La distance

Image : NASA Goddard Space Flight Center

Dans cette section, je tenterai de mettre en perspective les distances et dimensions de notre univers par rapport à nous, simple Terrien. Nous verrons que le petit monde que nous habitons, la Terre, est bien insignifiant à l’échelle astronomique. Paradoxalement, pour cette même raison, sa petitesse et sa rareté rendent notre planète d’autant plus précieuse et digne de bienveillance. Elle est l’unique « maison » de toute forme de vie connue. La seule bulle protectrice à des années-lumière à la ronde, littéralement. Et donc, la seule à notre portée, nous le verrons plus loin. Sachant cela, il est de notre responsabilité à tous d’en prendre le plus grand soin.

L’année-lumière

Image : NASA

Qu’est-ce qu’une année-lumière (notée al) ? C’est une distance, celle parcourue par la lumière en une année. 🤓 La lumière voyageant à une vitesse finie (notée c), d’environ 300 millions de mètres par seconde dans le vide (299 792 458 m/s pour être exact), il suffit de prendre cette valeur et de :

  • la diviser par 1 000 mètres (nombre de mètres dans 1 kilomètre),
  • la multiplier par 3 600 (secondes dans 1 heure),
  • puis par 24 (heures par jour),
  • et enfin par 365.25 (jours par an)

pour obtenir la distance correspondante en kilomètres.

En effectuant le calcul, on obtient un peu moins de dix mille milliards de kilomètres (précisément 9 460 730 472 580,8 km, c’est-à-dire 9 461 milliards km). Il s’agit évidemment d’une distance énorme à l’échelle humaine, cependant en poursuivant votre lecture, vous verrez que ce n’est encore qu’une infime unité de mesure à l’échelle astronomique.

Autre unité utile, la distance moyenne entre le Soleil et la Terre, définie comme étant l’unité astronomique (notée ua), qui est d’environ 149,6 millions de kilomètres.

Les astronomes et astrophysiciens préfèrent souvent utiliser le parsec (noté pc) qui équivaut à environ 3,26 al. Cela leur permet d’utiliser plus directement les données expérimentales d’évaluation des distances. En multipliant une unité astronomique (1 ua) par un facteur géométrique (648 000 / π) on obtient précisément un parsec (1 pc). Plus de détails ici pour les intéressés. Très souvent, l’emploi du kiloparsec (1 000 pc ou kpc) et même du Megaparsec (un million de pc ou Mpc) est nécessaire pour quantifier les distances dans l’univers.

Ces grandeurs sont si immenses qu’elles sont difficiles à concevoir pour nous. Pour en comprendre la portée, nous examinerons plus loin l’exemple de notre plus proche voisine stellaire : Proxima Centauri. Mais d’abord, récapitulons les unités importantes avec leur équivalence en kilomètres :

ParamètreValeur
Vitesse de la lumière dans le videc≈ 300 000 km par seconde300 x 103 km/s
Année-lumièreal≈ 10 000 milliards km10 x 1012 km
Unité astronomiqueua≈ 150 millions km150 x 106 km
Parsecpc≈ 3,26 al ou 31 000 milliards km31 x 1012 km
Vitesses et distances utilisées en astronomie

Fait intéressant, de ces données il est possible déduire que la lumière du Soleil met environ 8 minutes à parvenir à la Terre, près de 13 minutes pour atteindre Mars (située en moyenne à 228 millions de kilomètres du Soleil) et plus de 4 heures pour atteindre Pluton, la planète la plus éloignée du système solaire. C’est donc dire que la Terre et Mars sont à respectivement 8 et 13 minutes-lumière du Soleil et que Pluton est à 4 heures-lumière de ce dernier.

Voisine stellaire

Située à environ 4,28 al du système solaire (donc aussi de la Terre), il faudrait 4,28 ans pour atteindre notre voisine stellaire, Proxima Centauri à bord d’un vaisseau spatial se déplaçant à la vitesse de la lumière.

En 2021, un tel vaisseau n’existe pas ! Les moyens technologiques les plus récents sont mêmes loin de permettre de s’approcher ce type de vélocité. À l’heure actuelle, l’objet le plus rapide créé par l’homme est la sonde solaire Parker de la NASA. Cette dernière n’atteint cependant qu’une infime fraction de la vitesse de la lumière (environ 0,06%) avec un tout de même très respectable 692 000 km/h ! À cette vitesse, il faudrait à Parker environ 6 550 ans (80 générations humaines) pour parcourir les 40 208 milliards de km qui nous séparent de l’étoile la plus proche.

Précisons au passage qu’il y aurait entre 200 et 400 milliards d’étoiles comme Proxima Centauri dans notre galaxie uniquement. Et que le nombre de galaxies dans l’univers observable (et non, on ne le voit pas en entier) est estimé à 7 000 milliards, la plupart séparées les unes des autres par des centaines de millions d’années-lumière. Voilà qui permet de réaliser à quel point l’univers est grand… et par le fait même à quel point les « singes savants » de la Terre (les humains 🙈) sont petits.

L’héritage

Image : NASAESA, G. Illingworth and D. Magee (University of California, Santa Cruz), K. Whitaker (University of Connecticut), R. Bouwens (Leiden University), P. Oesch (University of Geneva,) and the Hubble Legacy Field team

L’héritage de Hubble (Hubble Legacy Field)

L’image ci-contre est une mosaïque de 7 500 photos prises par le télescope spatial Hubble sur une durée d’environ 16 ans et couvrant une superficie équivalente à celle de la pleine Lune, soit environ 0,0005 % du ciel observable.

Cliquez sur l’image pour l’agrandir (le téléchargement peut prendre plusieurs secondes) et agrandissez l’image (zoom) afin de voir les quelques 265 000 galaxies présentes dans cette infime portion de l’univers. La plupart des points lumineux ne sont pas des étoiles, mais bel et bien des galaxies entières !

La version en pleine définition de cette image (format PNG et TIFF) est disponible à partir du lien suivant : https://hubblesite.org/image/4492. Attention, les fichiers sont très lourds (672 Mo et 1,19 Go) et donc assez longs à télécharger.

La physique de l’infini

Pour ceux qui ont peine à s’imaginer, sachez également que ce n’est peut-être que le debut. Certains astrophysiciens étudient en effet très sérieusement la possibilité qu’il y ait d’autres univers que le nôtre. Notre réalité pourrait donc être constituée de multiples univers (parfois appelé multivers). Quoique non-démontrée pour l’instant, cette hypothèse découle d’une théorie de la physique (la théorie des cordes). Grosso-modo, cette dernière tente de concilier les lois de la nature de l’infiniment petit avec celles de l’infiniment grand en une seule et unique théorie unificatrice, le rêve inachevé d’Albert Einstein et d’autres grands physiciens du siècle dernier.

Images: GETTY

Actuellement, les deux grandes théories acceptées et expliquant les comportements de la matière à ces deux échelles : la mécanique quantique (niveau subatomique) et la relativité générale d’Einstein (gravitation intergalactique) sont en effet incompatibles. C’est-à-dire que l’une ne permet pas d’expliquer les comportements de la matière à l’échelle de l’autre et vice-versa. Il est donc possible (et même probable) que l’une d’elles ou les deux soient erronées ou incomplètes. Un autre sujet passionnant pour les astrophysiciens de demain !