Année-lumière

Une distance, pas une durée

Le nom fait penser à une durée, mais une année-lumière mesure une distance. C'est le chemin que parcourt la lumière dans le vide en un an.

La lumière parcourt environ 300 000 km chaque seconde. Multipliez par le nombre de secondes dans une année et vous obtenez environ 9 460 milliards de km. L'Union astronomique internationale définit pour cela l'année comme une année julienne d'exactement 365,25 jours.

Des milliers de milliards de kilomètres, c'est difficile à imaginer et pénible à écrire. Dire qu'une étoile est à 4 années-lumière est plus court, avec un bonus : cela indique aussi que la lumière que vous voyez a quitté cette étoile il y a environ 4 ans.

Trois étalons : ua, année-lumière et parsec

Les astronomes choisissent l'unité adaptée à la tâche, comme on mesure un livre en centimètres et un trajet en voiture en kilomètres.

L'unité astronomique, ou ua, est la distance moyenne entre la Terre et le Soleil, environ 150 millions de km. Elle convient bien à l'intérieur du Système solaire. Jupiter est à environ 5,2 ua du Soleil et Neptune à environ 30 ua. Une année-lumière vaut environ 63 000 ua.

Le parsec est l'unité que les astronomes professionnels préfèrent souvent pour les étoiles et les galaxies. Il vaut environ 3,26 années-lumière. Son nom vient de « parallaxe-seconde », car il est directement lié à la méthode de la parallaxe décrite plus bas. Les grandes distances s'expriment souvent en kiloparsecs (milliers) ou en mégaparsecs (millions).

À quelle distance sont les étoiles et les galaxies ?

L'étoile la plus proche du Soleil est Proxima du Centaure, une petite naine rouge à environ 4,24 années-lumière. Elle fait partie du système d'Alpha du Centaure, dont les deux étoiles plus brillantes se trouvent à environ 4,37 années-lumière. Même à la vitesse de nos sondes les plus rapides, le voyage prendrait des milliers d'années.

Sirius, l'étoile la plus brillante du ciel nocturne, est à environ 8,6 années-lumière. Beaucoup d'étoiles visibles sans télescope se trouvent entre quelques centaines et quelques milliers d'années-lumière.

Notre galaxie, la Voie lactée, mesure plus de 100 000 années-lumière de diamètre, et le Soleil se trouve à environ 26 000 années-lumière de son centre. La galaxie d'Andromède, notre grande voisine, est à environ 2,5 millions d'années-lumière. Par une nuit noire et sans Lune, elle apparaît comme une faible tache floue, ce qui en fait l'un des objets les plus lointains que l'œil humain puisse voir sans instrument.

Mesurer les distances par la parallaxe

Tenez un doigt devant votre visage et fermez un œil, puis l'autre. Votre doigt semble sauter par rapport à l'arrière-plan. Ce décalage est la parallaxe, et plus le doigt est proche, plus le saut est grand.

Les astronomes font la même chose en se servant de l'orbite terrestre. Ils photographient une étoile proche, puis la photographient de nouveau six mois plus tard, quand la Terre est de l'autre côté du Soleil. L'étoile se déplace très légèrement par rapport à des étoiles bien plus lointaines. Mesurer cet angle minuscule et connaître la taille de l'orbite terrestre donne la distance par simple géométrie.

Ces angles sont extrêmement petits, bien moins que l'épaisseur d'un cheveu vu depuis l'autre bout d'un terrain de football. La mission Gaia de l'Agence spatiale européenne a mesuré la parallaxe de bien plus d'un milliard d'étoiles, dressant la carte 3D la plus détaillée de notre galaxie à ce jour.

Des chandelles standard pour l'Univers lointain

La parallaxe ne fonctionne plus quand les étoiles sont trop loin pour que le décalage soit mesurable. Pour les plus grandes distances, les astronomes utilisent des chandelles standard, des objets dont on connaît la luminosité réelle.

L'idée est la même qu'avec un réverbère. Si vous savez quelle est la puissance réelle d'une ampoule, son éclat apparent vous dit à quelle distance elle se trouve. Les céphéides en sont un exemple : ces étoiles variables pulsent en luminosité, et la durée de leur pulsation révèle leur luminosité réelle. Henrietta Leavitt a découvert cette relation au début des années 1900.

Plus loin encore, un type particulier d'étoile qui explose, appelé supernova de type Ia, sert de chandelle standard très brillante. On peut les voir à des milliards d'années-lumière. Chaque méthode est vérifiée par la précédente : les astronomes appellent l'ensemble l'échelle des distances cosmiques.

Pourquoi c'est important

La distance est l'une des grandeurs les plus difficiles à mesurer en astronomie, et pourtant presque tout en dépend. Sans connaître la distance d'une étoile, on ne peut pas déterminer sa luminosité réelle, sa taille ni son âge.

L'année-lumière nous rappelle aussi que voir n'est jamais instantané. Quand vous regardez Andromède, vous voyez une lumière partie avant l'apparition de l'humain moderne. Distance et histoire sont entremêlées dans chaque vue du ciel nocturne.