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J’aimerais savoir, le ciel et l’espace…

LES DISTANCES DANS L’UNIVERS

par Gilbert St-Onge et Geneviève Dufresne

Catalina Khawam, 6 ans
La belle Catalina Khawam, 6 ans.
Cliquer pour agrandir.

Catalina aime danser, le cheerleading, la cuisine, et surtout la gymnastique. Elle a deux questions :

  1. Quelle est la distance entre la Terre et les planètes?
  2. Le Soleil étant la plus grande étoile, comment comparer sa grandeur avec celle d’une autre étoile dans le ciel?

La distance entre la Terre et les planètes?

Prenons d’abord un peu de recul. Depuis l’Antiquité, les humains peuvent observer quelques planètes à l’œil nu dans le ciel nocturne; leur apparence est celle des étoiles les plus intenses. Elles sont rapidement remarquées des premiers observateurs, par leurs déplacements à travers les étoiles du ciel; elles ne cessent de se déplacer à travers les étoiles nuit après nuit. À l’époque, nul n’avait idée de la distance immense qui séparait les planètes de la Terre; leur toute petite taille apparente n’était pas contraignante, puisque les croyances de ces époques lointaines les plaçaient sur une grande sphère au même titre que les étoiles : on les nommait «étoiles errantes» — d’ailleurs, le mot «planète» vient du grec ἀστήρ πλανήτης, «astēr planētēs», ou πλάνης ἀστήρ «plánēs astēr», qui veulent justement dire «étoile errante».

Saturne par Yves Tremblay
Figure 1 · La planète Saturne par Yves Tremblay. Image capturée dans la nuit du 26 avril 2013 à Vaudreuil (Québec) avec une caméra DMK21AS618 (60 images/second) sur CPC‑11, 280 mm à ƒ/10 et 7 000mm à ƒ/25. Cliquer pour agrandir.

Depuis l’utilisation, à partir d’environ l’année 1610 (entre autres par Galilée) des lunettes et télescopes pour observer le ciel, les plus proches planètes ont révélé quelques-uns de leurs secrets. Dès les premières observations avec une lunette, la Lune a révélé un monde de cratères, de montagnes, de grandes vallées, et bien plus encore. Les planètes Mars, Jupiter, Saturne, ainsi que Vénus et Mercure, nous ont dévoilé leur disque; il ne s’agissait plus d’étoiles errantes, mais plutôt de planètes avec des surfaces apparentes plus étendues que les étoiles. Pour Jupiter, on pouvait même observer un système de quatre lunes qui se déplaçaient tout autour de la planète en quelques jours!

Le cratère Gassendi, par Gilbert St-Onge
Figure 2 · Une photo de la région du cratère lunaire Gassendi, qui se trouve juste au nord de la mer des Humeurs. Cette région est visible lors du onzième jour lunaire. Cette image (prise au DTC) permet de voir plusieurs aspects de la surface lunaire; imaginez les premiers hommes à observer des cratères et des montagnes à la surface de la Lune! Photo prise par Gilbert St‑Onge le 15 avril 2011.

Aujourd’hui, on sait que les distances auxquelles se trouvent les planètes sont très grandes. Le plus proche objet céleste de grande taille est la Lune; elle n’est pas considérée comme une planète, mais bien comme un satellite naturel de la Terre : elle tourne autour de la Terre, et non pas directement autour du Soleil. Puis, en s’éloignant, on rencontre les planètes du système solaire. Pour simplifier, on estime la distance moyenne de chaque planète au Soleil en les comparant à la distance moyenne qu’il y a entre la Terre et le Soleil; on dit que la Terre se trouve à une «unité astronomique» du Soleil (symbole au). La valeur d’une unité astronomique est définie comme étant 149 597 870 700 mètres. WOW! La Terre est vraiment loin du Soleil!

Pour nous dire la distance au Soleil de autres planètes du système solaire, qui de mieux que notre ami Photon?

PhotonBonjour Catalina! Je suis Photon. Mes amis et moi allons te renseigner un peu concernant les distances des planètes de notre système solaire. Puisque nous provenons directement du Soleil, nous avons l’habitude de nous déplacer entre les planètes du système solaire. En plus, il faut dire que nous, les photons, sommes la lumière du Soleil, et que nous sommes responsables d’éclairer les planètes pour que tu puisses les observer dans le ciel.

Système solaire

Notre voyage commence donc tout près de notre étoile, le Soleil. Le Soleil émet dans son environnement beaucoup de petits photons comme moi. Il y a aussi mes amis les neutrinos qui sont là avec nous; ils sont aussi formés dans le cœur du Soleil comme nous! Nous nous déplaçons très rapidement (à près de 300 000 kilomètres à chaque seconde!), et le plus possible en ligne droite dans l’espace.

Positions des planètes

Les planètes ne sont pas toujours toutes du même coté du Soleil : il peut en avoir tout autour du Soleil au même instant; certaines d’un coté, et d’autres de l’autre. Sur l’image ci-contre, tu peux mieux comprendre qu’une même planète (comme ici Mars) peut être à certains moments tout près de nous, en haut, et à d’autres moments beaucoup plus éloignée, comme en bas.

Ceci rend difficile de les rencontrer toutes d’un seul voyage, mais pour faciliter notre exercice faisons comme si elles étaient toutes du même coté du Soleil maintenant.

