Qu’est-ce qu’une année-lumière ?

L’année-lumière est une unité de mesure indispensable pour quiconque tente de comprendre l’espace. Faites parler un groupe d’astronomes, et vous les entendrez dire « années-lumière » à peu près aussi souvent que vous entendez des fans de football mentionner « yards ».

Pour les non-scientifiques, cependant, l’année-lumière peut être un concept déroutant. Il s’agit d’une unité de distance, même si elle peut ressembler à une unité de temps. Pour ajouter à la confusion, les films de science-fiction et les émissions de télévision bousillent régulièrement le concept.

Même la série originale « Star Trek » s’est trompée sur les années-lumière. Dans un épisode de 1968, la princesse extraterrestre Elaan de Troyius dit au capitaine Kirk qu’elle préfère se cacher dans sa chambre pendant « 10 années-lumière » plutôt que de sortir et de lui parler. Oups.

Combien est une année-lumière ?

Une année-lumière est la distance que parcourt un faisceau lumineux dans le vide en un an. Il est important de spécifier un vide car la lumière ralentit lorsqu’elle traverse n’importe quel type de matière. (Dans l’eau, par exemple, elle voyage environ 25 % plus lentement.) La majeure partie de l’univers est un vide presque parfait, de sorte que les astronomes peuvent généralement supposer que la lumière se déplace à sa vitesse maximale.

La lumière se déplace à 299 792 458 mètres (186 282,397 miles) par seconde. Multipliez ce nombre par le nombre de secondes dans une année (31 557 600), et vous obtenez votre réponse : Une année-lumière représente 9 460 730 473 000 kilomètres, ou 5 878 625 373 000 miles.

C’est probablement plus de chiffres que ce que vous recherchiez. Arrondissez à 6 trillions de miles, et vous êtes encore assez proche pour n’importe quelle conversation d’intellos avertis.

Pourquoi les astronomes mesurent-ils la distance en années-lumière ?

Les unités familières comme les kilomètres et les miles sont absurdement petites pour décrire l’immensité du cosmos. Prenez l’exemple de Proxima Centauri, l’étoile la plus proche au-delà du soleil. Vous pourriez dire qu’elle se trouve à environ 24 900 000 000 000 de kilomètres – ou économiser beaucoup de souffle et appeler la distance 4,24 années-lumière.

La plupart des étoiles que vous voyez la nuit se trouvent à quelques centaines d’années-lumière de la Terre. La galaxie de la Voie lactée dans laquelle nous vivons se trouve être un joli, rond 100 000 années-lumière de diamètre. La galaxie d’Andromède se trouve à 2,54 millions d’années-lumière – un grand nombre mais tout de même beaucoup plus gérable que « 14 quintillions, 900 quadrillions de miles ».

Les années-lumière ne sont donc qu’une mesure de la distance, pas du temps ?

À proprement parler, oui. Une année-lumière est une unité de distance, tout comme les pieds et les pouces. Si vous voulez éviter toute confusion, vous pouvez vous arrêter ici.

Mais il y a un autre côté fascinant à l’histoire des années-lumière. Puisque la lumière se déplace à une vitesse finie, tout ce que vous voyez est périmé : Votre vision du monde est en fait une image de ce à quoi ressemblaient les choses à l’instant où leur lumière a commencé à voyager vers vous.

Si vous regardez fixement à travers une pièce, le décalage n’est que de quelques milliardièmes de seconde – totalement imperceptible. Regardez la lune, et vous la voyez telle qu’elle était il y a environ une seconde et demie. Regardez un coucher de soleil, et vous voyez le soleil d’il y a 8,3 minutes.

L’effet est bien plus prononcé pour les étoiles. Elles sont situées à des années-lumière, donc lorsque vous les regardez, vous regardez des années dans le passé.

Sirius, l’étoile la plus brillante du ciel, se trouve à 8,6 années-lumière de la Terre, ce qui signifie que la lumière que vous voyez l’a quittée il y a 8,6 ans. En d’autres termes, nous voyons toujours Sirius comme elle était il y a 8,6 ans. Deneb, une étoile d’été proéminente de la constellation du Cygne, se trouve à environ 2 500 années-lumière. Sa lueur scintillante était déjà en route vers nous du vivant d’Aristote.

Et n’oubliez pas que d’autres galaxies sont encore plus éloignées. De puissants télescopes comme Hubble peuvent détecter des galaxies dont la lumière voyage sur notre route depuis des milliards d’années. Ainsi, ces images éthérées de Hubble nous montrent des galaxies telles qu’elles étaient il y a des milliards d’années – dans certains cas, depuis une époque antérieure à la naissance de la Terre.

