Qu’est-ce qu’une unité astronomique?

Lorsqu’il s’agit de traiter du cosmos, nous, les humains, aimons formuler les choses en termes familiers. Lorsque nous examinons des exoplanètes, nous les classons en fonction de leurs similitudes avec les planètes de notre propre système solaire – c’est-à-dire terrestres, géantes gazeuses, de la taille de la Terre, de Jupiter, de Neptune, etc. Et lorsque nous mesurons les distances astronomiques, nous faisons à peu près la même chose.

Par exemple, l’un des moyens les plus couramment utilisés pour mesurer les distances dans l’espace est connu sous le nom d’unité astronomique (UA). Basée sur la distance entre la Terre et le Soleil, cette unité permet aux astronomes de caractériser les vastes distances entre les planètes solaires et le Soleil, et entre les planètes extra-solaires et leurs étoiles.

Définition:

Selon la convention astronomique actuelle, une seule unité astronomique équivaut à 149 597 870,7 kilomètres (ou 92 955 807 miles). Il s’agit toutefois de la distance moyenne entre la Terre et le Soleil, car cette distance est sujette à des variations pendant la période orbitale de la Terre. En d’autres termes, la distance entre la Terre et le Soleil varie au cours d’une seule année.

Au cours d’une année, la Terre passe d’une distance de 147 095 000 km (91 401 000 mi) du Soleil au périhélie (son point le plus proche) à 152 100 000 km (94 500 000 mi) à l’aphélie (son point le plus éloigné) – ou d’une distance de 0.983 UA à 1,016 UA.

Histoire du développement:

Le plus ancien exemple enregistré d’astronomes estimant la distance entre la Terre et le Soleil remonte à l’Antiquité classique. Dans l’ouvrage du 3e siècle avant Jésus-Christ, Sur les tailles et les distances du Soleil et de la Lune – qui est attribué au mathématicien grec Aristarque de Samos – la distance a été estimée à entre 18 et 20 fois la distance entre la Terre et la Lune.

Toutefois, son contemporain Archimède, dans son ouvrage Sandreckoner du 3e siècle avant Jésus-Christ, a également affirmé qu’Aristarque de Samos a placé la distance de 10 000 fois le rayon de la Terre. Selon les valeurs de l’un ou l’autre ensemble d’estimations, Aristarque s’est trompé d’un facteur d’environ 2 (dans le cas du rayon de la Terre) à 20 (la distance entre la Terre et la Lune).

Le plus ancien texte mathématique chinois – le traité du 1er siècle avant notre ère connu sous le nom de Zhoubi Suanjing – contient également une estimation de la distance entre la Terre et le Soleil. Selon ce traité anonyme, la distance pouvait être calculée en effectuant des mesures géométriques de la longueur des ombres créées à midi par des objets espacés à des distances spécifiques. Cependant, les calculs reposaient sur l’idée que la Terre était plate.

Le célèbre mathématicien et astronome du IIe siècle de notre ère, Ptolémée, s’est appuyé sur des calculs trigonométriques pour parvenir à une estimation de la distance équivalente à 1210 fois le rayon de la Terre. En utilisant des enregistrements d’éclipses lunaires, il a estimé le diamètre apparent de la Lune, ainsi que le diamètre apparent du cône d’ombre de la Terre traversé par la Lune pendant une éclipse lunaire.

Utilisant la parallaxe de la Lune, il a également calculé les tailles apparentes du Soleil et de la Lune et a conclu que le diamètre du Soleil était égal au diamètre de la Lune lorsque cette dernière était à sa plus grande distance de la Terre. De là, Ptolémée est arrivé à un rapport de la distance solaire à la distance lunaire d’environ 19 à 1, le même chiffre dérivé par Aristarque.

Pendant les mille années suivantes, les estimations de Ptolémée de la distance Terre-Soleil (un peu comme la plupart de ses enseignements astronomiques) resteront canon parmi les astronomes européens et islamiques médiévaux. Ce n’est qu’au 17e siècle que les astronomes ont commencé à reconsidérer et à réviser ses calculs.

