À quelle distance est le soleil? Il semble que l'on puisse difficilement poser une question plus simple. Pourtant, cette même enquête a tourmenté les astronomes pendant plus de deux mille ans.
C’est certainement une question d’une importance presque inégalée, éclipsée dans l’histoire peut-être uniquement par la recherche de la taille et de la masse de la Terre. Connu aujourd'hui sous le nom de unité astronomique, la distance sert de référence au sein du système solaire et de référence pour mesurer toutes les distances dans l'Univers.
Les penseurs de la Grèce antique ont été parmi les premiers à essayer de construire un modèle complet du cosmos. Avec rien d'autre que des observations à l'œil nu, quelques choses pourraient être résolues. La Lune apparaissait grand dans le ciel, donc c'était probablement assez proche. Les éclipses solaires ont révélé que la Lune et le Soleil avaient presque exactement la même taille angulaire, mais le Soleil était tellement plus brillant qu'il était peut-être plus grand mais plus éloigné (cette coïncidence concernant la taille apparente du Soleil et de la Lune a été d'une importance presque indescriptible dans faire progresser l'astronomie). Les autres planètes ne semblaient pas plus grandes que les étoiles, mais semblaient se déplacer plus rapidement; ils étaient probablement à une distance intermédiaire. Mais, pourrions-nous faire mieux que ces descriptions vagues? Avec l'invention de la géométrie, la réponse est devenue un oui retentissant.
La première distance à mesurer avec précision était celle de la Lune. Au milieu du IIe siècle avant notre ère, l'astronome grec Hipparque a été le premier à utiliser une méthode connue sous le nom de parallaxe. L'idée de parallaxe est simple: lorsque les objets sont observés sous deux angles différents, les objets les plus proches semblent se déplacer plus que les autres. Vous pouvez le démontrer facilement par vous-même en tenant un doigt à bout de bras et en fermant un œil puis l'autre. Remarquez comment votre doigt bouge plus que les choses en arrière-plan? C’est la parallaxe! En observant la Lune de deux villes à une distance connue, Hipparchus a utilisé un peu de géométrie pour calculer sa distance à moins de 7% de la valeur moderne d'aujourd'hui - pas mal!
Avec la distance de la Lune connue, le décor a été préparé pour qu’un autre astronome grec, Aristarque, prenne le premier coup pour déterminer la distance entre la Terre et le Soleil. Aristarque s'est rendu compte que lorsque la Lune était exactement à moitié illuminée, elle formait un triangle rectangle avec la Terre et le Soleil. Connaissant maintenant la distance entre la Terre et la Lune, tout ce dont il avait besoin était l'angle entre la Lune et le Soleil en ce moment pour calculer la distance du Soleil lui-même. C'était un raisonnement brillant miné par des observations insuffisantes. N'ayant que ses yeux pour continuer, Aristarque a estimé cet angle à 87 degrés, pas très loin de la vraie valeur de 89,83 degrés. Mais lorsque les distances impliquées sont énormes, de petites erreurs peuvent être rapidement agrandies. Son résultat a été divisé par plus d'un millier.
Au cours des deux mille prochaines années, de meilleures observations appliquées à la méthode d'Aristarque nous ramèneraient à 3 ou 4 fois la valeur réelle. Alors, comment pourrions-nous encore améliorer cela? Il n'y avait encore qu'une seule méthode de mesure directe de la distance et c'était la parallaxe. Mais, trouver la parallaxe du Soleil était beaucoup plus difficile que celle de la Lune. Après tout, le Soleil est essentiellement dépourvu de caractéristiques et son incroyable luminosité efface toute vue que nous pourrions avoir des étoiles qui se cachent derrière. Que pourrions-nous faire?
Au dix-huitième siècle, cependant, notre compréhension du monde avait considérablement progressé. Le domaine de la physique en était à ses balbutiements et il a fourni un indice critique. Johannes Kepler et Isaac Newton avaient montré que les distances entre les planètes étaient toutes liées; trouvez-en un et vous les connaissez tous. Mais serait-il plus facile à trouver que celui de la Terre? Il s'avère que la réponse est oui. Quelquefois. Si tu es chanceux.