En bref, une année-lumière ne décrit que la distance – mais la lumière elle-même fournit une sorte de machine à remonter le temps, nous permettant d’observer le cosmos tel qu’il était il y a longtemps.

Comment connaissons-nous la vitesse de la lumière ?

L’intuition cruciale est venue d’Ole Rømer, un astronome danois du 17e siècle. Dans les années 1660, il étudiait l’un des satellites de Jupiter, Io, lorsqu’il a remarqué quelque chose de bizarre : lorsque Jupiter et la Terre étaient à leur plus grande distance l’un de l’autre, Io se glissait dans l’ombre de Jupiter quelques minutes plus tard que ce que les astronomes avaient prévu. Lorsque les deux planètes étaient les plus proches l’une de l’autre, l’événement semblait se produire quelques minutes plus tôt.

Rømer a réalisé que le retard n’avait rien à voir avec Io. Il s’agissait plutôt d’une illusion causée par le temps que met la lumière à parcourir la distance supplémentaire lorsque la Terre et Jupiter sont sur des côtés opposés du soleil. Ses calculs ont montré que la lumière parcourt 131 000 miles par seconde – une estimation remarquablement bonne, considérant qu’il faisait ce travail seulement 60 ans après l’invention du télescope.

Qui a inventé le terme année-lumière ?

« Le concept de la vitesse de la lumière comme mesure de la distance existait déjà à la fin du XVIIe siècle, suite à la découverte de la finitude de la vitesse de la lumière par Rømer », explique Frédéric Arenou, astronome et historien des sciences à l’Observatoire de Paris.

Les gens se sont emparés de l’idée si rapidement qu’il est impossible de créditer un individu avec certitude. Arenou désigne cependant un bon candidat : l’érudit anglais Francis Roberts, qui, en 1694, a pensé que « la lumière met plus de temps à voyager des étoiles jusqu’à nous, que nous à faire un voyage dans les Indes occidentales ».

Au début, ces idées étaient nécessairement vagues car les scientifiques n’avaient qu’une idée approximative de la distance qui sépare les étoiles. Le moment décisif est arrivé en 1838, lorsque l’astronome allemand Friedrich Bessel a mesuré la distance exacte de l’étoile 61 Cygni. En décrivant le chiffre énorme qu’il a obtenu, Bessel a écrit que « la lumière met 10,3 ans à parcourir cette distance ». C’est ce qui se rapproche le plus d’un moment précis où le concept spécifique de l’année-lumière est né.

En quelques décennies, l’année-lumière était monnaie courante dans les écrits de vulgarisation scientifique. Mais selon Arenou, les astronomes professionnels ont longtemps résisté à l’utilisation de ce terme – et ce pour une raison surprenante. Ils considéraient l’année-lumière comme insuffisamment scientifique, puisqu’elle ne pouvait pas être mesurée directement.

Comment les astronomes mesurent-ils les distances en années-lumière ?

Bessel a calculé la distance de 61 Cygni en observant sa parallaxe, le mouvement apparent de va-et-vient dans le ciel causé par le mouvement de la Terre autour du soleil.

La parallaxe reste l’un des outils les plus puissants des astronomes pour mesurer la distance. L’Agence spatiale européenne a dépensé 650 millions d’euros (750 millions de dollars) pour le télescope spatial Gaia, qui utilise actuellement la parallaxe pour mesurer les distances de plus d’un milliard d’étoiles à travers notre galaxie.

Au delà de la Voie lactée, où les parallaxes sont trop petites même pour que Gaia puisse les détecter, les astronomes calculent les distances en observant certains types d’étoiles variables ou de brillantes explosions de supernovas. Ces approches reposent cependant toujours sur les mesures de parallaxe comme point de référence.

Parce que leur travail est si profondément ancré dans la parallaxe, les astronomes utilisent couramment une deuxième unité de distance, le parsec ( » arc-seconde de parallaxe « , un petit angle). Un parsec est égal à 3,26 années-lumière. Parfois, le parsec est plus pertinent scientifiquement, mais les chercheurs passent souvent d’un terme à l’autre sans raison évidente, si ce n’est le style.

Malheureusement, le « sec » dans parsec sonne comme une unité de temps, ce qui entraîne davantage de confusion. Dans le film « Star Wars : A New Hope » de 1977, Han Solo se vante d’avoir « fait la course de Kessel en moins de 12 parsecs ». Les fans de Star Wars ont fait des nœuds pour tenter d’expliquer cette gaffe évidente. Mieux vaut s’en tenir à l’année-lumière. C’est toute l’astronomie dont vous avez besoin – et cela vous permet aussi de barboter dans le voyage dans le temps.

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