sont conçus légèrement différemment, pas exactement symétriques comme nos oreilles. Le trou de l’oreille gauche est placé juste au-dessus du trou de l’oreille droite. Ainsi, les sons entrants sont toujours captés par l’oreille droite avant l’oreille gauche, ce qui ajoute une dimension de hauteur au processus auditif. La capacité des hiboux à tourner la tête à 270 degrés profite également à l’audition (nous pouvons tourner la tête à 90 degrés).
Les expériences sur les hiboux sont réalisées dans des environnements artificiels sombres, qui ne ressemblent pas à l’environnement naturel. Dans la nature, il y a des sons gênants ; le bruissement des feuilles dans la forêt, de nombreuses autres créatures susceptibles de les alerter et les vibrations des animaux en dehors de leurs proies. Ces bruits vont dérouter le hibou et les résultats ne sont donc pas exactement les mêmes que ceux des tests en laboratoire.
Les hiboux sont équipés pour éliminer tous les bruits de fond et se concentrer uniquement sur leurs proies. Ils peuvent localiser la proie grâce à tous les échos, résonances et même acouphènes qui se produisent autour d’eux à l’aide de son visage parabolique et de la peau, des yeux, des oreilles et des plumes qui forment sa forme. Il existe de nombreux genres et espèces de hiboux, et chacun d’eux est une œuvre d’art distincte.
Nous pouvons constater les propriétés utiles de réflexion et de focalisation des paraboles dans de nombreux autres endroits qui présentent de nombreuses similitudes avec le modèle de visage de hibou. Par exemple, si une source lumineuse est placée sur un plan au foyer d’un miroir parabolique, elle générera des faisceaux parallèles au plan où se trouve la source lumineuse, comme c’est le cas des phares de voiture. Dans le principe de fonctionnement des phares de voiture, la lampe du phare est placée au point focal pour la vision longue distance et juste au-dessus du point focal de l’image à courte distance — à l’opposé du système utilisé par les phares utilisés dans les antennes satellites et les télescopes optiques infrarouges. Les télescopes optiques infrarouges balayent l’univers entier et collectent les données entrantes de la même manière que le visage d’un hibou collecte les ondes sonores à des points spécifiques. Un tel télescope transmet la lumière, le son et les ondes radio de l’espace au récepteur situé au point focal à l’aide d’une face parabolique. L’un des plus grands télescopes optiques infrarouges connus au monde est le « télescope Subaru » placé au sommet du volcan Mauna Kea à Hawaï. Il donne accès aux recoins les plus sombres de l’espace depuis 1999. En plus d’être le seul « télescope infrarouge » au monde, il s’agit également du plus grand miroir réfléchissant parabolique monobloc au monde. Le diamètre de 8,2 mètres du télescope et le miroir de 20 centimètres d’épaisseur présentent des caractéristiques similaires à celles d’une lentille de contact. Comme les images peuvent facilement être déformées dans un miroir aussi grand, celui-ci est connecté à un système de support contrôlé par ordinateur. Le système de support aide également à maintenir le miroir dans la bonne position en effectuant les mouvements « pousser et tirer » nécessaires avec 261 petits moteurs dotés d’écrans et de capteurs. De cette manière, le télescope découvre des objets peu brillants dans les régions les plus sombres et les plus éloignées de l’espace. Situé à 4250 mètres d’altitude, ce télescope surveille l’univers à une portée maximale. Grâce à la capacité de ce télescope à collecter de la lumière, à restituer des images et à bénéficier d’une vue grand angle, les scientifiques ont la possibilité d’étudier même des supernovae très lointaines.
A côté du Subaru, le plus grand télescope du monde, appelé TMT (Thirty Meter Telescope) est en cours d’installation au sommet du Mauna Kea. Le projet, qui devrait coûter 1,4 milliard de dollars. La raison la plus importante pour choisir les contreforts d’Hawaï et du Mauna Kea pour le télescope est que le temps est clair en moyenne trois cents jours par an. Il y avait déjà des centaines de petits télescopes dans la région. À l’aide du télescope géant, les astronomes prévoient de suivre les planètes en orbite autour des étoiles, d’étudier les premières années de l’univers et d’observer de nouvelles planètes et des étoiles en formation. Les scientifiques ont souligné que le télescope segmenté avec son miroir principal de 30 m de diamètre collecte des données sur une superficie environ neuf fois supérieure à celle des plus grands télescopes optiques utilisés aujourd’hui et que sa résolution d’image est douze fois plus nette que celle du télescope spatial Hubble.
Les mathématiques ne cessent d’étonner l’humanité avec leurs utilisations et applications apparemment infinies qui se manifestent dans la nature et la vie humaine. La parabole est un bon exemple qui relie le visage d’un hibou aux télescopes que les scientifiques utilisent dans leurs recherches dans l’espace. Cela laisse parfois perplexe, se demandant d’où viennent ces merveilles. Tous ces événements pourraient-ils être le résultat du simple hasard ?