La clé est le transit de Vénus. Lors d'un transit, la planète traverse le Soleil vue de la Terre. De différents endroits, Vénus semblera traverser des parties plus ou moins grandes du Soleil. En chronométrant combien de temps ces traversées prennent, James Gregory et Edmond Halley ont réalisé que la distance à Vénus (et donc au Soleil) pourrait être déterminée (Intéressé par le détail de la façon dont cela est fait? La NASA a une très belle explication disponible ici.) . C'est le moment où je dis habituellement quelque chose comme: Semble assez simple, non? Il n'y a qu'une seule prise… Mais peut-être que cela n'a jamais été aussi faux. Les chances étaient si élevées contre le succès que cela témoigne vraiment de l’importance de cette mesure que quiconque a même tenté de le faire.
Tout d'abord, les transits de Vénus sont extrêmement rares. Comme rare une fois dans sa vie (bien qu'ils viennent par paires). Au moment où Halley s'est rendu compte que cette méthode fonctionnerait, il savait qu'il était trop vieux pour avoir une chance de le terminer lui-même. Ainsi, dans l'espoir qu'une génération future entreprendrait la tâche, il a rédigé des instructions spécifiques sur la façon dont les observations doivent être effectuées. Pour que le résultat final ait la précision souhaitée, le moment du transit devait être mesuré à la seconde près. Afin d'avoir une grande séparation dans la distance, les sites d'observation devraient être situés aux confins de la Terre. Et, afin de garantir que le temps nuageux ne gâche pas les chances de succès, des observateurs seront nécessaires partout dans le monde. Parlez d'une grande entreprise à une époque où les voyages transcontinentaux pouvaient prendre des années.
Malgré ces défis, les astronomes de France et d'Angleterre décidèrent de collecter les données nécessaires lors du transit de 1761. À ce moment-là, cependant, la situation était encore pire: l'Angleterre et la France étaient impliquées dans la guerre de Sept Ans. Les voyages par mer étaient presque impossibles. Néanmoins, l'effort a persisté. Bien que tous les observateurs n'aient pas réussi (les nuages en ont bloqué certains, les navires de guerre d'autres), lorsqu'ils ont été combinés avec les données recueillies lors d'un autre transit huit ans plus tard, l'entreprise a été un succès. L'astronome français Jerome Lalande a collecté toutes les données et calculé la première distance précise au Soleil: 153 millions de kilomètres, soit à 3% près de la valeur réelle!
Une brève mise de côté: le nombre dont nous parlons ici est appelé la Terre demi-grand axe, ce qui signifie que c'est la distance moyenne entre la Terre et le Soleil. Parce que l'orbite de la Terre n'est pas parfaitement ronde, nous nous rapprochons et nous éloignons d'environ 3% au cours d'une année. De plus, comme beaucoup de chiffres dans la science moderne, la définition formelle de l'unité astronomique a été légèrement modifiée. En 2012, 1 UA = 149 597 870 700 mètres exactement, que nous trouvions que l’axe semi-majeur de la Terre soit légèrement différent à l’avenir.
Depuis les observations révolutionnaires faites pendant le transit de Vénus, nous avons affiné considérablement notre connaissance de la distance Terre-Soleil. Nous l'avons également utilisé pour mieux comprendre l'immensité de l'Univers. Une fois que nous avons connu la taille de l'orbite de la Terre, nous pourrions utiliser la parallaxe pour mesurer la distance aux autres étoiles en faisant des observations espacées de six mois (lorsque la Terre a voyagé de l'autre côté du Soleil, une distance de 2 UA!) . Cela a révélé un cosmos qui s'étendait sans fin et conduirait finalement à la découverte que notre univers a des milliards d'années. Pas mal pour poser une question simple!
