Calcul des distances Terre-planètes très lointaines

[invitebfbf7ceb]

Bonjour,

Je voudrais savoir comment les gens calculent la distance qui sépare la Terre de, par exemple, Proxima du Centaure en plusieurs millions d'années.
Le calcul de telles distances m'a toujours étonne.
Par la triangulation on peut "facilement" calculer la distance Terre-Lune, mais pour des planètes aussi éloignées de plusieurs centaines d'années-lumière , comment les scientifiques font ???
Sont-ce des approximations fausses ou sérieusement vérifiées et vérifiables ?

Merci de votre secours.
-----

[mach3]

on utilise la parallaxe:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Paralla...llaxe_annuelle

m@ch3

[bintang]

Bonsoir,

Les methodes de mesure des distances d'étoiles sont très différentes suivant la distance de l'objet.

Pour les étoiles les plus proches, on utilise les méthodes basées sur la mécanique céleste, la mesure de la parallaxe annuelle par un satellite comme Hipparcos et bientot Gaia. On obtient de vraies mesures de distance sur quelques centaines de milliers d'étoiles avec une incertitude de plus en plus grande avec la distance (les catalogues d'étoiles Hipparcos de 120 000 étoiles et Tycho d'un million d'étoiles). On a mesuré la distance réelle des étoiles jusqu'a quelques milliers d'AL (Deneb).

Un peu d'histoire. La premiere mesure de ce type a été faite par Bessel en 1838 sur l'étoile 61 Cygni (parallaxe de 0,35" a une distance de 10,3 AL). Tycho Brahé (1600) avait estimé que si la Terre tournait autour du Soleil on devrait mesurer la parallaxe sur les étoiles, hors ce n'était pas le cas. Donc la Terre était fixe ! A cette époque, on avait aucune idée de l'immensité de l'univers. D'ailleurs Cassini avait été surpris par la mesure de la distance Terre Mars (mesure de parallaxe de 15" d'arc entre Paris et La Guyanne lors de l'opposition de Mars de 1672)

Ces mesures physiques réelles, ont permis d'etalonner la luminosité des étoiles en fonction de leur type spectral sur le diagramme HR. C'est la base pour la suite.

Pour les distances plus importantes, on fait des mesures de magnitude réelle par photométrie ou spectroscopie et on compare avec la magnitude que devrait avoir une étoile du meme type si elle était à une distance de 1 parsec (Parallaxe de 1 seconde d'arc, un peu plus de 3 AL).

Si on s'éloigne encore, on utilise des chandelles cosmiques, des étoiles variables de type ceipheides par exemple dont on connait la courbe de luminosité en fonction de la periode de pulsation de l'étoile (Henrietta Leavitt).

C'est avec cette méthode que la distance de la galaxie d'Andromède a été (un peu faussement) estimée par Hubble à une distance de 900 000 AL (au lieu de 2 Millions d'AL). L'Univers venait de changer de taille ! En 1917 on croyait que l'Univers se limitait à notre Galaxie (H.Shapley)

Pour les très grandes distances, on utilise d'abord des 'phares cosmiques', supergéantes, supernovae, dont on connait aussi la luminosité, et enfin le red shift, le decalage du spectre vers le rouge pour les distances en milliards d'AL.

Vesto Slipher en 1912 mesure le red shift sur les 'nebuleuses spirales' (les galaxies) et Hubble va donner l'explication, la fuite des galaxies.

On procède donc de proche en proche, avec des methodes dont les incertitudes de mesures vont grandissantes.

Jean

[invitebfbf7ceb]

Re-

merci pour vos réponses.
Je crois que ce que vous appelez parallaxe est ce que j'appelle triangulation.
Je comprends bien ce système de mesure pour les étoiles les plus proches, mais pour les objets plus lointains, vraiment très lointains... comment fait-on ? Ex : proxima du centaure, comment fait-on pour mesurer une distance en plusieurs millions d'années-lumière ? Est-ce que ces mesures sont vraiment fiables et sérieuses ?
Crdlmt

[A voir en vidéo sur Futura]

[f6bes]

comment fait-on pour mesurer une distance en plusieurs millions d'années-lumière ? Est-ce que ces mesures sont vraiment fiables et sérieuses ?
Crdlmt

Bjr à toi,
Reste à savoir ce que tu "interprétes" par le mot FIABILITE et SERIEUSE.!

