Contrairement à l'idée répandue selon laquelle la lumière créée par le soleil atteint notre planète en 8 minute 20, elle mettrait plutôt de 10 000 à 170 000 ans! En plus, lorsque l'on voit le soleil se coucher, il n'est pas, contrairement aussi à ce que l'on pense, déjà couché!
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| Aurait-t-il déjà disparu? |
Tordons le cou aux idées poétiques mais néanmoins préconçues!
1. La lumière créée par le soleil met 8 minutes 20 secondes à nous parvenir : pas exactement correct...
Le photon, la particule lumineuse qui nous atteint, se déplace à une vitesse de 300 000 km/s. La distance séparant notre astre solaire de la Terre est approximativement de 149,6 millions de kilomètres, aussi, il faudrait effectivement en gros 8 minutes et 20 secondes pour que la lumière s'échappant de la surface* solaire atteigne notre planète. Nous voyons donc le soleil en décalé : son image reflète la position qu'il tenait dans notre ciel 8 min 20 sec auparavant. Mais attention, ce n'est pas notre soleil qui se déplace, mais notre ciel (l'image que l'on aperçoit de la voûte céleste)! Aussi lorsqu'on voit le soleil se coucher, la lumière que l'on perçoit est celle qu'il a émise un peu avant de "se coucher". En fait, sur Terre et dans notre ciel, on "rattrape" la position du soleil en 8 minutes 20.
*Rappelons toutefois qu'il n'existe pas vraiment de "surface" solaire : le soleil se présente sous la forme d'une boule de plasma, dont les limites théoriques sont généralement considérées comme l'endroit ou le gaz est suffisamment dense pour être visible (photosphère).
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| Composition solaire. Img Nasa/Berkeley |
Toujours est-il que cette lumière reçue n'a pas été créée une dizaine de minutes auparavant, loin de là! Au centre du soleil, dans son noyau, là où ont cours les réactions de fusion d'hydrogène, des photons lumineux sont crées par "l'assemblage" de quatre noyaux d'atomes d'hydrogène en un atome d'hélium, processus qui libère de l'énergie notamment sous la forme des photons lumineux. Le coeur du soleil étant toutefois très dense, un photon libéré lors d'une réaction de ce type, peut parcourir quelques micromètres avant d'entrer en collision avec un atome, et d'être absorbé. La collision/absorption représente un gain d'énergie qui produira par la suite en un temps relativement court, l'émission d'un photon lumineux, lequel partira dans une direction généralement très différente.
Un peu comme une représentant ambulant partirait de son travail, s'arrêterait quelques temps dans une maison prise au hasard, repartirait vers une autre, s'arrêterait de nouveau (ou repartirait directement s'il n y a personne à cette maison), puis repartirait vers une autre, et ainsi de suite... Les mathématiques permettant d'estimer la durée de ce voyage ponctué de millions de collisions/absorptions, portent d'ailleurs le nom de phénomène de Marche Aléatoire. Pour réaliser l'estimation, il faut connaitre certains paramètres comme la densité du milieu traversé (plusieurs couches solaires de densité différentes), sachant que le photon se déplace toujours à 300 000 km/s.
Dans une marche aléatoire en trois dimensions, la distance parcourue équivaut approximativement à la racine carrée de la distance cumulée parcourue lors des étapes. Par exemple, si un photon parcourait 1 mètre à chaque étape, alors en marche aléatoire, il se trouverait environ à 10 mètres de son point d'origine, 100 étapes plus tard, puis à 100 mètres de son point d'origine, 10 000 étapes plus tard (avec de fréquents retour-arrière, notamment). Dans la majorité des cas, les photons vont rester plusieurs dizaines de milliers d'années à l'intérieur du soleil, avant d'être éjectés par hasard hors de celui-ci.
On peut estimer qu'un photon restera entre 10 000 et 170 000 ans à l'intérieur du soleil avant de s'en échapper[1]. 8 minutes de plus ou de moins, sont négligeables : si l'on peut affirmer (en terme de probabilité significative) quoi que ce soit à propos de l'ancienneté de la lumière solaire que l'on reçoit, c'est que celle-ci a entre 10 000 et 170 000 ans!
2. Le soleil est déjà couché depuis 8 minutes lorsqu'on le voit en train de se coucher à l'horizon : faux, faux, faux!
Ce sont là encore des idées véhiculées, poétiques ou amusantes, mais bien mal avisées! Lorsque l'on voit le soleil se coucher à l'horizon, dit-on, il est en fait déjà couché en dessous de celui-ci...
Pourtant, il faut bien se souvenir d'une chose : sans contraintes externes, la lumière se déplace en ligne droite : autrement dit, lorsque l'on aperçoit le soleil, c'est en théorie une lumière qui nous arrive en ligne droite : l'endroit où l'on voit le soleil est exactement dans le prolongement de celui-ci, hors condition particulières.
Et ces conditions particulières, ce ne sont ni la distance qui nous sépare du soleil, ni le temps que met la lumière du soleil à nous parvenir : ce sont tout simplement l'existence d'atmosphère sur la terre, ainsi que la "force de gravité"* que la Terre exerce sur les photons.
* précisément, la courbure de l'espace-temps
* précisément, la courbure de l'espace-temps
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| Représentation du terminateur terrestre |
Le cercle (fictif) de séparation entre face sombre et face éclairée d'une planète ou d'un astre d'apparence sphérique est nommé terminateur. En pratique, ce terminateur n'est pas réellement distinct : la diffusion de la lumière par l'atmosphère, rend compte des phénomènes de crépuscule et d'aube, respectivement suivant le coucher du soleil, et précédent son lever. Le soleil lui même, lors de son coucher ou de son lever, subit de plusieurs façons les effets de l'atmosphère (rougissement, tâche verte, etc...). Pour cette raison, il est difficile d'avoir des estimations précises de la façon dont on verra le soleil se coucher. Dans le cas d'une journée sans nuage ni effets atmosphériques particuliers, la lumière émise par le soleil arrive sur le terminateur en suivant une trajectoire légèrement courbée* : les photons lumineux sont déviés en suivant les lignes gravitationnelles générée par la masse terrestre : autrement dit, on voit le soleil se coucher après qu'il soit effectivement hors de l'axe horizon/soleil, mais on le voit de la même façon se lever avant qu'il n'aie atteint l'axe horizon/soleil à l'aube!
*elle est également déviée légèrement vers le sol par phénomène de réfraction, dû au passage du vide dans le milieu plus dense atmosphérique.
Le gain de temps a cependant un ordre de grandeur très faible, mais l'on peut déduire que la face éclairée par le soleil est toujours légèrement plus importante que la face sombre, à cause de ce phénomène de déviation gravitationnelle. Rien à voir donc, avec le fait que la lumière s'échappant du soleil mette 8 minutes et 20 secondes à nous atteindre! Lorsque le soleil se couche, la lumière arrivant approximativement en ligne droite, le soleil se trouve bel et bien dans la direction exacte (hors l'approximation précédemment citée) de ces rayons lumineux : tout simplement en face!
[1] Odenwald, S. F. 2004 - "How old is sunlight?" A classroom activity on the random walk problem
[1] Odenwald, S. F. 2004 - "How old is sunlight?" A classroom activity on the random walk problem
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