Le système solaire, composé du Soleil et des astres qui lui tournent autour, appartient à la galaxie nommée « Voie lactée ». L'Univers est composé d'un très grand nombre de galaxies. Au sein du système solaire, on exprime les distances en unité astronomique et, au-delà, on utilise plutôt l'année-lumière. Plus un astre est lointain, plus la lumière qu'il émet met du temps à parvenir jusqu'à la Terre. Nous le voyons donc dans le passé.
Le système solaire
Le système solaire regroupe le Soleil et les astres qui lui tournent autour. L'unité astronomique est l'unité adaptée pour exprimer des distances au sein du système solaire.
La structure du système solaire
La Terre est une des huit planètes du système solaire. Ce dernier regroupe le Soleil et tous les astres qui lui tournent autour.
Système solaire
Le système solaire est l'ensemble composé par le Soleil et les astres qui lui tournent autour, notamment les huit planètes. Les huit planètes du système solaire, de la plus proche du Soleil à la plus éloignée, sont : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.
L'unité astronomique
Pour exprimer les distances au sein du système solaire, l'unité astronomique est une unité plus adaptée que les multiples du mètre.
Unité astronomique
L'unité astronomique (ua) est la distance moyenne qui sépare la Terre du Soleil :
1 \text{ ua} = 1{,}50.10^{11} \text{ m}
La distance moyenne qui sépare Jupiter du Soleil est de 780 millions de kilomètres.
Soit :
d = 780.10^6 \text{ km}
Ce qui donne en mètres :
d = 780.10^6.10^3 = 780.10^9 \text{ m}
On peut convertir cette distance en unité astronomique :
d = \dfrac{780.10^9 }{1{,}50.10^{11}}
d = 5{,}20 \text{ ua}
L'Univers
L'année-lumière est l'une des unités adaptées pour exprimer des distances au sein de l'Univers. Les galaxies sont des grands groupes d'étoiles. La galaxie à laquelle appartient le Soleil est la Voie lactée. L'Univers est composé de nombreuses galaxies. On voit les astres tels qu'ils étaient dans le passé, car leur lumière voyage longtemps avant de nous parvenir.
L'année-lumière
Pour exprimer les distances au sein de l'Univers, l'année-lumière est une unité plus adaptée que les multiples du mètre ou de l'unité astronomique.
Année-lumière
L'année-lumière (a.l.) est la distance que parcourt la lumière dans le vide en une année :
1 \text{ a.l.} = 9{,}46.10^{15} \text{ m}
Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche de notre système solaire, est située à une distance de d = 3{,}99 \times 10^{16} \text{ m} . On peut convertir cette distance en années-lumière :
d = \dfrac{3{,}99.10^{16}}{9{,}46.10^{15}}
d = 4{,}22 \text{ a.l.}
Pour calculer la valeur d'une année-lumière en mètres, on utilise la relation suivante :
1 \text{ a.l.} = c_{\text{(m.s}{-1})} \times \Delta t_{\text{1 an (s)}}
La vitesse de la lumière étant exprimée en mètres par seconde, il faut exprimer la durée d'une année en secondes. Une année étant composée de 365 jours de 24 heures durant chacune 3 600 secondes, on a :
\Delta t_{\text{1 an (s)}} = 365 \times 24 \times 3 \ 600
La longueur correspondant à une année-lumière est donc :
1 \text{ a.l.} = 3{,}00 \times 10^8 \times 365 \times 24 \times 3\ 600
On obtient la valeur d'une année-lumière en mètres :
1 \text{ a.l.} = 9{,}46 \times 10^{15} \text{ m}
Malgré son nom d'« année-lumière », il s'agit bien d'une distance et non d'une durée.
La structure de l'Univers
Le Soleil est une des étoiles qui composent notre galaxie, nommée « Voie lactée ».
Galaxie
Une galaxie est un immense groupe d'étoiles et de poussières maintenues par l'attraction gravitationnelle.
Sur cette photo de la galaxie NGC 4414, chaque point blanc est une étoile.
Le système solaire appartient à la Voie lactée, notre galaxie. Celle-ci est une spirale et le Soleil est situé à l'extrémité d'un de ses bras.
L'Univers est composé d'un très grand nombre de galaxies similaires à la Voie lactée.
Il y aurait entre 100 et 200 milliards de galaxies dans l'Univers.
L'Univers connu, c'est-à-dire observable par nos instruments, s'étend sur 13,7 milliards d'années-lumière, soit environ 1026 m. Ainsi, l'homme se trouve quelque part entre l'infiniment petit et l'infiniment grand.
Voir dans le passé
La lumière émise par les astres lointains met beaucoup de temps à nous parvenir. On voit ces astres tels qu'ils étaient dans le passé.
Plus un astre est éloigné, plus la lumière qui en provient a voyagé longtemps avant de nous parvenir : nous le voyons tel qu'il était au moment où la lumière a été émise, c'est-à-dire dans le passé. L'expression « voir loin, c'est voir dans le passé » résume ce phénomène.
L'étoile Proxima du Centaure étant distante de 4,22 a.l., la lumière qu'elle émet a mis plus de quatre années à nous parvenir et nous la voyons telle qu'elle était il y a plus de quatre ans.