L'astronomie est une science qui évolue dans le temps en fonction des POSSIBILITES techniques.
Donc au "début" on s'est donc contenté de la mesure par "parallaxe" (triangulation) avec une "certaine" préçision qu'en permettaient l'instrumentation de l'époque.
Depuis l'instrumentation a évolué et la préçision aussi , les SATELLITES ont permis d'AFFINER les choses !
Et les "chose" continueront d'etre " affiner". C'est dans ce sens qu'il faut "comprendre" la science et la technologie.
On réduit la marge d'erreur au fil des progrés.
A+

[invitebfbf7ceb]

Re

Donc, c'est toujours de la triangulation, mais par satellite cette fois ?
N'est-ce pas compliqué car il faut avoir une idée porécise de la position dudit satellite ? Comment ça se passe ? on prend des photos par satellite ? Et on analyse ça ensuite sur Terre ?

[Gloubiscrapule]

Suffit de regarder la position d'une étoile, puis ensuite la même étoile mais 6 mois plus tard. La Terre s'est déplacée de 300 millions de kilomètres ce qui fait que la position apparente de l'étoile a changée. En fonction de ce décalage on remonte à la distance de l'étoile. Les satellites permettent de mesurer des variations très infimes...

[bintang]

Je crois que ce que vous appelez parallaxe est ce que j'appelle triangulation.

Oui, mais avec une precision de l'ordre du mas (milli arc seconde) pour Hipparcos et sera environ mille fois meilleur pour Gaia pour des magnitudes équivalentes (<12)

... mais pour les objets vraiment très lointains... comment fait-on ? Ex : proxima du centaure, comment fait-on pour mesurer une distance en plusieurs millions d'années-lumière ? Est-ce que ces mesures sont vraiment fiables et sérieuses ?

Proxima du Centaure est à un peu plus de 4 années lumiere et non pas à des millions d'années lumiere, qui représente une distance intergalactique (distance de la galaxie d'andromède ...).

[invitebfbf7ceb]

Proxima du Centaure est à un peu plus de 4 années lumiere et non pas à des millions d'années lumiere, qui représente une distance intergalactique (distance de la galaxie d'andromède ...).

par exemple, quelle méthode, quels calculs, ont permis d'arriver a ce chiffre ?
Crdlmt

[Carcharodon]

Lorsque la triangulation n'est plus possible a cause de la distance, on utilise la luminosité.
Avec, comme étalon, les céphéides.

[invitebfbf7ceb]

Très bien. Je vous remercie de votre intervention.
Pourriez-vous m'expliciter cette méthode svp ?
Crdlmt

[Carcharodon]

Il te suffit de lire le lien que j'ai mis

=>

Dès lors que l'on connaît la période d'une céphéide, aisément mesurable, la relation période-luminosité permet de déterminer l'éclat intrinsèque de cette étoile. Par une simple comparaison avec son éclat apparent, on en déduit sa distance, et donc celle de la galaxie qui l'abrite.

[invitebfbf7ceb]

Vous n'avez pas un exemple concret avec ses calculs svp ? Car ce que vous dîtes reste très théorique pour moi...

[Carcharodon]

D'abord c'est pas moi qui te le dit, c'est wiki
Moi, je ne suis qu'un perroquet.

Pour le principe général :

Le modèle standard de physique permet de déterminer la luminosité d'une étoile en fonction de sa masse et de son type.
Il suffit donc d'observer les variations de luminosité, pour en déduire son type.
Si on connait son type, on connait sa luminosité absolue, et il suffit de comparer celle-ci avec celle que l'on reçoit pour en déduire sa distance.

Je suis sorti du wiki, donc je ne suis pas a l'abri de dire des bêtises !!
Pas grave, c'est l'endroit idéal pour se faire corriger !

Pour les calculs, j'en suis incapable.
Mais nul doute que tu vas en avoir.

édit : j'ai déjà corrigé une bêtise

[Gloubiscrapule]

par exemple, quelle méthode, quels calculs, ont permis d'arriver a ce chiffre ?
Crdlmt

La parallaxe.

C'est comme quand tu tends ton doigt devant toi et que tu fermes l'oeil droit puis l'oeil gauche, tu verras ton doigt se déplacer par rapport à l'arrière plan. C'est pareil avec la Terre quand elle tourne autour du soleil (l'oeil droit et l'oeil gauche représente 2 positions à 6 mois d'intervalle) et avec les étoiles proches (le doigt): ces dernières se déplacent par rapport aux étoiles lointaines (l'arrière plan).
Voici un schéma pour mieux comprendre:



Une fois qu'on mesure l'angle (qu'on appelle la parallaxe) on remonte à la distance D en utilisant simplement le rayon de l'obite terrestre, grâce à la formule:



Pour proxima du centaure, on mesure une parallaxe de 772 mas, soit environ 0,0002°. Ce qui nous donne une distance d'environ 4,23 années lumières!!

