R&D LAB Visualisation de données Étude Étude d'artisanat, sans promesse commerciale

Cosmos-Scale

Soixante-deux ordres de grandeur en un zoom continu, de la longueur de Planck au diamètre de l'univers observable.

  • 62ordres de grandeur
  • 138objets avec dossier
  • 18 471galaxies tracées
  • 12bandes, un seul axe
Cosmos-Scale dans la bande galactique, champ de 27,2 milliers d’années-lumière, avec le navigateur de spectre en bas

Champ de 27,2 milliers d’années-lumière, dans la Voie lactée. La bande du bas est toute l’amplitude de l’application et sert aussi de commande.

Pourquoi c'est publié

Publiée comme étude d'artisanat et identifiée comme telle. Elle ne porte aucune promesse commerciale. Elle montre en revanche que nous savons tenir un jeu de données couvrant soixante-deux ordres de grandeur dans une vue continue et navigable sans qu'elle dégénère en diaporama. C'est là que se situe le travail d'une visualisation scientifique ou industrielle : non pas dans l'image isolée, mais dans le trajet entre deux images.

Une liste de très grandes et de très petites choses n'a rien d'intéressant. L'échelle qui les relie, si. Un être humain se situe presque exactement à mi-chemin entre la plus petite longueur que la physique autorise et la plus grande chose que la lumière a eu le temps de nous montrer, et presque tout ce qui se trouve entre les deux est plus étrange qu'il n'y paraît depuis l'une ou l'autre extrémité.

Cinq objets, une seule ligne de base

Baleine bleue, Airbus A380, General Sherman, statue de la Liberté et la station spatiale côte à côte sur une même ligne de base, chacun avec son rapport
Bande terrestre, champ de vision 1,18 kilomètre. Cinq objets sur la même ligne de base, chacun avec son rapport au voisin, et la bande du spectre d'échelle en dessous.

C’est toute l’idée en une image. Cinq objets reposent sur la même ligne et leur hauteur dessinée est le nombre inscrit dessous : télescope Hubble 13,2 mètres, baleine bleue 26 mètres, Airbus A380 72,7 mètres, General Sherman 83,8 mètres, statue de la Liberté 93 mètres.

Sous chaque nom figure non pas une fiche technique mais un rapport à l’objet sélectionné : 5,51 fois plus petit, 2,8 fois plus petit, 1,15 fois plus grand, 1,28 fois plus grand. Cette ligne est calculée à partir des deux tailles, elle n’est pas rédigée.

L’A380 repose sur sa queue et la baleine sur sa nageoire caudale. Ce n’est pas une erreur, c’est la règle : le nombre cité est toujours la hauteur dessinée, et là où ce nombre est une longueur, l’objet est redressé. Cela surprend, et en échange toutes les hauteurs restent comparables d’un coup d’œil.

Le problème

Pourquoi une liste n’est pas une échelle

Les nombres sont connus. Un proton mesure 1,68 femtomètre, un globule rouge 7,5 micromètres, le Soleil 1 392 700 kilomètres. Mis côte à côte, ils ne disent rien, car dix ou vingt zéros les séparent et personne ne ressent dix zéros.

Ce qui manque, c’est le trajet entre eux. Tout repose donc ici sur une seule échelle logarithmique et le déplacement y est continu : aucune coupure, aucune seconde diapositive, aucune vue nouvelle. La bande du bas montre toute l’amplitude d’un coup et sert de commande. La ligne au-dessus nomme à chaque instant ce dans quoi vous vous trouvez, de « un proton » à « l’univers observable » en passant par « une cellule » et « une ville ».

Trois affichages tiennent le voyage au sol. Le champ de vision, en mètres et en puissance de dix. Le temps que met la lumière à le traverser, de 7,58 fois dix puissance moins vingt-cinq seconde à 407 millions d’années. Et une phrase calculée à partir du champ courant : au barreau humain elle indique « si ceci était une porte, un globule rouge ferait 5,86 mm », et dans la bande terrestre la même phrase devient « une personne ferait 3,99 mm ».

L’échelle comporte des zones vides, et elles le restent. Dans la bande subatomique, à 227 attomètres, seuls 5 des 138 objets sont à portée et la scène est presque nue. Ce n’est pas un chargement, c’est une affirmation : entre la plus petite distance jamais sondée et le rayon d’un proton, il n’y a rien que l’on puisse honnêtement dessiner.

Une décade vide sur cette échelle est une affirmation vraie sur la physique. La remplir serait un mensonge.

