Comme souvent, j’ai eu une petite hésitation concernant la traduction. La vidéo se base sur l’image donnée par l’expression en anglais « cosmic distance ladder« , mais il semble qu’il n’y a pas de traduction canonique en français. Wikipédia a un article Mesure des distances en astronomie, mais dont le titre ne reprend pas cette image de l’échelle. Est-ce que la traduction « échelle » n’est que peu utilisée en français à cause de la confusion avec l’échelle au sens de « scale » ?

Sur la télémétrie laser, notez que les réflecteurs lunaires ne sont pas de simples miroirs plans, mais des réseaux de cubes dont les angles droits ont été réalisés avec une précision extrême, de façon à renvoyer la lumière dans la direction d’incidence (c’est aussi le principe du catadioptre). Il en existe plusieurs déposés à différents endroits de la Lune. Il semblerait d’ailleurs que le laboratoire à la pointe de ce genre de mesures soit l’observatoire de la Côte d’Azur situé à Nice. Et contrairement à ce qu’on pourrait penser, ça ne se passe pas comme avec un simple télémètre laser. Le faisceau lumineux une fois sur la lune a un diamètre de plusieurs kilomètres, et ce sont au mieux quelques photons de temps en temps qui seront à nouveau récupéré à l’issue du chemin retour ! On fait donc un grand nombre de tirs pour espérer avoir un signal suffisant.

Sur la précision de l’orbite, les éphémérides réalisés par le bureau des longitudes par exemple

Chapront-Touzé, M.; Chapront, J. (1983). « The lunar ephemeris ELP-2000 ». Astronomy & Astrophysics. 124: 50–62

annoncent des paramètres d’orbite (comme le demi-grand axe) avec des chiffres significatifs allant jusqu’au millimètre ! (384 747 980,645 m) Je ne sais pas ce qu’il faut en conclure sur la précision avec laquelle on pense connaitre ces paramètres.

Sur les mesures par radar, j’ai mentionné environ 1 milliards de kilomètres comme limite car il semblerait qu’on arrive à en faire avec Jupiter (30 minutes-lumières au point le plus proche).

Pour Hipparque, apparemment on ne dispose pas vraiment de sources directes car son principal ouvrage a disparu, mais on a des récit de ses travaux par des auteurs ultérieurs, comme Ptolémée. D’après eux, Hipparque aurait trouvé un ratio entre la distance Terre Lune et le rayon de la Terre de l’ordre de 62 à 72, en se basant sur des différences de latitudes entre différents points d’observation.

Pour la loi de Kepler, j’ai restreint le truc aux orbites quasi-circulaires pour faire simple, mais la vraie relation est sur le demi-grand axe de l’ellipse, généralement noté \(a\), et s’écrit

\(a^3 = GM_{\odot} P^2\)

Concernant les transits de Vénus, il se produisent environ tous les 120 ans, mais surviennent par « paires » espacées de 8 ans. D’où la paire 1761-1769, mais aussi plus récemment la paire 2004-2012. Notez qu’avec les progrès réalisés, on a finit par définir de façon « fixe » la valeur de l’unité astronomique (UA), qui vaut maintenant très exactement 149 597 870 000 mètres.

Pour les étoiles et les Céphéides en particulier, j’ai fait exprès d’éviter d’introduire la magnitude, et la notion de magnitude « absolue », qui est la magnitude qu’on aurait en observant l’étoile à une distance fixe. On peut relier tout ça à des notions de puissance (pour la luminosité intrinsèque) et de flux (pour la luminosité apparente), et bien sûr tout ça décroit avec le carré de la distance.

Concernant la relation période-luminosité des Céphéides, elle est plus difficile à calibrer que ce que j’ai laissé penser, car en réalité toutes les Céphéides ne sont pas exactement les mêmes. On comprend la physique du phénomène de pulsation, et celle-ci est influencée par la « métallicité » des étoiles, c’est à dire en gros la proportion d’éléments autres que H et He (oui pour un astrophysicien, tout ce qui n’est pas H ou He, c’est du « métal »). Il faut donc calibrer les relations périodes-luminosité en tenant compte de la métallicité, ce qui n’est pas forcément simple.