[Carcharodon]

Il est pas réveillé aujourd'hui le Gloubiscrapule !!
Le monsieur te demande l'explication pour l'étalonnage des céphéides, il a parfaitement pigé la parallaxe

[invitebfbf7ceb]

La parallaxe.

C'est comme quand tu tends ton doigt devant toi et que tu fermes l'oeil droit puis l'oeil gauche, tu verras ton doigt se déplacer par rapport à l'arrière plan. C'est pareil avec la Terre quand elle tourne autour du soleil (l'oeil droit et l'oeil gauche représente 2 positions à 6 mois d'intervalle) et avec les étoiles proches (le doigt): ces dernières se déplacent par rapport aux étoiles lointaines (l'arrière plan).
Voici un schéma pour mieux comprendre:



Une fois qu'on mesure l'angle (qu'on appelle la parallaxe) on remonte à la distance D en utilisant simplement le rayon de l'obite terrestre, grâce à la formule:



Pour proxima du centaure, on mesure une parallaxe de 772 mas, soit environ 0,0002°. Ce qui nous donne une distance d'environ 4,23 années lumières!!

Pour Proxima du centaure, quels ont été les points d'observation ?

[Carcharodon]

Pour Proxima du centaure, quels ont été les points d'observation ?

huh ?
Tu veux dire les observatoires ?
Parce que le point d'observation, c'est la terre, de n'importe ou, on s'en fout un peu vu la taille ridicule de la terre par rapport a la taille de son orbite (12.000 km de diamètre terrestre comparé a 300 millions de km de diamètre orbital)

Un petit complément sur les céphéides serait tout de même le bienvenu, svp, Gloubiscrapule
thx !

[invitebfbf7ceb]

huh ?
Tu veux dire les observatoires ?
Parce que le point d'observation, c'est la terre, de n'importe ou, on s'en fout un peu vu la taille ridicule de la terre par rapport a la taille de son orbite (12.000 km de diamètre terrestre comparé a 300 millions de km de diamètre orbital)

Un petit complément sur les céphéides serait tout de même le bienvenu, svp, Gloubiscrapule
thx !

Ca m'étonnerait que ce soit un point d'observation sur la Terre.

[mach3]

Ca m'étonnerait que ce soit un point d'observation sur la Terre.

ben que ça t'étonne ou pas, c'est comme ça que ça a été fait pendant plus d'un siècles. Aujourd'hui c'est fait depuis des satellites, mais 1838, date à laquelle la première mesure de parallaxe annuelle à été mesuré par Bessel il n'y avait pas d'autre point d'observation possible...

Au fait, j'ai un peu peur de savoir où tu veux en venir à la fin...

m@ch3

[Carcharodon]

Ca m'étonnerait que ce soit un point d'observation sur la Terre.

Et pour quelle(s) raison(s) ça t'étonnes que ça soit un point d'observation terrestre ??
L'explication de Gloubiscrapule montre qu'on se moque de l'endroit de la terre a partir duquel la mesure est faite, que ça soit du sol ou de l'espace, de la Sibérie ou de la Nouvelle Zélande, quelques milliers de kilomètres, ça reste du détail totalement insignifiant en comparaison de la taille de l'orbite terrestre de 300 millions de kilomètres.
C'est un peu comme si tu disais, lorsque tu veux faire le point sur un bateau : il faut que je sois dans le cockpit, car si je suis a l'avant du bateau, mon point va être faux.
Dans la réalité on s'en moque totalement de l'endroit du bateau ou tu fais le point, car, comme pour la parallaxe, l'erreur induite est de toute façon totalement négligeable par rapport a la précision toute relative de la mesure.

Au fait, j'ai un peu peur de savoir où tu veux en venir à la fin...

Heuu, moi pas ! si tu pouvais nous éclairer, stp !

Sinon, je rappelle que le titre de ce topic n'est pas bon : on ne mesure pas une distance aux planètes lointaines mais aux étoiles lointaines.
La distance des exoplanètes n'est donc connue qu'a partir de la mesure de distance de leur étoile.

Sinon, un complément au sujet des céphéides =>

Henrietta Leavitt, dans les années 1910 1920, à l'université Harvard, classe les céphéides des nuages de Magellan. Elle s'aperçoit que les périodes des céphéides sont d'autant plus grandes que celles-ci sont brillantes. Elle trouve une relation liant la période de variation (temps entre deux maximum ou minimum) à la moyenne de la luminosité apparente de ces étoiles, et donc à leur luminosité absolue, puisque la distance des étoiles entre elles à l'intérieur du nuage est négligeable par rapport à leur distance à la Terre. Ainsi, il suffit de mesurer la distance d'une de ces céphéides (par exemple par la méthode de la parallaxe) pour obtenir une relation générale liant leur période et leur luminosité absolue. Et ainsi pouvoir déterminer la distance de n'importe quelle autre céphéide observée. Cette mesure a été réalisée pour la première fois en 1916, à l'université Harvard, par Harlow Shapley qui a complété la découverte d'Henrietta Leavitt. À partir de cette date, les céphéides sont devenues une référence pour mesurer la distance des étoiles ou de galaxies de plus en plus éloignés dans l'Univers. Malheureusement cette méthode est limitée à la distance maximale à laquelle on peut observer une étoile située dans une galaxie.