Gravir l’échelle

Cinq barreaux, quarante-trois ordres de grandeur d’écart

Atome d’hydrogène, molécule d’eau et atome d’or sur une ligne de base, champ de 3,24 nanomètres

MoléculaireChamp de 3,24 nanomètres. Atome d’hydrogène 106 picomètres, molécule d’eau 275 picomètres, atome d’or 288 picomètres, tous trois sur la même ligne. L’atome d’or est 1,05 fois plus grand que la molécule sélectionnée.

Dix-neuf ordres de grandeur en un seul zoom

Sans coupe, de la bande humaine à la bande interstellaire, champ de vision de 10 puissance moins 1 à 10 puissance 18 mètres. Les affichages du champ de vision et de l'ordre de grandeur défilent avec lui, et le curseur du spectre d'échelle se déplace en continu.

Ce qui est à l’échelle, et ce qui ne l’est pas

À l’échelle

  • La hauteur dessinée de chaque objet est le nombre imprimé dessous.
  • La ligne de rapport est calculée à partir des deux tailles : 1 392 700 divisé par 214 800 donne le 6,48 inscrit sous Proxima Centauri.
  • La position sur l’échelle est le logarithme décimal de la taille, selon la même règle pour les 138 objets.
  • La cosmologie de la carte est réelle : lambda-CDM plat avec H0 = 67,7, et la carte l’inscrit sur sa propre surface.

Pas à l’échelle

  • L’orientation. Là où le nombre cité est une longueur, l’objet est redressé, d’où l’A380 posé sur sa queue.
  • Les surfaces. Cartes planétaires et micrographies sont des photographies empruntées, créditées individuellement. Seule la géométrie est construite en code.
  • Les 18 471 galaxies et 2 600 quasars de la carte sont générés pour correspondre au regroupement observé. Ce n’est pas un catalogue de relevé.
  • La rangée de légendes. Sur deux images de cette page, deux noms se chevauchent, le placement ne résolvant pas toutes les configurations.

Le dossier calcule au lieu d’affirmer

Chacun des 138 objets peut être ouvert. Le dossier nomme la bande et la décade, la taille en nombre et en puissance de dix, une ligne sur ce que le nombre mesure réellement, et trois boutons : voyager ici, comparer, question ouverte.

L’entrée sur la toile cosmique montre la séparation que l’application maintient. La scène porte une structure générée ; le dossier place côte à côte deux photographies réelles, une simulation et un relevé, chacune avec sa provenance. Le panneau s’amarre entre la barre supérieure et le spectre, et la scène cède la largeur au lieu de disparaître dessous.

Le dossier sur Europe : accroche, images, texte, puis le panneau Les chiffres avec un diamètre de 3 122 kilomètres, la coquille de glace et l'océan, et enfin la question ouverte de savoir si cet océan abrite la vie.

Le reste de l’échelle

Carte de l’univers observable en secteur de ciel coloré selon le décalage vers le rouge
La carte cosmique : 18 471 galaxies et 2 600 quasars colorés selon le décalage vers le rouge. La mention en bas à droite précise elle-même que les positions sont générées et non relevées.
La liste des six parcours guidés avec leurs noms, leurs durées et leur nombre d'arrêts
Six parcours guidés : Toute l'échelle, 17 arrêts. Dans l'atome, 10. Où se trouve l'eau, 7. Comment meurent les étoiles, 8. Ce que nous ne savons pas, 12. Des choses qui changent le sens des grandeurs, 7.
Baleine bleue et statue de la Liberté épinglées : 3,58 fois en longueur, 45,8 fois en volume, 0,6 ordre de grandeur. Les deux cercles à côté montrent le même rapport à l'échelle.
Le parcours Où se trouve l'eau, ses sept arrêts de la molécule à la planète. La fiche porte le titre, le commentaire et le compteur ; elle n'avance que si quelqu'un clique.

Quand une échelle vaut mieux qu’un graphique

  • Des données scientifiques et industrielles couvrant plus d'ordres de grandeur qu'un graphique ne peut en contenir.
  • Musées, expositions et pédagogie, là où un visiteur doit ressentir une amplitude plutôt que la lire.
  • Toute interface où le zoom est la navigation principale et où la réponse habituelle serait des onglets.

Crédits photographiques : chaque image de cette page est une capture d'écran de l'application Cosmos-Scale (iiterate Technologies GmbH). Les textures planétaires et solaires qui y figurent proviennent de Solar System Scope (CC BY 4.0, dérivées de données NASA) ; les images du ciel profond, les micrographies et les paysages sont dus à la NASA (domaine public), à l'ESA/Hubble, à l'ESO et au JWST/STScI (CC BY 4.0), ainsi qu'à la NOAA, au CSIRO et au NIAID.

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