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Les distances et unités en astronomie Quand les dimensions d'un espace se combinent à l'échelle du temps

Sur la terre, le système métrique est de vigueur. On a pour commune habitude de fixer les distances en mètres et plus encore, en kilomètres. En astronomie, les observations se tournent en direction de cibles dont les distances sont bien plus importantes. Dans le jargon traditionnel, on qualifie souvent ces longs chiffres d' "astronomiques" et ce n'est pas peu dire car si nous avions à formuler la distance de l'étoile la plus proche de nous après le soleil, Proxima du Centaure, la valeur kilométrique serait déjà si longue qu'une calculette ordinaire n'aurait pas assez d'incrémentations pour la manipuler.

Pour manipuler plus aisément les kilométrages en astronomie, de nouvelles unités de distances et angulaires apparurent :

  • L'unité astronomique
  • L'année-lumière
  • Le Parsec
  • Les degrés, minutes et secondes d'arc

Comme bon nombre d'astronomes amateurs, la manipulation de ces unités devint rapidement chose courante, surtout l'unité astronomique ainsi que les unités angulaires très fréquemment rencontrées en astronomie observationnelle depuis notre planète sur des objets appartenant à la banlieue terrestre telles que les planètes, les éclipses de soleil/lune, les passages des deux planètes inférieures devant le soleil, les comètes, les astéroïdes et les plutoïdes.

Les kilométrages astronomiques sont si imposants que ces dimensions se combinent à l'échelle du temps dont la vitesse de la lumière est le vecteur.


L'unité astronomique

Création de l'unité

1958

Valeur exacte

149 597 870 700 m - Valeur fixée fin août 2012 à Pékin, en Chine, lors de 28ème édition de l'Assemblée générale de l'UAI

Augmentation séculaire

15 mètres par siècle

Durée à la vitesse lumière

8 minutes et 20 secondes
Cette unité est utilisée pour mesurer les distances entre les objets du système solaire. On la retrouve massivement utilisée pour les corps transitoires telles que les comètes et les astéroïdes. Elle est historiquement basée sur la distance Terre-Soleil d'une valeur approximative de 150 millions de km. La terre ayant une orbite elliptique autour du soleil, la distance terre-soleil n'est pas constante, il convient alors de préciser la définition de cette valeur comme la moyenne des distances sur une année gaussienne (365, 256 898 3 jours de période orbitale).
Par rapport au soleil, on notera ainsi quelques distances comme Jupiter à 5,21 UA, la ceinture d'astéroïdes entre 2 et 3,5 UA, Neptune à 30,11 UA, la ceinture de Kuiper de 30 à 55 UA, Pluton de 29 à 49 UA ou bien encore la distance du nuage d'Oort à environ 50000 UA.


L'année-lumière

Equivalence en UA

63 241,077 ua

Valeur exacte
9 460,895 milliards de kilomètres

L'année-lumière est sans contexte l'unité astronomique la plus connue. Elle correspond à la distance théoriquement parcourue en km ou en UA durant une année gaussienne par la lumière soit environ 10 000 milliards de km.

Les galaxies sont distantes de la nôtre de plusieurs millions d'années-lumière à plusieurs milliers de milliards d'années-lumière. Les distances exprimées sont considérables et il apparaît dès lors abject de les exprimer en kilomètres.


Le Parsec

Equivalence en UA

206 265 ua

Valeur exacte
3,2616 années-lumière

Le parsec, contraction de "parallaxe-seconde" est issu d'un rapport trigonométrique entre la distance Soleil-Terre et un angle d'une seconde d'arc par rapport à un objet céleste situé très loin en dehors du système solaire. Ce rapport correspond à la "méthode de la parallaxe" servant à déterminer la distance séparant un observateur d'un objet céleste lointain.

Pour des raisons pratiques, les astronomes professionnels utilisent davantage le parsec que l'année-lumière pour exprimer les distances. Le parsec va naître des travaux et premières mesures interstellaires de Friedrich Wilhelm Bessel en 1838.

Brièvement, ce rapport signifie que lorsqu'un objet céleste situé à exactement 3,2616 années-lumière est observé depuis la terre en deux points opposés de son orbite, il semble vaciller d'une seconde d'arc sur sa position virtuelle occupée dans le ciel. Les parallaxes ont des valeurs faibles. Si on applique par exemple ce rapport constant à une étoile comme Proxima du Centaure, on obtient un vacillement de 0,76 secondes d'arc pour une distance de 4,28 années-lumière. Plus l'objet est lointain de la terre et plus la valeur angulaire de son vacillement décroît ; raison pour laquelle, la "méthode de la parallaxe" possède une limite à 100 parsecs environ correspondant à un vacillement virtuel de l'astre dans le ciel inférieur à 10 millisecondes d'arc.


Les degrés, minutes et secondes d'arc

Equivalence sphère céleste d'un point cardinal à un autre

180 degrés d'arc

Un degré d'arc
60 minutes d'arc

 Une minute d'arc
60 secondes d'arc

Les degrés, minutes et secondes d'arc permettent d'exprimer des dimensions apparentes ou relatives. Ces unités servent notamment à exprimer :

  • Les diamètres apparents des disques planètaires
  • Les distances entre deux composantes d'une étoile double
  • Les distances entre plusieurs objets en conjonction
  • Le champ apparent couvert par un instrument d'optique

On notera quelques ordres de grandeur courants tels que les 35° d'arc maximum couramment admis pour validation d'une conjonction entre planétes, les 30 minutes d'arc du diamètre apparent de la lune et du soleil, les 49 secondes d'arc du diamètre apparent de Jupiter à l'opposition ou bien encore les quelques secondes d'arc du disque d'Uranus.

La main demeure un outil de mesure fort pratique pour estimer les plus grosses dimensions.

Illustration issue du "Petit guide du ciel" de Bernard Pellequer


Quelques notions fondamentales de dimensions dans l'univers

Illustrations issues du "Petit guide du ciel" de Bernard Pellequer - Editions du Seuil - 1990


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