Sur leur chemin à partir du Soleil, nous rencontrons en premier la petite planète Mercure; elle est à un peu moins de 0,4 au du Soleil, soit environ ⅖ de la distance moyenne entre la Terre et le Soleil. Puis, à un peu plus de 0,7 au du Soleil, on s’approche de la planète Vénus, qui est à peu près de la même taille que la Terre. À 1 au, après avoir voyagé depuis le Soleil pendant 8 minutes et 22 secondes (à 300 000 km/s, la vitesse de la lumière), on arrive enfin à notre planète, la Terre, là où nous vivons. Ensuite, à près de 1,5 au, on atteint la planète rouge, Mars.

Photon sur Mars

En continuant notre périple, aux environs de 3 au, on passe par un grand espace rempli de petits corps de roche et de glace : il s’agit de la ceinture d’astéroïdes. Plus loin, à près de 5 au, on peut voir la majestueuse planète géante Jupiter et ses multiples lunes. Encore deux fois plus loin, à près de 9,5 au, on rencontre la sublime planète Saturne, avec ses magnifiques anneaux; elle est entourée de ses 62 lunes.

Photon sur Jupiter

Encore deux autres fois plus loin, à un peu plus de 19 au, la planète Uranus se découvre. Ensuite, on doit atteindre 30 au (30 fois plus loin du Soleil que la Terre) pour être au niveau de la dernière planète du système solaire, soit la planète Neptune.

Il faut signaler qu’il y a de plus en plus de planètes détectées près d’autres étoiles lointaines. Leur distance ne se compte plus en unités astronomique, mais bien en années-lumière, ce qui est énormément plus loin que les planètes du système solaire mentionnées jusqu’ici.

Pour vous faire une bonne idée de la grandeur de notre système solaire, je suggère de regarder la superbe vidéo «To Scale: The Solar System» ci-contre. C’est un modèle à l’échelle, avec la Terre mesurant 1,4 centimètre, monté par Wylie Overstreet et Alex Gorosh dans le désert.

Le Soleil étant la plus grande étoile, comment comparer sa grandeur avec celle d’une autre étoile dans le ciel?

ATTENTION! Il ne faut jamais regarder le Soleil directement; c’est dangereux pour les yeux!

Chère Catalina, le Soleil n’est pas la plus grosse étoile du ciel; plutôt, il parait gros parce qu’il est tout près de nous. C’est aussi lui qui éclaire nos jours de sa lumière, et la Lune le soir venu. Mais si le Soleil était une étoile du ciel assez loin de nous, il serait difficile à distinguer dans le ciel nocturne, puisque ça sa luminosité n’est pas très importante.

VV CepheiSi on compare le Soleil aux autres étoiles du ciel, on se rend compte qu’il est une petite étoile normale d’une taille assez faible. Pour comparer, il y a des étoiles très grandes; l’étoile nommée VV Cephei A est environ 1000 fois plus grande que le Soleil! C’est une des plus grosses étoiles connues — en terme de volume, et non pas de masse —; le Soleil serait comme un petit point s’il était tout près d’elle, comme le montre la figure ci-contre (adaptée de Wikipédia).

Dimensions comparéesL’image ci-contre illustre la taille de certaines étoiles par rapport au Soleil. Le plus grand cercle représente l’étoile Antarès, une supergéante rouge de la constellation du Scorpion. Le suivant représente l’étoile Rigel, une étoile supergéante bleue de la constellation d’Orion. Enfin, le petit point en haut à droite représente le Soleil.

Comparaison de tailles d’étoilesIl faut dire qu’il semble y avoir beaucoup plus de petites étoiles que le Soleil, et beaucoup moins de plus grosses. Les plus petites étoiles connues seraient d’une taille à peine plus grosse que celle de la planète Jupiter; il s’agit d’étoiles naines rouges et d’étoiles naines brunes. Comme exemple, citons l’étoile naine rouge OGLE‑TR‑122b (lien en anglais), qui a une taille à peine 20 % plus grande que celle de la planète Jupiter — mais elle a une masse beaucoup plus grande que celle de Jupiter.

Commentaire sur les questions de Catalina

par Geneviève Dufresne

Question 1 : Quelle découverte! Nous croyions que les planètes étaient éloignées, mais jamais à ce point! Il est difficile d’imaginer ce que les astronautes qui ont pu voir notre planète de l’espace ont pu ressentir. Quelle chance! En faisant quelques recherches, j’ai trouvé un lien interactif qui nous fait découvrir le système solaire, de même qu’une représentation très artistique et non réaliste d’un panorama du système solaire à 360 degrés.

Question 2 : Alors le Soleil est plutôt petit! Toutes ces informations sont incroyablement intéressantes. Juste de penser comment cet Univers est vaste fait fourmiller mon imagination de questionnement… Ce Soleil qui nous réchauffe est tellement immense à mes yeux, mais pourtant pas le plus grand… Nous avons tant encore à découvrir!

Références et lectures additionnelles

SÉGUIN, Marc et Benoît VILLENEUVE. Astronomie & Astrophysique. Saint-Laurent, Éditions du Renouveau Pédagogique, inc., 1995, 550 p., ISBN 2‑7613‑0929‑4.

ST‑ONGE, Gilbert et Lorraine MORIN. CDADFS, La page pour les jeunes.



 

 

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