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.

 

20 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

    • 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 ?

      • 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 ?

      • 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 🙂

  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.

  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 ?

  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.

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