Une année-lumière, c'est combien ? Les distances du cosmos à taille humaine
Près de 9 500 milliards de kilomètres : le chiffre ne dit rien à personne. Une maquette, quelques temps de trajet de la lumière et la sonde Voyager 1 permettent de mieux sentir la distance qui nous sépare d'Alpha du Centaure.
L'année-lumière a un nom trompeur : ce n'est pas une durée, mais une distance. C'est le chemin que parcourt la lumière dans le vide pendant une année, soit près de 9 460 milliards de kilomètres. Le chiffre est exact, mais il échappe à l'imagination. Pour le rendre tangible, rien ne vaut une maquette, quelques temps de trajet et un voyageur bien réel : la sonde Voyager 1.
D'où vient ce chiffre
La lumière file à 299 792 458 mètres par seconde dans le vide. Les astronomes multiplient cette vitesse par une année dite julienne, de 365,25 jours exactement. Le produit donne 9 460 730 472 580,8 km : c'est la définition retenue par l'Union astronomique internationale.
À côté de l'année-lumière, deux autres unités servent couramment. L'unité astronomique (ua), distance moyenne de la Terre au Soleil, vaut environ 150 millions de kilomètres ; une année-lumière en contient un peu plus de 63 000. Le parsec, préféré des professionnels, vaut 3,26 années-lumière.
L'année-lumière a un avantage : elle dit aussi combien de temps un message met à nous parvenir. Selon la NASA, la lumière met 1,3 seconde à venir de la Lune, 8 minutes et 20 secondes à venir du Soleil, et un peu plus de 4 heures à venir de Neptune. Alpha du Centaure est à 4,37 années-lumière : ce que l'on en voit ce soir est parti il y a plus de quatre ans. La galaxie d'Andromède, à environ 2,5 millions d'années-lumière, nous montre une image plus ancienne que l'espèce humaine.
Une maquette à l'échelle d'un pays
Réduisons tout de sorte que la distance Terre–Soleil mesure un mètre. Le Soleil devient une bille de 9 millimètres, à peine plus grosse qu'un petit pois. La Terre, un grain de poussière de moins d'un dixième de millimètre, tourne à un mètre de lui. Neptune, la dernière planète, se trouve à 30 mètres : tout le système planétaire tient dans un gymnase.
Et Alpha du Centaure ? À cette échelle, ses deux soleils sont à environ 276 kilomètres, un peu plus que la distance à vol d'oiseau entre Paris et Bruxelles. Entre le gymnase et Bruxelles, il n'y a presque rien : un gaz extrêmement ténu, quelques grains de poussière, et les comètes lointaines du nuage de Oort.
Poussons la maquette plus loin. La Voie lactée, qui mesure environ 100 000 années-lumière, s'étendrait sur plus de 6 millions de kilomètres, seize fois la distance réelle de la Terre à la Lune. La galaxie d'Andromède serait à peu près à la distance réelle du Soleil.
Voyager 1, à un jour-lumière
Lancée le 5 septembre 1977, Voyager 1 est l'objet humain le plus lointain. Selon la NASA, elle file à environ 61 000 km/h et franchira le 18 novembre 2026 une distance symbolique : un jour-lumière, soit environ 25,9 milliards de kilomètres. Il lui aura fallu 49 ans, 2 mois et 11 jours. Un signal radio envoyé depuis la Terre mettra alors 24 heures à l'atteindre, et sa réponse autant pour revenir.
Dans notre maquette, Voyager 1 est à 173 mètres du Soleil, sortie du gymnase mais encore au bout de la rue. À sa vitesse, une seule année-lumière demanderait plus de 17 000 ans, et Alpha du Centaure plus de 70 000.
C'est depuis cette périphérie que la sonde a pris, le 14 février 1990, à environ 6 milliards de kilomètres, le « point bleu pâle » : une Terre réduite à un pixel dans un rayon de soleil. La lumière qu'elle captait avait quitté la Terre un peu plus de cinq heures plus tôt.
Et sur Terre ?
Mesurer le temps de trajet de la lumière n'est pas un exercice d'astronome. C'est le principe du GPS : un récepteur calcule sa position à partir du temps mis par les signaux des satellites. Une erreur d'une microseconde sur l'horloge décale la position d'environ 300 mètres ; d'où la nécessité d'horloges d'une extrême précision.
Les délais de transmission posent aussi des problèmes très concrets. Un échange avec une sonde lointaine doit tolérer des heures, puis des jours de retard. Les réseaux qui « stockent et retransmettent » les données pour cette raison servent déjà à relier, par des relais intermittents, des villages isolés ou des navires (voir la marche H-LNK-08). Et l'instrumentation conçue pour durer des décennies au-delà de l'héliopause, à la manière des Voyager, affine dès aujourd'hui les modèles de rayonnement cosmique (voir la marche A-SPC-03).
Une distance à apprivoiser
Voyager 2 devrait à son tour atteindre un jour-lumière vers 2035. Il en faudrait un peu plus de 1 500 pour arriver à Alpha du Centaure. Ce rapport, à lui seul, résume le défi : franchir une telle distance en une vie humaine suppose des vitesses mille fois supérieures à celles des sondes actuelles, et des moyens de communiquer à travers plus de quatre années de silence.