Sur les supernovas, en écrivant la vidéo j’ai été surpris de ne pas voir apparaitre la fameuse supernova SN1987A, survenue dans le grand nuage de Magellan, et la première qu’on ait pu observer récemment dans des conditions aussi bonnes. Et la raison c’est que ça n’est pas une supernova de type 1A, donc pas utilisable comme chandelle standard. Pas de bol !

La dernière supernova qui se soit produite dans notre galaxie est SN1604, observée à l’époque par Kepler (l’astronome, pas le satellite !). Je me souviens d’une discussion il y a longtemps avec des astrophysiciens qui me disaient que comme il y a des supernovas en moyenne tous les siècles par galaxie, et que ça faisait très longtemps (4 siècles) qu’on en avait pas eu dans la Voie Lactée, normalement ça devrait bientôt arriver !  Je laisse au lecteur l’exercice de trouver la faille dans ce raisonnement.

 

39 Comments

  1. Les deux mesures de la constante de Hubble sont fausses toutes les deux. Que ce soit par la méthode de l’échelle des distances ou par le modèle LCDM, le calibrage se fait sous influence gravitationnelle. Il est d’ailleurs logique que la première donne un taux d’expansion de l’univers supérieur au second. La première étant calibrée à la surface terrestre et la seconde au point de Lagrange par le satellite Planck. Dans les deux cas la gravité est non nulle mais supérieure dans le cas de l’échelle des distances d’où un taux inféré plus grand.

    Cela est encore une preuve que les astrophysiciens ne prennent toujours pas en compte l’influence de la gravité. En effet la théorie de la relativité générale d’Einstein n’est pas une théorie générale de la relativité. Car où on se situe dans l’univers la gravité influe et doit être relativisée.

    • Publie ton article et va décrocher ton Nobel !!

      Et invite-moi à la cérémonie je veux du gateau

      • Je n’ai pas l’intention d’écrire un article et encore moins de décrocher un prix même si cela pourrait assouvir votre besoin.

    • Encore un qui A le savoir !
      Vous devriez suivre un cours sur la relativité général d’Einstein, mais pour commencer plus soft je vous conseille de revoir les bases : un petit cours sur la gravitation de Newton.

      • La gravitation de Newton est fausse. Quand à Einstein, il croyait l’Univers statique d’où sa constante cosmologique pour contredire Hubble.

        Je crois plus en une théorie générale de la gravité qui encapsulerai la théorie de la relativité d’Einstein que je constate incomplète.

        Mais je conçois que vous preniez la gravitation de Newton pour bases.

    • Ils préfèrent invoquer la matière et l »énergie noires pour expliquer ce qu’ils observent et qui ne sont rien d’autres que des illusions de la gravité qu’ils ont incapables de relativiser. Nostalgie de l’éther peut-être.

      • Bonjour Eric, je voulais juste vous remercier pour votre contribution à mon émerveillement : je suis toujours bouche bée devant des personnes qui s’estiment plus compétentes que les milliers de chercheurs d’un domaine scientifique.

        Cela dit si vous pensez tenir une explication pour un problème qui met actuellement en échec les astrophysiciens les plus brillants de la planète, n’hésitez pas à la coucher sur papier, le Nobel serait pour vous.
        Pensez juste à vous renseigner sur l’effet Dunning-Kruger avant, sait-on jamais.

        PS: pour les astrophysiciens qui ne prennent pas en compte l’influence de la gravité, on parle bien de ceux qui ont mis en place une expérience d’envergure internationale pour détecter les ondes gravitationnelles générées par 2 trous noirs ?

        • Je ne considère pas que mon explication soit géniale mais simple. Ma compétence est élémentaire.

          Quand je parle de gravité, c’est un passage obligé pour expliquer la relativité du temps comme l’écoulement du temps au niveau de vos pieds et de votre tête quand vous n’êtes pas couché et qui est différent. Il vous aurait manifestement échappé que ce n’était pas lié aux ondes gravitationnelles.

