L'immensité de l'univers dont nous faisons partie ne pourrait être mesurée avec les unités que nous utilisons habituellement ici sur Terre. Bien sûr, nous parlons de l'espace par excellence, qui abrite un nombre indescriptible de corps célestes qu'il est pratiquement impossible de quantifier avec une précision scientifique. C'est donc de ce besoin qu'est née l'année-lumière, une mesure de distance couramment utilisée en astronomie pour exprimer les distances aux (et entre les) objets célestes situés en dehors du système solaire.
Cela signifie qu'elle est particulièrement adaptée aux distances à l'échelle interstellaire, inimaginables pour ceux d'entre nous qui ont une perception de l'espace et du temps limitée à notre planète. C'est pourquoi nous allons maintenant découvrir ensemble la définition exacte d'une année-lumière, et surtout à quoi cela correspond si l'on voulait la traduire en kilomètres. Ce n'est pas tout, nous allons également explorer d'autres unités de mesure couramment utilisées par les astronomes, afin d'avoir une image complète des outils les plus valables dans l'étude toujours actuelle de l'Univers et de ses extraordinaires secrets.
Qu'est-ce qu'une année-lumière
L'année-lumière, abrégée en ly ou al, est une mesure de distance utilisée en astronomie. Elle correspond à la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année terrestre. On peut aussi dire qu'elle est équivalente à la distance que parcourrait un objet s'il se déplaçait à la même vitesse que la lumière dans le vide, soit près de 300 000 kilomètres par seconde, pendant une année tropicale, c'est-à-dire 365 jours, 5 heures, 48 minutes et 46 secondes.
La détermination de la vitesse de la lumière, comme beaucoup d'entre vous le savent déjà, est due à l'astronome danois Ole Rømer, qui, au XVIIe siècle, a émis l'hypothèse que la lumière avait une vitesse énorme mais pas infinie, comme on le pensait à tort jusqu'alors. C'est lui qui a défini précisément la vitesse de la lumière en 1676, alors qu'il travaillait à l'Observatoire royal de Paris dirigé à l'époque par Giovanni Domenico Cassini.
Pour en revenir à l'année-lumière, il existe une définition précise donnée par l'UAI, l'Union astronomique internationale, qui indique : "L'année-lumière est la distance parcourue par un photon dans l'espace vide en l'absence de champ gravitationnel ou magnétique en une année julienne". Pour être complet, il convient de préciser qu'une année julienne a une durée de 365,25 jours, en moyenne composée de 86 400 secondes chacune, égale à un total de 31 557 600 secondes.
Il existe cependant d'autres unités de mesure de longueurs associées à l'année lumineuse, véritables sous-multiples tels que le mois lumineux, la semaine lumineuse, le jour lumineux, l'heure lumineuse, la minute lumineuse et la seconde lumineuse. Bien que peu courantes, elles sont obtenues en considérant la distance parcourue par la lumière dans une certaine unité de temps. Pour donner quelques exemples, la distance de la Terre à la Lune est égale à environ 1,282 seconde-lumière, tandis que la distance de notre planète au Soleil est égale à 8 minutes-lumière.
Combien fait une année-lumière
L'année-lumière, contrairement à ce que l'on pourrait penser à ce stade et par rapport à son nom, qui peut être trompeur ! n'est cependant pas une unité de mesure du temps, et encore moins de la "quantité" de lumière, mais seulement de la distance parcourue par le rayonnement électromagnétique, la lumière elle-même, dans le vide dans l'intervalle d'une année. Quoi qu'il en soit, il est tout à fait correct d'affirmer que l'observation directe d'un corps céleste à une distance d'un certain nombre d'années-lumière peut nous montrer ce même corps céleste tel qu'il était il y a le même nombre d'années et non au moment précis de son observation.
Poussant dans les détails techniques, une année-lumière équivaut précisément à environ 9 460 730 472 581 kilomètres. 9 460 milliards de km, si ce chiffre très long devait nous "effrayer", soit environ 63 241 fois la distance entre la Terre et le Soleil, appelée unité astronomique. Vous comprendrez alors que nous avons affaire à une distance énorme à l'échelle humaine, égale à plus de 236 millions de fois la circonférence de la Terre et calculée à partir de la vitesse de la lumière dans le vide (c).
Considérant que celle-ci est égale à 299 792,458 kilomètres par seconde, la valeur de l'année-lumière est donnée par la formule suivante : 299 792,458 km/s - 355,25 d - 86 400 s/d ≃ 9,461 - 10^12 km. Pour avoir une idée encore plus précise, la distance entre le Soleil et la Terre équivaut à environ 8,3 minutes-lumière, où une minute-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide pendant une minute.
