Distances astronomiques

( Dessin de Barbara, 43 ko)

Pour " arpenter " l’Univers, les astronomes utilisent plusieurs unités de longueur, forcément très grandes devant nos mesures terrestres.

L’unité de base, qui fut en effet une " base " de triangulation pour arpenter l’Univers relativement proche, est la distance moyenne de la Terre au Soleil, désigné pour cet usage Unité Astronomique (UA).

La mesure de la distance de la Terre au Soleil fut une entreprise humaine majeure. Environ 300 ans av. J.-C., Aristarque de Samos imagina une méthode pour mesurer cette distance ; la méthode était correcte, mais aurait demandé une précision extrême dans la mesure des angles, si bien que la valeur obtenue était 10 fois trop petite. Néanmoins elle permettait d’affirmer que le Soleil était beaucoup plus gros que la Terre, et Aristarque en conclut que c’était celle-ci qui devait tourner autour du Soleil et non l’inverse comme le suggèrent les apparences.

Sa vision héliocentrique du monde fut malheureusement occultée par la suite, et ne fut connue en Europe qu’après la mort de Copernic.

D’autres Grecs anciens, notamment Hipparque (un siècle après Aristarque) améliorèrent les estimations, mais pour atteindre une bonne précision, il fallut attendre une méthode imaginée par Galilée, puis mise en œuvre par un des Cassini, puis par Halley, puis par la communauté scientifique internationale.

Cette méthode utilise les passages devant le disque solaire d’une des planètes intérieures : Mercure ou Vénus, cette dernière donnant une meilleure précision. Malheureusement, les passages de Vénus sont peu fréquents (environ deux par siècle, à 8 ans d’intervalle). En observant ces passages depuis des lieux terrestres le plus éloignés possible, on peut calculer la distance Terre-Soleil.

Les passages du 6 juin 1761 et surtout du 3 juin 1769 permirent les premières mesures suffisamment précises de cette distance. De nos jours, la valeur moyenne de la distance Terre-Soleil (unité astronomique ou UA) est évaluée à 149 597 870 km, donc environ 150 millions de km, soit 500 secondes ou 8 minutes et 20 secondes de lumière.

Le plus récent passage de Vénus sur le Soleil a eu lieu le 8 juin 2004 ; il était visible en France et j'ai pu l'observer par projection ; le prochain aura lieu le 6 juin 2012. Ces passages ont-ils encore quelque intérêt pour la mesure de l'UA ? c’est peu probable, les astronomes doivent disposer de méthodes plus modernes grâce aux sondes spatiales.

Si grande que soit cette UA, elle est encore bien petite devant l’immensité de l’univers ; aussi les astronomes emploient-ils deux autres unités beaucoup plus grandes.

La première est très connue de tout le monde : C’est l’année-lumière (al), c’est à dire la distance parcourue par la lumière en une année. Comme une année comporte 31 557 600 secondes, une année-lumière vaut donc

         31 557 600 x 300 000 = 9,47 10^12 km, soit 9,47 millions de millions de km ou encore 9470 milliards de km ou encore 9,47 pétamètres.

L’année-lumière vaut 63 240 UA ( valeur officielle ; celle calculée à partir des chiffres précédents est légèrement supérieure en raison de l’approximation sur la vitesse de la lumière ).

Les astronomes utilisent aussi le parsec (pc) qui est la distance d’une étoile dont la parallaxe est d’une seconde d’arc (1 / 3600 ème de degré).

La parallaxe d’une étoile est son déplacement apparent par rapport à des " objets " très éloignés lorsque la Terre parcourt son orbite. Elle n’est mesurable que pour des étoiles pas trop éloignées (moins de 100 années-lumière).

Le parsec vaut 3,26 années-lumière, soit 206162 UA.

Quelques distances

Système solaire

J’ai porté dans le tableau suivant les distances moyennes au Soleil des 9 planètes de notre système exprimées en UA et en gigamètres ( Gm ) (millions de kilomètres); j’y ai ajouté la longueur de leurs orbites supposées circulaires, également en Gm, la durée de leur révolution en années terrestres, puis en heures, et enfin la vitesse moyenne de chaque planète sur son orbite, en kilomètres par heure, unité de vitesse qui nous est la plus familière. Les distances en UA et les périodes en années ont été prises dans un manuel ; les autres données ont été calculées, en ne gardant que 3 ou 4 chiffres significatifs, une précision plus grande n’ayant pas de sens dans notre " astronomie pour gens du monde "

 

Planète

Distance en UA

Distance en Gm

Orbite en Gm

Période en années

Période en heures

Vitesse en Km / h
Mercure 0,39 58,5 367 0,24 2 104 175 000
Vénus 0,72 108 678 0,62 5 435 125 000
La Terre 1,00 150 942 1,00 8 766 107 000
Mars 1,52 228 1 432 1,88 16 480 86 900
Jupiter 5,20 780 4 900 11,86 104 000 48 000
Saturne 9,54 1 431 8 990 29,46 258 000 34 800
Uranus 19,18 2 880 18 070 84,01 736 000 24 500
Neptune 36,07 5 410 33 970 164,8 1 445 000 23 500
Pluton 39,44 5 916 37 180 247,7 2 171 000 17 100

On voit que plus la distance est grande, moins grande est la vitesse, non seulement angulaire, ce qui est assez intuitif, mais aussi " circonférentielle ", ce qui l’est moins. Mercure " galope " sur sa petite orbite 10 fois plus vite que le lointain Pluton.

En dehors du système solaire

En dehors du système solaire, les distances sont tout de suite beaucoup plus grandes. Je ne sais pas quelle est " officiellement " l’étoile la plus proche, mais je sais que " alpha Centauri " est une des plus proches ; elle est à environ 1 parsec, soit 3,26 année-lumière. C’est vraiment la très proche banlieue…

La Voie Lactée, la galaxie dont fait partie notre système, a un diamètre de 30 000 parsecs et le Soleil est à 9 000 parsecs du centre ; elle rassemble environ cent milliards d’étoiles. Et il y a des milliards de galaxies semblables et les distances qui les séparent se mesurent en centaines de mégaparsecs…. Vertige….

Quant aux confins de l’Univers observable, ils se situent au-delà de 10 milliards d’années-lumière. Il faut alors compter en gigaparsecs.


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