      • Thomas Elliz Reply

        Dans les années 90, il a été démontré avec les supernovas que notre « univers » était plat ou euclidien, et donc qu’il n’est pas réduit à sa sphère en expansion. Il y a donc d’autres choses au-delà et on pourrait s’en échapper pour aller voir ailleurs. Si c’est le cas, notre « univers » peut très bien être en rotation sur lui-même, provoquant une force centrifuge, un excès de gravitation donc, qui pourrait être le début d’explication à cette mystérieuse énergie noire en excédent. Une idée intéressante à creuser ?

        • « Dans les années 90, il a été démontré avec les supernovas que notre « univers » était plat ou euclidien ».
          Ben non, la question est toujours en débat même s’il existe au sein de la communauté scientifique une sorte de consensus qui temps vers un Univers plat.
          « et donc qu’il n’est pas réduit à sa sphère en expansion ». Vous confondez forme et topologie.
          « Il y a donc d’autres choses au-delà et on pourrait s’en échapper pour aller voir ailleurs ». Oui dans Star Wars ;-))
          Passons sur le reste de vos élucubrations…

          • Thomas Elliz

            Je ne confonds pas. C’est même le fond du sujet.

      • Thomas Elliz Reply

        ** Correction ici : accélération au lieu de gravitation
        Dans les années 90, il a été démontré avec les supernovas que notre « univers » était plat ou euclidien, et donc qu’il n’est pas réduit à sa sphère en expansion. Il y a donc d’autres choses au-delà et on pourrait s’en échapper pour aller voir ailleurs. Si c’est le cas, notre « univers » peut très bien être en rotation sur lui-même, provoquant une force centrifuge, un excès d’accélération donc, qui pourrait être le début d’explication à cette mystérieuse énergie noire en excédent. Une idée intéressante à creuser ?

  2. Jean Astrophile Reply

    Merci pour cette intéressante video.
    Notez une belle démonstration de la parallaxe dans l’ouvrage « A la découverte de l’Univers », longtemps mon livre de chevet.
    Bravo pour votre engagement pour la vulgarisation intelligente de la science!
    Cordialement
    Jean

  3. pour le dernier paragraphe, ça me rassure (pour ma progéniture) que les physiciens fassent la même erreur de raisonnement que mon fiston qui pense pouvoir rapidement sortir son cheval parce qu’il n’a pas fait de 6 depuis quelques tours … même si j’essaie de le rassurer quand même.

    • Et moi j’essaie de convaincre mes amis qu’attendre d’avoir 3 fois pair à la roulette du casino pour jouer impair ne les rendra pas plus riche 😀

      • Hmm alors oui mais non, dans vos deux cas, les evenements sont independants entre eux, dans le cas des étoiles, elles viellissent, et donc on perd l’indépendance, non ? Du coup la probabilité d’avoir une supernova semble effectivement augmenter..

        • Bonjour,
          La survenue ou non dans le passé d’un événement ne change en rien sa probabilité d’occurrence actuelle. Et ce d’autant plus que d’autres supernovas ont pu avoir lieu dans la Voie Lactée sans qu’on puisse les repérer, soit parce qu’elle se trouvaient de l’autre côté du centre galactique, soit parce qu’elle se trouvait derrière trop de poussière de ses bras.
          Merci David pour cette nouvelle vidéo, et petite satisfaction de voir votre travail reconnu dans le dernier Ciel & Espace 🙂

  4. Bonjour,
    Merci et félicitation pour ce nouveau combo billet + vidéo sur un sujet très intéressant.
    Néanmoins, j’ai un petit doute qui me chagrine quand, à 10:40 de la vidéo, vous évoquez une distance de 2 fois Terre Soleil pour la base du triangle isocèle le calcul de la distance avec cette étoile Proxima (après 6 mois d’attente). Mais il me semble que cette distance devrait être encore plus grande car notre système solaire ‘bouge’ aussi dans notre galaxie, non? Du coup l’angle n’est plus vraiment correct, du coup cet étage de l’échelle risquerait de fausser les étages supérieurs et …oh lala surchauffe cérébrale. Pouvez-vous m’éclairez svp?
    Encore merci 🙂