Il faut donc se demander à quelle vitesse nous pouvons parcourir la distance de 9 460 milliards de km aujourd'hui. Pour répondre à cette question, nous devons savoir que la vitesse d'échappement de la Terre est d'environ 40 000 km/h. En exploitant l'effet de fronde des survols de diverses planètes avec nos sondes, nous sommes en mesure de lancer un engin spatial à une vitesse pouvant atteindre 60 000 km/h, voire dépasser 80 000 km/h, comme dans le cas célèbre de New Horizons. En faisant un calcul rapide, il nous faudrait environ 13 500 années terrestres pour parcourir une année-lumière à 80 000 kilomètres par heure.
Exemples concrets d'années-lumière
Maintenant que nous avons donné une définition de l'année-lumière et que nous avons précisé à combien correspond une année-lumière en kilomètres, 9 460 milliards de km, il convient de donner quelques exemples concrets pour quantifier davantage cette unité de mesure singulière et utile. Tout d'abord, il faut environ 1,28 seconde à une année-lumière pour couvrir la distance entre la Terre et la Lune. En outre, à une échelle où la Terre a un diamètre de 1 cm, une année-lumière correspondrait à une distance de 7 423,80 km.
Plus seulement cela, nous savons que la lumière met environ 8,33 minutes, soit 8 minutes et 20 secondes, pour voyager du Soleil à notre planète. En outre, une heure-lumière correspond à environ 1,08 milliard de kilomètres, soit à peu près la distance entre le Soleil et Saturne, tandis que l'étoile la plus proche de la Terre autre que le Soleil est Proxima Centauri, qui se trouve à 4,23 années-lumière.
Le disque de notre galaxie, la Voie lactée, mesure environ 100 000 années-lumière de diamètre. La grande galaxie la plus proche de la nôtre est la galaxie d'Andromède, qui se trouve à une distance de 2,5 millions d'années-lumière. En outre, les scientifiques ont observé que le Groupe local a un diamètre d'environ 10 millions d'années-lumière, et que le quasar le plus proche de la Terre, connu sous le nom de 3C 273, se trouve à environ 3 milliards d'années-lumière.
Puisqu'il est communément admis que le Big Bang s'est produit il y a environ 14 milliards d'années, l'univers observable, supposé être de forme sphérique et s'il n'est pas en expansion, aurait un rayon d'environ 13 820 000 000 d'années-lumière. Enfin, les objets observables les plus lointains de l'Univers se trouvent à 13,2 milliards d'années-lumière.
Tous ces chiffres se traduisent par des considérations stupéfiantes pour les êtres humains. Ce n'est pas une coïncidence si, lorsque nous regardons une étoile située à 20 années-lumière de la Terre, nous voyons la lumière émise par cette étoile exactement 20 ans plus tôt. Si elle s'éteignait à ce moment précis, nous la verrions alors disparaître dans 20 ans.
De la même manière, puisque le Soleil est à 8 millions d'années-lumière de la Terre, la lumière solaire que nous voyons et percevons est celle qui a été émise par le Soleil exactement 8 minutes plus tôt. Un autre exemple est la galaxie d'Andromède, qui nous apparaît telle qu'elle était il y a 2,5 millions d'années parce que sa distance par rapport à nous est d'environ 2,5 millions d'années-lumière.
Une autre unité de mesure
En plus de l'année-lumière, plus courante, les astronomes utilisent deux autres unités de mesure, à savoir les unités astronomiques (UA) et les parsecs. Les unités astronomiques, en particulier, sont principalement utilisées pour mesurer les distances dans le système solaire. Une unité astronomique, selon la littérature scientifique, est la distance moyenne entre notre Terre et son étoile la plus proche, le Soleil. Nous parlons de près de 150 millions de kilomètres, ou 149 597 870 si vous voulez être pointilleux. Pour en venir aux parsecs, ceux-ci sont utilisés par les spécialistes pour exprimer les distances entre les étoiles.
Un parsec, dont le nom est une abréviation de "seconde de parallaxe", équivaut à 3,26 années-lumière. Cela signifie qu'elle correspond à la distance à partir de laquelle un observateur hypothétique verrait le rayon moyen de l'orbite de la Terre, c'est-à-dire une unité astronomique sous un angle d'une seconde d'arc. Des concepts qui ne sont certes pas très faciles, mais qui définissent l'observation des étoiles, des planètes et des corps célestes en général.
En résumé, on peut donc dire qu'une unité astronomique équivaut à environ 150 millions de kilomètres, ce qui, au niveau factuel, se traduit par la distance mesurable entre la Terre et le Soleil. Une année-lumière correspond, en toute logique, à 63 067 UA, soit 9 460 000 000 kilomètres. Un parsec, quant à lui, correspond à 3,26 années-lumière.
En UA, le chiffre est de 205 597 UA, ce qui correspond à son tour à 30 840 milliards de kilomètres. Cela dit, l'al reste l'unité de mesure la plus largement utilisée et probablement la plus facile à expliquer et à comprendre. Et elle correspond à la plupart des objets spatiaux qui "peuplent" le ciel.