À gauche brille une étoile, et d’elle s’éloignent l’une après l’autre des ondes colorées — rose, cyan, violette —, chacune avec son propre retard, si bien que les cercles ne coïncident jamais. Au-dessus couvent deux nébuleuses qui changent lentement de contour, et tout autour scintillent des étoiles dont les périodes ont été choisies incommensurables. Sur l’échelle du bas, un repère cyan part de l’étoile et atteint exactement la graduation d’une année-lumière, où l’attend un trait rose : c’est la mesure elle-même — le chemin de la lumière en un an, reporté sur une règle. Les lettres au centre sont les mêmes dans toutes les langues ; le nom dans chaque langue figure sous la plaque.
Unité hors SI · astronomie · longueur
Année-lumière, ly
Une règle dont les graduations sont tracées par la lumière
Unité de longueur · chemin de la lumière dans le vide en une année julienne · 9 460 730 472 580 800 m
Le mot n’a pas été forgé par des astronomes mais par des vulgarisateurs, et les professionnels firent d’abord la moue : il leur semblait absurde de mesurer une distance par un temps, et par une année de surcroît, que chaque calendrier compte à sa façon. La clarté l’a pourtant emporté, car la phrase « la lumière met quatre ans pour atteindre l’étoile la plus proche » est comprise de quiconque a déjà attendu une lettre, alors qu’un nombre en millions de millions de kilomètres ne dit rien à l’imagination.
L’intérêt de cette unité est qu’avec la distance elle indique l’âge de l’image. En regardant Proxima, nous la voyons telle qu’elle était il y a quatre ans et quart, et en regardant la nébuleuse d’Andromède — telle qu’elle était lorsqu’aucun être humain de type moderne n’était encore apparu sur Terre. En ce sens, un télescope est moins une loupe qu’une machine à montrer le passé, et il montre différentes régions du ciel à différentes époques à la fois.
La valeur exacte de l’unité ne provient pas d’une mesure mais de deux conventions : la vitesse de la lumière dans le vide est fixée comme un nombre exact de mètres par seconde, et l’année retenue à cette fin est l’année julienne, exactement trente et un millions cinq cent cinquante-sept mille six cents secondes. Multipliez l’une par l’autre et vous obtenez la longueur de l’année-lumière jusqu’au dernier chiffre, sans aucune incertitude. L’incertitude apparaît ensuite, quand on applique cette règle au ciel réel.
Le symbole international est formé de deux lettres latines minuscules, ly, sans points ni espace entre elles ; en français on écrit « année-lumière » ou l’on abrège en « al », mais dans les tableaux et les légendes de graphiques on met justement ly, car ainsi la légende se lit dans n’importe quel pays. Les multiples se forment avec les préfixes habituels : kly, Mly, Gly — mille, un million et un milliard d’années-lumière.
L’année-lumière est une distance, et la présence du mot « année » n’y change rien : dire « nous avons volé douze années-lumière durant » est aussi absurde que « nous avons marché douze kilomètres à l’heure durant ». Il ne faut pas non plus la confondre avec le parsec, qui vaut un peu plus de trois années-lumière un quart, ni avec l’année comme durée : la définition retient l’année julienne d’exactement trois cent soixante-cinq jours et quart, non l’année tropique ni l’année civile.
01 · Définition
chemin de la lumière en un an · âge de l’image · durée du voyage pour un vaisseauL’année-lumière est la distance que parcourt la lumière dans le vide en une année julienne, c’est-à-dire en trois cent soixante-cinq jours et quart de quatre-vingt-six mille quatre cents secondes chacun. La définition contient deux grandeurs, toutes deux fixées exactement, et leur produit est donc exact lui aussi : il n’y a ici ni étalon, ni mesure, ni correction — seulement la multiplication de deux nombres adoptés par convention.
Les mots « dans le vide » ne sont pas un ornement. Dans l’air, dans le verre et dans le gaz interstellaire, la lumière va plus lentement, et si l’on définissait l’unité par un rayon réel, sa longueur dépendrait de la région du ciel qu’il a traversée. Le vide astronomique est presque parfait, mais la correction due à la matière reste sensible pour les ondes radio, et c’est pourquoi la définition inscrit précisément la vitesse dans le vide.
La seconde subtilité tient à l’année retenue. L’année tropique est plus courte que l’année julienne d’environ onze minutes, l’année civile change sans cesse de longueur, et l’année sidérale est plus longue ; la différence se chiffre au bout du compte en millionièmes, ce qui n’est pas rien pour l’astronomie. L’Union astronomique internationale a choisi l’année julienne précisément pour sa constance : elle n’est liée ni à la rotation de la Terre ni à sa révolution autour du Soleil, et ne change donc pas avec le temps.