    • En effet, le Soleil se déplace vers un point qu’on nome l’apex à 20km/s (direction Véga dans la Lyre).. En six mois ce déplacement correspond à 2 UA soit environ 300 millions de kilomètres. Ce déplacement est trop petit pour influencer les mesures faites par la méthode de la parallaxe.
      Je vais faire quelques calculs avec et sans le déplacement vers l’apex et je reviens vers vous ;-))

      • Pas besoin de faire de calcul…
        En effet 2 UA = 0,00003 al ! Je vous laisse le soin d’apprécier l’erreur induite (par le déplacement du Soleil en 6 mois) sur la mesure de la distance d’une étoile par la méthode de la parallaxe.

  5. marc.serrero Reply

    Bravo .Magnifique présentation , merci ; j’espère qu’elle fera référence pour les L1 .

    dans votre blog , corriger un détail , une typo , dans la formule de la 3eme loi de Kepler :
    (c’est m ω² a = m GM/a² et on divise par m)
    *
    détail encore , du point de vue épistémologique , on ne dit plus : « connaissant la célérité c » , car depuis qq décennies , on mesure les distances en secondes-lumière , et par définition c := en m/s , un entier 299792458 .

    plus loin , on aura de même , une définition de l’ u.a , unité astronomique , par définition (du 31 aout 2012) est :
    1 u.a en km est l’entier 149 598 700 ;
    ce quelle que soit la précision ultérieure sur les mesures d=(Terre-Soleil ), non-perennes . Ainsi , comme vous l’avez très bien dit , cela devient un barreau de l’échelle , en OdG ( ordre de grandeur ) ; et on mesure d(t) en u.a , sans perte de précision .

    On peut «  »convenir » » de même , en LLR ( Lunar Laser Ranging ) , d’une définition exacte , une distance Terre-Lune conventionnelle : l’entier 385 en milliers de km , ce qui donne l’ OdG de référence , par rapport auquel seront évaluées les d(t) variables , y compris leurs valeurs moyennes .

    de même ,cf vidéo 10mn5s , l’année-lumière est EXACTE , comme la durée de l’année-julienne est un entier ( en 1/4 de seconde) conventionnel , ainsi , comme vous l’avez souligné , que la définition du parsec : ainsi aucune perte de précision dans leur conversion. Et il fallait bien recouvrement de mesures , par radar ( en A.L. donc ) , ET par parallaxe ( en parsec ) , pour forger le barreau de l’échelle.

    Ainsi distinguer entre choix-conventionnels , pérennes donc , et mesure-réelle , réévaluable, est préférable pour effacer toute confusion.
    ***
    En LLR , la précision des huit stations tirant sur les 5 réflecteurs-lunaires est de 10ps environ , soit 0.3 mm ( soit une précision relative de 5 10^-12) . Il est donc normal que les Ephémérides récents ( INPOP ) donnent à 0.1 mm , les valeurs à introduire dans les ordinateurs . MAIS ,attention , par exemple , la distance CERGA-Lune varie ,entre Eté-Hiver , simplement à cause de la dilatation et de la teneur-en-eau de la terre du Plateau de Calern , ce de quelques cm ( cf Anthony.Memin , au CERGA ) ! Il existe d’autres artefacts. (https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019EA000785) . Le rapport GRGS2016 , du regretté Biancale, donne un état des lieux , où la France fût pionnière.
    *
    vidéo 8’20 » : Pour le transit de Vénus , l’ Angleterre s’enorgueillit de l’observation d’Horrocks ( 4 dec 1639 : https://fr.wikipedia.org/wiki/Transit_de_V%C3%A9nus_de_1639 ) , dont la renommée n’était pas inconnue de Flamsteed et de Halley , comme vous l’avez souligné.
    *
    Céphéïdes : j’avoue que j’aimerais savoir , théoriquement et non empiriquement , la relation de Henrietta.Leavitt , période T / puissance P , en s/ kW .La référence Jesper.Storm ne la donne pas…
    *
    de même , la masse de Chandrasekhar ( 1.44… , donnée en masse-solaire (? , que vient faire le soleil ici ?)) ne permet pas de comprendre pourquoi la Puissance P serait «  »standard » » …?
    En revanche , magnifique explication de l’avantage de multiples données, par catalogues, de Supernovae ET de leurs Galaxies , afin de forger le barreau SN
    *
    Hubble : oui , bravo , pour avoir renoncé au facteur Z (…cauchemar des étudiants de Doppler )
    On eût aimé avoir l’incertitude sur le 73 et le 67 , afin de prendre-mesure de la faille .
    Mais comme on dit : la suite au prochain numéro . Merci et encore bravo , on attend la mesure de l’infiniment-petit et la longueur-de-Planck …

