De simples animations pour nous sensibiliser sur la “lenteur” de la vitesse de la lumière

Une série de nouvelles animations réalisées par un scientifique de la NASA montre à quel point la vitesse de la lumière peut être rapide et aussi tellement lente à une autre échelle.

Dans un espace parfaitement vide, une particule de lumière, appelée photon, peut parcourir 299 792 kilomètres par seconde, soit environ 1,079 milliard de kilomètres par heure. C’est incroyablement rapide. Cependant, la vitesse de la lumière peut être d’une lenteur frustrante si vous essayez de communiquer avec d’autres planètes ou de les atteindre, surtout des mondes au-delà de notre système solaire.

James O’Donoghue, un scientifique planétaire au Goddard Space Flight Center de la NASA, a pris sur lui de l’animer pour représenter la limite de vitesse du cosmos d’une manière qui soit accessible à tous. Il examine trois scénarios pour déterminer la vitesse que peuvent atteindre les photons.

L’une des premières animations d’O’Donoghue montre à quelle vitesse la lumière se déplace par rapport à la Terre.

La Terre est a une circonférence de 40,075 km. Si notre monde n’avait pas d’atmosphère (l’air réfracte et ralentit un peu la lumière), un photon qui écumerait sa surface pourrait se trouver à l’équateur presque 7,5 fois par seconde. Dans cette représentation, la vitesse de la lumière semble assez rapide, bien que le film montre aussi à quel point elle est restreinte.

La deuxième animation de O’Donoghue fait un grand bond en arrière par rapport à la Terre pour inclure la Lune. En moyenne, il y a environ 384 400 kilomètres de distance entre notre planète et son grand satellite naturel.

Cela signifie que lorsque vous regardez la Lune, son image à 1,255 seconde de retard et qu’un aller-retour entre la Terre et la lune à la vitesse de la lumière prend environ 2,51 secondes.

Ce rythme augmente cependant chaque jour, car la lune dérive plus loin de la Terre à un rythme d’environ 3,8 centimètres par an. (La lune sape constamment l’énergie de rotation de la Terre par l’intermédiaire des marées océaniques, augmentant son orbite à une distance de plus en plus grande.)

La troisième animation d’O’Donoghue sur la vitesse de la lumière illustre le défi auquel de nombreux scientifiques planétaires sont confrontés quotidiennement.

Lorsque la NASA tente de communiquer avec un engin spatial ou d’en télécharger les données, comme la sonde InSight sur Mars, elle ne peut le faire qu’à la vitesse de la lumière. C’est beaucoup trop lent pour contrôler en direct une sonde telle une voiture télécommandée. Les commandes doivent donc être soigneusement réfléchies, préconfigurées et orientées vers l’emplacement précis dans l’espace au moment précis pour ne pas manquer leur cible

Tout prendra un peu moins de temps entre la Terre et Mars lorsque ces planètes sont au plus près l’une de l’autre (apside inférieure), ce qui se produit une fois tous les 2 ans environ. En moyenne, cette distance dans le meilleur scénario est d’environ 54,6 millions de kilomètres.

Comme le montre ce clip de 60 secondes du film complet d’O’Donoghue sur YouTube, la lumière met 3 minutes et 2 secondes à voyager entre la Terre et Mars à l’approche la plus proche. Ça fait 6 minutes et 4 secondes pour un aller-retour à la vitesse de la lumière.

Mais en moyenne, Mars se trouve à environ 254 millions de km de la Terre, une communication aller-retour dure donc en moyenne 28 minutes et 12 secondes.

L’obstacle de la vitesse finie de la lumière devient encore plus difficile à franchir pour des sondes comme New Horizons, qui se trouve maintenant à plus de 6 milliards de km de la Terre, et Voyager 1 et 2, qui ont chacun atteint l’espace entre les étoiles.

La situation devient carrément déprimante lorsque vous commencez à viser à l’extérieur du système solaire. L’exoplanète la plus proche, appelée Proxima b, se trouve à environ 4,2 années-lumière de nous (une distance d’environ 39,7 milliards de kilomètres). La sonde solaire Parker de la NASA est la plus rapide de toutes à environ 343 100km/h. A cette vitesse, il faudrait 13 211 ans pour atteindre Proxima b.

Le projet Breakthrough Starshot d’un milliardaire russo-américain envisage un moyen de résoudre ce problème de vitesse. Le plan sur plusieurs décennies consiste à construire et à faire voler de minuscules  » nanocraft  » le long de ces exoplanètes à l’aide de lasers ultras puissants, idéalement à une vitesse de croisière prévue de 20% de celle de la vitesse de la lumière. Pourtant, l’ensemble du concept est encore théorique, peut finir par ne pas fonctionner, et fonctionnerait à une fraction de la vitesse de la lumière.

L’espace est incroyablement vaste. Bien que l’univers ait environ 13,77 milliards d’années, sa lisière est à environ 45,34 milliards d’années-lumière dans toutes les directions et augmente en raison de son expansion.

C’est beaucoup trop vaste pour l’illustrer dans une simple animation. Une illustration s’en rapproche : cette image créée par Pablo Carlos Budassi, qui combine des cartes logarithmiques de l’univers de Princeton et des images de la NASA pour capturer tout cela en une seule image.

(Pablo Carlos Budassi/ Wikimedia)

A partir du compte Twitter de James O’Donoghue.