Distance entre les astres

La détermination des distances est un des problèmes fondamentaux de l'astrophysique. En effet, il est indispensable de connaître la distance des astres, non seulement pour connaître les configurations spatiales, mais aussi pour accéder à leurs propriétés physiques intrinsèques. Or l'observation fournit des quantités qui ne sont qu'apparentes (vues depuis la Terre), des éclats apparents, des conjonctions apparentes, des déplacements apparents,... C'est pourquoi il faut arriver à déterminer les distances des atres.

Distances dans le système solaire

Distances relatives Terre - Lune - Soleil

Au troisième siècle avant note ère, Aristarque de Samos (310-230 av JC) développa une ingénieuse méthode pour déterminer les distance relatives de la Terre à la Lune et au Soleil.
Sa méthode repose sur deux hypothèses:

1. La Lune décrit une orbite circulaire autour de la Terre.
2. Le Soleil n'est pas trop éloigné de la Terre.

Lorsque la Lune est au premier et au dernier quartier, elle tourne vers nous la moitié de sa face éclairée et vers le Soleil l'autre moitié. La direction du Soleil est donc perpendiculaire à la direction Terre-Lune, et comme les positions de la Lune au premier et dernier quartier ne sont pas diamètralement opposées (compte tenu des hypothèses) on peut mesurer l'angle entre ces 2 positions et ainsi par une relation simple (Pythagore) trouver les distances relatives de la Lune et du Soleil par rapport à la Terre.Malheureusement, les hypothèses utilisées ne sont pas vraies, cependant Aristarque affirma que le Soleil est 18 à 20 fois plus éloigné que la Lune, et cette valeur (très médiocre) fut admise pendant 1500 ans!    
 
Distance de la Lune

Aristarque de Samos fut le premier a tenté de déterminer cette distance, lors d'une éclipse totale de Lune.  Hipparque (190-125 av JC) utilisa la même méthode mais fut plus précis et trouva 38 fois le diamètre de la Terre. On l'estime actuellement à 30 fois. La méthode actuelle est celle de l'écho radar, on envoie un signal en direction de la Lune, il est réfléchi et reviens sur Terre, il suffit alors de mesurer le temps mis par ce signal, et on peut déterminer la distance. On utilise aussi un faisceau laser qui est réfléchi par des miroirs déposés sur la Lune par les russes et les américains, on a ainsi la distance au centimètre près. Cette distance varie de 356000 km à 406800 km du fait de l'orbite elliptique de la Lune.

Distances des planètes au Soleil

• Les distances relatives: la troisième loi de Kepler appliquée successivement aux planètes du système solaire permet en mesurant des périodes de révolution de déterminer les rapports des demi grand-axes des trajectoires par la formule:

• Méthode des parallaxes: cette méthode, combinée à la précédente, repose sur l'observation du même objet depuis deux points différents de la Terre, le plus éloignés possible. Il faut pour cela comparer la position de l'objet par rapport au fond d'étoiles considéré comme lointain. Ainsi à partir d'une mesure d'angle et grâce à une relation trigonométrique on en déduit la distance de l'objet.

• Méthode utilisant la vitesse de la lumière: cette méthode utilise un signal radar envoyé vers une planète, celle-ci le réfléchit et renvoie un écho, on mesure le temps mis pour l'aller et le retour et ainsi on peut connaître la distance de la Terre à l'objet.

Distance des étoiles

Parallaxe d'une étoile

Les étoiles de notre voisinage sont beaucoup trop éloignées pour que l'on puisse utiliser le parallaxe à partir de 2 points du globe, la dimension de la Terre étant trop petite. Il faut utiliser le déplacement de la Terre autour du Soleil pour faire une observation suffisante. La méthode consiste à observer une étoile à 6 mois d'intervalle et d'observer son déplacement par rapport au fon du ciel, plus celui-ci est  grand et plus l'étoiles est proche. Dernièrement le satellite Hipparcos a mesuré avec une grande précision les parallaxes de milliers d'étoiles. Il faut cependant prendre quelques précautions, puisque les étoiles possèdent aussi un mouvement propre qui vient donc s'ajouter au parallaxe. C'est pourquoi les mesures doivent être répétées sur plusieurs années, pour séparer la parallaxe du mouvement propre.

Méthodes photométriques

Ces méthodes sont basées sur l'évaluation et la comparaison de la puissance rayonnée par une étoile (luminosité) et l'éclairement qu'elle produit permettant ainsi de déterminer sa distance. Une autre méthode consiste à utiliser le diagramme H-R (Hertzsprung-Russell), on peut ainsi déterminer des magnitudes absolues et apparentes et par une relation simple trouver les distances.

Distance des galaxies

Céphéides et autres étoiles étalons

On utilise des étoiles étalons (comme les céphéides) dont on a pu mesurer avec précision les caractéristiques (en prenant une étoile du même type et proche du Soleil), on extrapole alors ces caractéristiques à des étoiles appartenant à d'autres galaxies, ce qui permet de déterminer leurs distances.

Loi d'expansion de l'univers

Hubble a établit une loi entre le décalage spectral d'une étoile et sa distance (plus l'étoile est éloigné et plus son décalage est important). Il devient possible de déterminer la distance d'une galaxie en mesurant son décalage spectral, cependant la loi est difficile à appliquer du fait de la mauvaise connaissance de la constante de Hubble.