  6. Comme toujours, une vidéo passionnante !
    Plutôt que le mot échelle, qui en français a en effet un double sens, je propose l’utilisation du mot escalier et donc le titre pourrait être « gravir l’escalier des distances cosmiques » qui reprend bien cette notion de s’appuyer sur les marches précédentes pour avancer.
    J’espère que nous aurons bientôt une supernova dans la Voie Lactée, cela sera extraordinaire de voir un point lumineux extrêmement brillant dans le ciel pendant quelques jours ou semaines.

  7. Bonjour David,
    J’ai une question sur le dernier barreau de l’échelle, la constante de hubble. Si la constante de hubble est calibrée sur les 700 premiers mpc (2,3 millard d’AL) et qu’on en infère la distance des galaxies plus éloignées (galaxie gz-n11 par exemple), comment mesurer l’accélération de l’expansion ? La constante de hubble supposant une expansion uniforme qui est vérifiée sur l’univers proche uniquement.
    Il faudrait à la fois le décalage vers le rouge et une autre méthode pour la distance pour avoir l’évolution du facteur d’expansion au cours du « temps cosmique ».
    Merci pour ta réponse.

    • Bonjour,
      Je pense que vous confondez deux choses :
      – la constante de Hubble H0 qui est la constante mesurée aujourd’hui
      – le paramètre de Hubble H(t) qui lui est variable en fonction du temps, il décrit le taux d’expansion au fil du temps.

  8. Jean-Xavier Reply

    La faille du raisonnement je dirais que l’échantillon est bien trop faible pour calculer la moyenne. On a des estimations moyennes de la fréquence du phénomène à partir d’observations d’autres galaxies sur une période relativement courte (1 siècle) mais pas la notre. Que l’on a pas non plus toutes les observations du monde entier (par exemple l’hemisphere sud) sur des périodes assez longue pour avoir une moyenne d’apparition assez fiable.
    C’est ça ou il y a autre chose ?

    • Je pense qu’il y a aussi le fait que la lumière ne nous parvient pas instantanément, du coup, il faut prendre ça aussi en compte. Après, c’est possible aussi de les rater si elle sont de l’autre côté du trou noir, ou masquées par trop de poussière ?

    • La raison est plus simple en fait. Prenez un dé, jetez-le 10 fois. Vous n’avez obtenu aucun 6. Est-ce que cela veut dire que vous avez de fortes chances d’obtenir un 6 au prochain (onzième) lancé ? Non, car les lancés sont indépendants. C’est pareil avec les supernovae ! (Les supernovae étant considérées indépendantes puisque quelques centaines d’années, sur l’échelle de vie d’une étoile, c’est très faible, donc on considère qu’une étoile ne gagne pas en probabilité de former une supernova en quelques centaines d’années)

  9. aimery navarro Reply

    Top video comme d’habitude, merci ! Par contre, même si on dit l’observatoire de la Côte d’azur, il ne se situe pas à Nice mais à Caussols, et il se visite. On y apprend notamment comment fonctionne ce laser 😉

  10. Parmi les anciens, bien avant Hipparque, il i a eux Aristarque de Samos.
    Il a utilisé la taille de l’ombre de la Terre sur la Lune durant une éclipse de Lune pour arriver à une valeur assez correcte, exprimée en nombres de rayons de la Terre (cette valeur était inconnue à l’époque). Il a aussi déterminé la distance au Soleil (avec une grosse erreur, parce que l’angle à mesurer est très faible). C’est décrit dans son ouvrage « des tailles et des distances ».
    C’est fascinant.

