Cette étoile est à X années-lumière, cette galaxie à X millions d'années-lumière. Mais comment les astronomes le savent-ils?
Je suis perpétuellement dans un état où je parle d'objets qui sont incroyablement loin. Nos cerveaux peuvent comprendre les distances qui nous entourent, en quelque sorte, surtout quand nous avons une pile d'outils pour nous aider. Nous pouvons mesurer notre taille avec un ruban à mesurer, ou la distance le long du sol à l'aide d'un odomètre. Nous pouvons avoir une idée de la distance de 100 kilomètres, car nous pouvons la conduire en très peu de temps.
Mais l'espace est vraiment grand, et pour la plupart d'entre nous, notre cerveau ne peut pas comprendre la pleine grandeur du cosmos, sans parler de le mesurer. Alors, comment les astronomes déterminent-ils à quelle distance tout est? Comment savent-ils à quelle distance se trouvent les planètes, les étoiles, les galaxies et même le bord de l'Univers observable? En supposant que tout est de la supercherie? Vous êtes en marche.
Les astronomes ont un sac de trucs et de techniques remarquablement intelligents pour mesurer la distance dans l'Univers. Pour eux, des distances différentes nécessitent des méthodologies différentes. De près, ils utilisent la trigonométrie, en utilisant des différences d'angles pour décrypter les distances. Ils utilisent également une variété de bougies standard, ce sont des objets brillants qui génèrent une quantité constante de lumière, de sorte que vous pouvez dire à quelle distance ils sont. Aux distances les plus éloignées, les astronomes utilisent l'expansion de l'espace elle-même pour détecter les distances.
Heureusement, chacune de ces méthodes se chevauchent. Vous pouvez donc utiliser la trigonométrie pour tester les bougies standard les plus proches. Et vous pouvez utiliser les bougies standard les plus éloignées pour vérifier les plus gros outils. Autour de notre système solaire et dans notre voisinage de la galaxie, les astronomes utilisent la trigonométrie pour découvrir la distance aux objets.
Ils mesurent l'emplacement d'une étoile dans le ciel à un moment de l'année, puis mesurent à nouveau 6 mois plus tard lorsque la Terre se trouve de l'autre côté du système solaire. L'étoile se sera déplacée d'une petite quantité dans le ciel, connue sous le nom de parallaxe. Parce que nous connaissons la distance d'un côté de l'orbite de la Terre à l'autre, nous pouvons calculer les angles et calculer la distance jusqu'à l'étoile.
Je suis sûr que vous pouvez repérer le défaut, cette méthode s'effondre lorsque la distance est si grande que l'étoile ne semble pas bouger du tout. Heureusement, les astronomes optent pour une méthode différente, observant une bougie standard connue sous le nom de variable Céphéide. Ces céphéides sont des étoiles spéciales qui s'assombrissent et s'illuminent selon un motif connu. Si vous pouvez mesurer la vitesse à laquelle un céphéide émet des impulsions, vous pouvez calculer sa véritable luminosité, et donc sa distance.
Les céphéides vous permettent de mesurer les distances aux galaxies proches. Au-delà de quelques dizaines de mégaparsèques, vous avez besoin d'un autre outil: les supernovae. Dans un type très particulier de système d'étoiles binaires, une étoile meurt et devient une naine blanche, tandis que l'autre étoile continue de vivre. La naine blanche commence à nourrir la matière de l'étoile partenaire jusqu'à ce qu'elle frappe exactement 1,4 fois la masse du Soleil. À ce stade, elle explose en tant que supernova de type 1A, générant une explosion qui peut être vue à mi-chemin à travers l'Univers. Parce que ces étoiles explosent toujours avec exactement la même quantité de matière, nous pouvons détecter leur distance et donc leur luminosité absolue.
Aux plus grandes échelles, les astronomes utilisent la constante de Hubble. C'est la découverte par Edwin Hubble que l'Univers s'étend dans toutes les directions. Plus vous regardez loin, plus vite les galaxies s'éloignent de nous. En mesurant le décalage vers le rouge de la lumière d'une galaxie, vous pouvez dire à quelle vitesse elle s'éloigne de nous, et donc sa distance approximative. À la toute fin de cette échelle se trouve le rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques, le bord de l'univers observable et la limite de la distance que nous pouvons voir.
Les astronomes sont toujours à la recherche de nouveaux types de bougies standard et ont découvert toutes sortes de façons intelligentes de mesurer la distance. Ils mesurent le regroupement des galaxies, les faisceaux de rayonnement micro-ondes des étoiles et la surface des étoiles géantes rouges - le tout dans l'espoir de vérifier l'échelle de distance cosmique. La mesure de la distance a été l'un des problèmes les plus difficiles à résoudre pour les astronomes et leurs solutions ont été absolument ingénieuses. Grâce à eux, nous pouvons avoir une idée de l'échelle du cosmos qui nous entoure.
Quel concept en astronomie avez-vous le plus de mal à retenir dans votre cerveau? Dites-nous, dans les commentaires ci-dessous.
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