Enfin, la grandeur possède une propriété que n’ont ni le mètre ni le parsec : elle dit d’emblée combien nous sommes en retard. La distance en années-lumière est l’âge de l’image, et toute carte du ciel se révèle être une carte d’époques différentes, cousues en une seule image. C’est pour cette propriété que les professionnels tolèrent l’unité, bien que dans les articles ils préfèrent le parsec : il est dérivé d’un angle directement mesuré, et non du temps.
Qui nous voyons et qui nous pouvons atteindre
Dans la moitié supérieure de la scène brille un objet, et une onde en vient vers nous : tant qu’elle est en route, nous voyons non l’étoile mais son passé, et l’étiquette près de l’oculaire indique l’année où la lumière est partie. Le curseur de distance déplace l’objet du bord du Système solaire jusqu’aux galaxies voisines, et l’époque que nous observons change avec lui. Dans la moitié inférieure, un vaisseau vole vers le même objet, et il a deux horloges : la violette reste sur Terre, la rose tourne à bord. Le second curseur accélère le vaisseau, et plus il approche de la vitesse de la lumière, plus les indications divergent — jusqu’à ce qu’un trajet qui prend des siècles vu de la Terre se réduise à quelques années pour l’équipage. Remarquez que le vaisseau ne peut dépasser la lumière avec aucun réglage : le repère rose reste toujours derrière le cyan.
02 · Conversion
distances · lumière en route · vol à vitesse proche de la lumièreUne distance sous six formes
Le premier onglet convertit la distance saisie en d’autres unités — des parsecs et unités astronomiques jusqu’aux jours-lumière et aux kilomètres ordinaires. Le deuxième montre la lumière de quelles époques nous parvient d’objets connus. Le troisième calcule un vol : combien d’années il prendra à l’horloge de la Terre et combien à celle du vaisseau selon la vitesse.
Règle à retenir : un parsec vaut un peu plus de trois années-lumière, une année-lumière un peu plus de soixante-trois mille unités astronomiques, et la lumière du Soleil nous parvient en huit minutes et quelques.
L’unité elle-même est exacte, mais les distances qu’on exprime avec elle sont loin de l’être toujours : pour les étoiles voisines on les connaît à des fractions de pour cent près, pour les supergéantes brillantes avec une dispersion de plusieurs dizaines de pour cent, et pour les galaxies lointaines elles dépendent en outre du modèle d’expansion retenu. Un nombre d’années-lumière dans un ouvrage de référence porte presque toujours une incertitude que les légendes grand public omettent.
| Grandeur | Valeur | Remarque |
|---|---|---|
| {k} | {v} | {note} |
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04 · Instruments de mesure
télémétrie laser · satellite astrométrique · céphéide · supernovaUne échelle dont chaque barreau repose sur le précédent
Le seul cas où la règle est honnête
On tire aujourd’hui encore des impulsions laser sur les réflecteurs en coin laissés sur la Lune et l’on capte les photons qui reviennent, à raison d’un pour plusieurs tirs. La distance découle directement du temps de vol, c’est-à-dire qu’elle se mesure littéralement en secondes-lumière, et la précision atteint le centimètre. La méthode fonctionne dans le Système solaire — au-delà, personne ne peut installer de réflecteur, et la règle cède la place à une chaîne de procédés indirects.
L’oscillation à la place de la règle
Les étoiles les plus proches se mesurent géométriquement : en six mois, l’observateur, avec la Terre, se déplace de deux fois la distance au Soleil, et une étoile proche se décale un peu par rapport aux lointaines. L’angle de ce décalage vaut une fraction de seconde d’arc, et son inverse donne aussitôt la distance en parsecs, qu’on convertit ensuite en années-lumière. Un satellite astrométrique moderne a ainsi mesuré plus d’un milliard d’étoiles, repoussant l’horizon de la méthode directe à plusieurs milliers d’années-lumière.
Une étoile qui annonce elle-même son éclat
Les variables céphéides pulsent, et la période de leur pulsation est rigidement liée à leur luminosité vraie : en connaissant la période au chronomètre, l’astronome apprend combien l’étoile est brillante en réalité, et en comparant avec son éclat apparent, il obtient la distance. C’est ainsi que, dans les années vingt du siècle dernier, on découvrit que la nébuleuse d’Andromède se trouve bien au-delà de notre Galaxie, et la taille du monde fut multipliée du jour au lendemain.
Là où l’année-lumière cesse d’être commode
Aux grandes distances entrent en jeu les explosions de supernovae d’un type particulier, dont la luminosité est presque identique, et le décalage vers le rouge des raies du spectre. Mais ici l’unité commence à avoir des difficultés : pendant que la lumière voyageait, l’espace s’est dilaté, et la « distance » se scinde en plusieurs grandeurs différentes — le temps pendant lequel la lumière a volé, et l’éloignement actuel de l’objet. C’est pourquoi la cosmologie préfère parler de décalage vers le rouge et laisse les années-lumière aux légendes grand public.