Cela a été rendu possible grâce à l’invention du télescope, ainsi qu’aux trois lois du mouvement planétaire de Kepler, qui ont aidé les astronomes à calculer les distances relatives entre les planètes et le Soleil avec une plus grande précision. En mesurant la distance entre la Terre et les autres planètes solaires, les astronomes ont pu effectuer des mesures de parallaxe pour obtenir des valeurs plus précises.

Au 19e siècle, les déterminations d’environ la vitesse de la lumière et de la constante de l’aberration de la lumière ont permis la première mesure directe de la distance Terre-Soleil en kilomètres. En 1903, le terme « unité astronomique » est utilisé pour la première fois. Et tout au long du 20e siècle, les mesures sont devenues de plus en plus précises et sophistiquées, grâce notamment à l’observation précise des effets de la théorie de la relativité d’Einstein.

Utilisation moderne:

Dans les années 1960, le développement des mesures radar directes, de la télémétrie et l’exploration du système solaire avec des sondes spatiales ont permis de mesurer précisément la position des planètes internes et d’autres objets. En 1976, l’Union astronomique internationale (UAI) a adopté une nouvelle définition lors de sa 16e assemblée générale. Faisant partie de leur système de constantes astronomiques, la nouvelle définition stipulait :

« L’unité astronomique de longueur est la longueur (A) pour laquelle la constante gravitationnelle de Gauss (k) prend la valeur 0,01720209895 lorsque les unités de mesure sont les unités astronomiques de longueur, de masse et de temps. Les dimensions de k² sont celles de la constante de gravitation (G), c’est-à-dire L³M-1T-2. Le terme « unité de distance » est également utilisé pour la longueur A. »

En réponse au développement des mesures hyper-précises, le Comité international des poids et mesures (CIPM) a décidé de modifier le Système international d’unités (SI) en 1983. En cohérence avec cela, ils ont redéfini le mètre pour qu’il soit mesuré en termes de vitesse de la lumière dans le vide.

Cependant, en 2012, l’UAI a déterminé que l’égalisation de la relativité rendait la mesure des UA trop complexe, et a redéfini l’unité astronomique en termes de mètres. Conformément à cela, une seule UA est égale à 149597870,7 km exactement (92,955807 millions de miles), 499 secondes-lumière, 4,8481368×10-6 d’un parsec, ou 15,812507×10-6 d’une année-lumière.

Aujourd’hui, l’UA est utilisée couramment pour mesurer les distances et créer des modèles numériques pour le système solaire. Elle est également utilisée pour mesurer les systèmes extra-solaires, calculer l’étendue des nuages protoplanétaires ou la distance entre les planètes extra-solaires et leur étoile mère. Lors de la mesure des distances interstellaires, les UA sont trop petites pour offrir des mesures pratiques. En tant que telles, d’autres unités – telles que le parsec et l’année-lumière – sont utilisées.

L’Univers est un endroit énorme, et la mesure même de notre petit coin de celui-ci produit des résultats stupéfiants. Mais comme toujours, nous préférons les exprimer de manière aussi relatable et familière.

Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur les distances dans le système solaire ici à Universe Today. Voici À quelle distance se trouvent les planètes du Soleil ?, À quelle distance se trouve Mercure du Soleil ?, À quelle distance se trouve Vénus du Soleil ?, À quelle distance se trouve la Terre du Soleil ?, À quelle distance se trouve Mars du Soleil ?, À quelle distance se trouve Jupiter du Soleil ?, À quelle distance se trouve Saturne du Soleil ?, À quelle distance se trouve Uranus du Soleil ? A quelle distance est Neptune du Soleil ?, A quelle distance est Pluton du Soleil ?

Si vous souhaitez plus d’informations sur l’orbite de la Terre, consultez la page de la NASA sur l’exploration du système solaire.

Nous avons également enregistré un épisode d’Astronomy Cast consacré à la mesure des distances en astronomie. Écoutez ici, l’épisode 10 : Mesurer les distances dans l’univers.