  11. Antoine MATHIEU Reply

    Bonjour,

    A la fin de la vidéo, David affirme que la galaxie la plus éloignée de nous serait à 32 milliards d’années lumières de nous. Cela veut dire qu’elle se serait éloigné de 32 -13 = 19 milliards d’années lumières depuis 13 milliards d’année lumière. Je ne comprends pas comment elle a pu s’éloigner plus vite que la vitesse de la lumière !?

    Peut-on expliquer ce mystère ?

    Merci

    • Désolé, je reposte suite à une erreur d’aiguillage…
      Les galaxies s’éloignent de nous parce que l’Univers est en expansion. Pour mieux comprendre on prend souvent l’analogie d’un pain aux raisins qui gonfle pendant la cuisson, les raisins se déplacent parce que la pâte gonfle.
      Il n’y a donc aucune contradiction avec une vitesse de déplacement supérieure à celle de la lumière.

  12. De ce que j’ai (mal ?) compris dans ta vidéo, les supernovaes dont tu parles surviennent lorsque certaines étoiles atteignent une masse critique. Du coup, il me semble vrai de dire que, plus le temps depuis la dernière supernovae de ce type est grand, plus la probabilité qu’une supernovae de ce type survienne est grande. On n’a pas d’indépendance ici. Qu’est-ce que je rate ?

    • Ce que vous avez raté c’est qu’une étoile isolée ne peut pas se transformer en supernova de type 1A. Il lui faut un compagnon qui lui permet d’augmenter sa masse par accrétion de matière.

  13. Par rapport aux distances dans l’espace la notion de dimension de l’espace m’étonne.
    S’il n’existe que un objet dans l’univers (singularité) il n’y a pas de dimension d’espace.
    S’il n’existe que deux objets, l’espace n’a-t-il qu’une dimension, deux ou trois?
    Entre eux une dimension de distance seulement. Mais si on passe à trois objets il faut trois dimensions.
    Les dimensions de l’espace dépendraient plus des objets que de l’espace lui-même?

    • Vous devriez lire (relire) Descartes, Aristote ou Kant ! ;-))

  14. On sait calculer la distance entre le Soleil et les planètes du système solaire grâce à la 3ème loi de Kepler et les périodes de révolution des planètes.
    J’aimerais savoir comment on a réussi à mesurer les périodes de révolution de ces planètes.

  15. Salut je viens demander comment on a déterminer la période à une époque où on ne connaissait pas la distance au soleil.

  16. Bonjour,
    D’abord toutes mes sincères félicitations et remercient pour toutes vos superbes vidéos et vos blogs sur des sujets très intéressants et très variés.
    Je vais vous poser une question que vous allez certainement trouver stupide mais je me lance (je précise que je commence seulement à m’intéresser au domaine cosmique)
    Je comprends que :
    – La dernière estimation de l’âge de l’univers est : 13,8 milliards d’année
    – Suivant votre vidéo, la lumière de la galaxie GN-z11 a voyagé 13,4 milliards d’année
    – La lumière, de cette galaxie, que l’on perçoit aujourd’hui est la lumière qu’elle a émisse 400 millions d’année après le big bang.
    – Avec l’expansion de l’univers et le calcul avec la constante d’Hubble corrigée (73) elle se trouve réellement aujourd’hui à une distance d’environ 32 milliard d’AL
    Jusqu’ici tout va bien mais ma question c’est : Si l’univers était extrêmement petit (< nm) au début du big bang comment une galaxie, au bout de 400 millions d’année, était déjà à env 13,4 milliards d'année lumière d’un autre point de cet univers (ce point c’est nous) ?
    C’est le concept d’une expansion de temps et d’espace (simultanée), et non une expansion dans le temps et dans l’espace que je n’arrive pas à appréhender ou à me représenter
    Mon questionnement est-il clair ?
    Je me trompe ou pas ?
    Et comment puis-je trouver et où une vulgarisation pour appréhender ce concept qui semble être la clé de mon incompréhension.
    Je vous remercie par avance de vos réponses et de votre aide
    Très cordialement
    JCS

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