05 · Règles d’écriture
ly sans points · préfixes de multiples · c’est une longueurL’année dans le nom, les mètres dans le fond
Presque toutes les erreurs avec cette unité viennent de son nom : le mot « année » entraîne le temps à sa suite, et dans le texte se glissent des tournures où l’on mesure la distance en heures et la vitesse en kilomètres.
La première écriture substitue une durée à la distance et n’a donc aucun sens, comme « douze kilogrammes de route ». La deuxième et la quatrième enfreignent la forme du symbole : deux minuscules, sans points ni espace. La troisième prend l’année civile au lieu de l’année julienne et modifie ainsi la valeur de l’unité au sixième chiffre. La cinquième confond distance et âge : la lumière a voyagé quatre ans, alors que l’étoile existe depuis des milliards d’années. La sixième est l’erreur originelle d’où naissent toutes les autres, et on la rencontre malheureusement jusque dans les légendes d’illustrations tout à fait sérieuses.
06 · Unités voisines
parsec · unité astronomique · seconde-lumièreTrois unités voisines se partagent une seule et même gamme de distances, et elles diffèrent par l’origine de leur mesure : pour le parsec c’est un angle, pour l’unité astronomique l’orbite terrestre, pour l’année-lumière et la seconde-lumière le temps de trajet.
L’unité des articles professionnels : elle dérive directement d’un angle mesuré et non du temps, si bien qu’il n’y a pas à y introduire une convention étrangère sur la longueur de l’année.
La mesure des affaires intérieures du Système solaire : la distance de la Terre au Soleil, fixée comme un nombre exact de mètres. Au-delà de l’orbite de Neptune, elle devient déjà malcommode.
La petite sœur de la même famille, commode pour les télécommunications : la lumière met une seconde et quart pour atteindre la Lune, et une conversation avec elle ne peut déjà plus se tenir sans pauses sensibles.
Parmi les fiches Simetrium, juste à côté se trouve le parsec, et à la base des deux unités se trouve la même vitesse de la lumière, qui mesure aussi le temps de parcours du signal dans les lignes de communication terrestres.
07 · Section historique
archives · 1676 → 1838 → 1851 → 1984Comment le retard de la lumière est devenu une règle
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La hauteur des barres indique jusqu’à quelle distance on parvenait par une mesure géométrique directe à différentes époques, et le repère blanc parcourt tout ce chemin. Remarquez que chaque bond est lié non à une nouvelle théorie mais à un nouvel instrument : d’abord l’héliomètre, puis la plaque photographique, puis un satellite placé au-delà de l’atmosphère.
Une unité exacte pour des distances inexactes
L’étrangeté de cette unité est qu’elle est connue de façon absolument exacte, tandis que tout ce qu’on mesure avec elle n’est connu qu’approximativement. L’exactitude est venue gratuitement : on a cessé de mesurer la vitesse de la lumière au moment où l’on a défini le mètre par elle, et l’on est convenu que l’année julienne vaut exactement trente et un millions et demi de secondes, et le produit de deux nombres exacts ne peut donner qu’un troisième nombre exact.
L’incertitude apparaît à l’étape suivante, lorsqu’on applique la règle au ciel. Les distances aux étoiles les plus proches sont connues au centième de pour cent près, mais déjà pour des supergéantes brillantes comme Bételgeuse la dispersion des estimations atteint des dizaines de pour cent, car chez de telles étoiles la surface même est floue et il faut extraire la parallaxe d’une image tremblante. Aux distances galactiques intervient une chaîne de méthodes indirectes, et chacun de ses échelons ajoute sa propre incertitude à celle héritée du précédent.
D’où la règle de bon usage : un nombre d’années-lumière doit être donné avec son incertitude et la méthode par laquelle il a été obtenu, car « deux mille cinq cents années-lumière » par la parallaxe et le même nombre par le décalage vers le rouge sont des grandeurs de nature différente. L’unité n’y est pour rien : elle est exactement telle qu’on l’a définie, et toute incertitude vient non de la règle mais de ce qu’on mesure avec elle.
Catalogue des grandeurs
astronomie et distancesUnités de base du SI
le mètre et la seconde sont mis en évidence — l’année-lumière est faite d’euxOù nous regardons et ce que nous voyons
l’année de départ de la lumière est comptée à partir de l’année en cours| Objet | Distance | En parsecs | Lumière en route | Partie en | Ce qui se passait alors |
|---|---|---|---|---|---|
| {name} | {ly} | {pc} | {wait} | {when} | {era} |
La dernière colonne est le principal argument en faveur de cette unité : elle transforme une distance en date et rend ainsi l’observation semblable à la lecture de lettres envoyées à différents siècles. Il faut toutefois se rappeler que pour les objets lointains ces dates sont conventionnelles : pendant que la lumière voyageait, l’espace a eu le temps de se dilater, et « combien d’années elle a volé » ne coïncide plus avec « à quelle distance est l’objet maintenant ».