Comment mesurer la distance d'une étoile ?




Pour mesure les distances d’objets inaccessibles, il existe une technique bien connue des géomètres : la méthode de la triangulation, également appelée méthode de parallaxe.


Cette méthode de la parallaxe, vous la pratiquez tous les jours, sans le savoir. C'est la raison pour laquelle vous avez deux yeux, ce qui permet au cerveau d'estimer la distance des objets que vous observez.






Appliquons cette méthode à l'astronomie. La Terre tourne autour du Soleil en une année. Vu depuis notre planète, nous avons l’impression que ce sont les étoiles qui décrivent chacune des petits cercles au cours d’une année. La parallaxe est donc l’angle de déplacement apparent de l’étoile dû à la révolution de la Terre.


LA TERRE, LE SOLEIL ET L’ÉTOILE FORMENT UN TRIANGLE RECTANGLE. SI ON CONNAIT LA DISTANCE TERRE-SOLEIL ET QUE L'ON ARRIVE A MESURER L'ANGLE DE PARALLAXE D'UNE ÉTOILE, LA DISTANCE DE L’ÉTOILE SE DÉDUIT PAR TRIGONOMETRIE :

ANGLE DE PARALLAXE = COTE OPPOSE/COTE ADJACENT

Bien entendu cet effet est minime, et surtout, il n’est mesurable que pour les étoiles proches. Il faut donc des télescopes de grande précision pour pouvoir mesurer cet effet. En pratique, les premières mesures parallactiques des étoiles n’ont pu être effectuées qu’à partir du début XIXème siècle, ce qui ne fut pas sans conséquence.

Le philosophe grec Aristote, qui était bien loin de pouvoir observer la parallaxe des étoiles, en déduisit que la Terre ne pouvait pas tourner autour du Soleil. Deux mille ans plus tard, Copernic était toujours dans la même situation. Lorsqu’il proposa son système héliocentrique, ses opposants lui renvoyaient le même argument qu’Aristote. Ce à quoi Copernic répondait que les étoiles devaient justement se situées à des distances très grandes pour que l’on ne puisse pas voir à l’œil nu la parallaxe. Tycho Brahe, qui sera l’observateur le plus précis à l’œil nu, n’observe toujours pas la parallaxe à la fin du XVème siècle, argument rationnel qui lui fera également refusé le système de Copernic. L’observation de la parallaxe annuelle, à partir du XIXème siècle sera une preuve irréfutable du mouvement de la Terre autour du Soleil.

Rappel sur les subdivisions des angles, minutes d’arc et secondes d’arc :

  • Un angle d’un degré (1°) représente 1/360 d’un tour complet.

  • Un angle d’une minute d’arc (1’) correspond à un angle d’1° divisé en 60 parties, donc 1/60ème de degré.

  • Un angle d’une seconde d’arc (1’’) correspond à un angle d’1’ divisé en 60 parties, donc 1/3600ème de degré.

PREMIÈRE MESURE DE LA PARALLAXE D'UNE ÉTOILE

Il faut attendre 1838 et Friedrich Bessel pour mesurer la première parallaxe d’une étoile : 0,31’’ pour 61 Cyg. Un an plus tard, Thomas Henderson donnera la parallaxe d’Alpha du Centaure, l’étoile la plus proche du système solaire : 0,765’’. Avec ces méthodes, on peut mesurer la position d'environ 6400 étoiles proches, avec une marge d'erreur inférieure à 10% (parallaxe supérieure à 0,05’’).

HIPPARCOS ET GAIA, DEUX SATTELITES SPECIALISES

DANS LA MESURE DE LA DISTANCE DES ÉTOILES

PAR LA MÉTHODE DE LA PARALLAXE

En 1997, le satellite Hipparcos mesura la parallaxe de 120 000 étoiles, avec une précision inférieure à 0,002’’, soit une distance de 3600 années-lumière. En décembre 2013 son successeur, le satellite Gaïa réalisa la parallaxe de plus d’un milliard d’étoiles (1% des étoiles de notre galaxie, la Voie Lactée), avec une précision de 7 millionièmes de seconde d’arc !


MESURER LA DISTANCE D’UN ÉTOILE AVEC LA MAGNITUDE

Pour les étoiles les plus lointaines, l’angle de parallaxe devient tellement petit, qu’il est impossible de le mesurer. Les astronomes font alors appel à des méthodes indirectes. La relation :


m - M = 5 log d – 5


permet de calculer la distance (d) en parsecs (1 parsec = 3,26 années-lumière) d’une étoile si on arrive à mesurer la magnitude apparente (m) et la magnitude absolue (M) de l’étoile.

Médiateur scientifique professionnel, conférencier, auteur et astrophotographe, Sébastien Beaucourt pratique l'astronomie depuis plus de 20 ans.


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