L’échelle des distances dans la Galaxie


La vitesse de la lumière

Quelle est la taille du système solaire ? A quelle distance se trouvent les étoiles ? Comment les différentes structures du cosmos sont-elles organisées ? L’Univers est-il infini ? Autant de questions que les esprits curieux se posent depuis des millénaires. Nous vivons une époque privilégiée, car les progrès de l’observation astronomique nous permettent de répondre à la plupart de ces questions.

Les distances dans le système solaire et au-delà sont à proprement parler astronomiques. Plutôt que de les mesurer en kilomètres, les astronomes préfèrent utiliser des unités beaucoup plus grandes. En particulier, ils s’appuient sur des unités basées sur la vitesse de la lumière, 300.000 kilomètres par seconde, l’une des constantes fondamentales de la nature.

Dans le système solaire, deux unités sont appropriées : la minute-lumière et l’heure-lumière, respectivement la distance que parcourt la lumière en une minute et en une heure, soit environ 18 millions de kilomètres et un milliard de kilomètres. Au-delà du système solaire, même ces unités sont trop petites. On utilise alors la distance que la lumière parcourt en une année terrestre : l’année-lumière (AL), soit 9500 milliards de kilomètres.

Le choix de la vitesse de la lumière est d’autant plus pertinent que, du fait de la vitesse finie de la lumière, lorsque nous observons un objet lointain, nous le voyons tel qu’il était dans le passé. La lumière d’une étoile à 10 années-lumière de la Terre nous parvient après 10 ans de voyage et nous voyons donc l’étoile telle qu’elle apparaissait il y a 10 ans. L’observation astronomique nous fait voyager dans le passé autant que dans l’espace.

Les distances dans le système solaire

La Terre gravite autour du Soleil à une distance moyenne de 8 minutes-lumière, Mars à 12 minutes-lumière, Jupiter à 43 minutes-lumière, Saturne à 79 minutes-lumière et Neptune à plus de 4 heures-lumière pour ne citer que quelques planètes. Bien qu’il puisse paraître immense à l’échelle de la Terre, le domaine des planètes ne constitue en fait qu’une petite fraction du système solaire.

La planète naine Pluton fait partie d’un ensemble de petits corps appelé la ceinture de Kuiper. Cette dernière contient d’autres planètes naines, par exemple Haumea et Makemake, ainsi que les comètes à courte période (celles qui viennent rendre visite au Soleil relativement souvent, par exemple la comète de Halley). Cette ceinture s’étend dans un domaine de distance situé entre 4 et 7 heures-lumière du Soleil.

Plus loin, on rencontre l’héliopause, la limite de l’héliosphère, une sorte de bulle sculptée dans le milieu interstellaire par le vent solaire (le flux de particules émis en permanence par notre étoile). La sonde Voyager 1, l’objet artificiel d’origine terrestre le plus éloigné de la Terre, se trouve à environ 17 heures-lumière du Soleil et a commencé à détecter un surplus de particules provenant de l’extérieur du système solaire, ce qui suggère qu’elle s’approche maintenant de cette limite.

Entourant tout ce beau monde, on trouve le nuage d’Oort, un ensemble gigantesque de petits corps qui n’a pas été observé directement, mais dont l’existence est suggérée par l’observation des comètes à longue période (qui s’aventurent rarement près du Soleil). Le nuage d’Oort marque la fin du domaine gravitationnel de notre étoile, donc la limite externe du système solaire. La taille de ce nuage n’est pas connue avec certitude, mais elle est de l’ordre de grandeur de l’année-lumière (AL).

La partie interne du système solaire

La partie interne du système solaire jusqu’à la ceinture de Kuiper. On aperçoit la planète naine Eris qui a une orbite très inclinée par rapport au plan de l’écliptique. Crédit : Andrew Z Colvin/Wikimedia Commons

Les distances dans le voisinage du Soleil

L’étoile la plus proche du Soleil, à 4,2 AL, est la naine rouge Proxima du Centaure, une petite étoile peu brillante et invisible à l’œil nu, malgré sa proximité. En nous éloignant un peu, nous rencontrons des étoiles plus lumineuses donc visibles à l’œil nu, comme Sirius à 8,6 AL, Véga à 25 AL ou Arcturus à 34 AL.

En nous éloignant encore, nous rencontrons d’autres étoiles bien connues de la voûte céleste. Comme ces étoiles sont plus lointaines, elles doivent être intrinsèquement plus grandes et brillantes : ce sont des supergéantes, par exemple Bételgeuse à 650 AL, Rigel à 860 AL ou Deneb à 1550 AL.

D’autres corps plus lointains sont aussi visibles pour l’astronome amateur : les nébuleuses. Il s’agit de régions de gaz et de poussières, soit des résidus d’explosions d’étoiles, soit des régions de formation stellaire. Citons des exemples connus comme la nébuleuse de l’Hélice à 700 AL, la nébuleuse d’Orion à 1340 AL ou la nébuleuse de la Carène vers 7500 AL.

Le voisinage du Soleil

Le voisinage du Soleil jusqu’à une cinquantaine d’années-lumière. A cette échelle, Proxima du Centaure se trouve à la même position qu’Alpha du Centaure. Crédit : Andrew Z Colvin/Wikimedia Commons


Page mise à jour le 19 mai 2016 par Olivier Esslinger