Qui est quand même bien mieux que ma précédente explication, et qui vient de là.

[invitebfbf7ceb]

Vous commencez par dire qu'il y a deux méthodes de calcul de ces distances. Vous me parlez des "céphéides" (j'ai toujours rien compris), et sur le passage que vous citez, il est dit que cette méthode dite des "céphéides" est en fait basée sur... la méthode que j'appelle triangulation et que vous appelez parallaxe...

Mais dîtes-moi, il n'y a donc qu'une seule méthode : celle de la parallaxe puisque c'est celle qui définit celle des céphéides !

Le problème reste donc entier. Comment mesurer par la méthode de la parallaxe (je préfère le terme plus simple de triangulation) des distances aussi lointaines que plusieurs millions d'années-lumière ???
Pour moi ça reste une énigme entière !

Aussi si quelqu'un pouvait donner le détail précis des calculs qui par exemple ont donné la distance Terre-Proxima du Centaure, je suis preneur.

Crdlmt.

[Carcharodon]

Vous me parlez des "céphéides" (j'ai toujours rien compris)

Ma citation est pourtant on ne peut plus claire... l'as tu lu ?

Futura2000, prends le temps de bien lire pour saisir les explications, stp.
On parle ici de deux méthodes totalement différentes qui ont chacun leur propre domaine d'application.

La parallaxe, c'est pour les objets "proches" (les étoiles proches de notre galaxie), les céphéides, c'est pour les objets plus lointains (jusqu'a 80Mal, en dehors de notre galaxie)

La méthode des céphéides n'a rien a voir (étalonnage non compris, évidemment) avec un calcul tel que celui de la parallaxe contrairement a ce que tu as cru comprendre (alors qu'on a bien précisé la différence).

Elle se sert de la variation lumineuse d'étoiles dont on connait le rapport entre la période de variation lumineuse et l'éclat absolu.
Ce qui permet, en regardant cette période, de savoir quelle est la luminosité absolue de cette étoile et de la comparer avec ce qu'on en reçoit vraiment sur terre, pour en déduire une distance (luminosité absolue/luminosité relative).

Dans le premier cas, on procède a une parallaxe, dans le deuxième on se sert donc de la luminosité.

(je préfère le terme plus simple de triangulation)

Tu ferais mieux d'essayer de comprendre pourquoi il existe un terme officiel différent, plutôt que de tenter d'en utiliser un autre sans connaitre les raisons qui ont présidé cette appellation.

Si y a un nom officiel, c'est qu'il y a une raison .

En l'occurrence, la différence entre la triangulation et la parallaxe, c'est que dans le premier cas il n'y a pas de changement de position de l'observateur, alors que dans le deuxième cas, si.

[Carcharodon]

En complément, pour être tout a fait clair au sujet des céphéides :

Il a bien fallu, au début, relier la luminosité des céphéides a une distance.
Pour ça, il a fallu les étalonner : on a pris les céphéides les plus proches, mesurables grâce a la parallaxe, afin de déduire une distance de la force de leur éclat.
Une fois qu'on a cet étalon, il suffit alors de s'en servir pour mesurer les céphéides trop lointaines pour mesurer leur distance avec la parallaxe, en se servant désormais de leur éclat.

[Carcharodon]

... sachant que leur éclat, leur luminosité absolue, dépend de leur période (minimum/maximum) de luminosité.

Je ne connais pas du tout les détails qui relient la période avec la luminosité absolue, mais le principe n'est pas difficile a comprendre : telle étoile a une période de "tant" donc elle a une luminosité absolue de "tant".
Or, de la terre on reçoit une luminosité de "tant", on compare donc la luminosité absolue avec celle reçue sur terre, et on obtient une distance.

[invitebfbf7ceb]

Certes, mais la base des céphéides ça reste la parallaxe !
Soyez précis, donnez-moi un exemple de mesure de distance avec cette méthode. J'ai bien compris le principe de calcul des céphéides, mais ce qui m'étonne, c'est qu'on emploie la parallaxe pour mesurer des distances aussi lointaines. Et forcément si le calcul parallaxe n'est pas précis, le calcul des céphéides le sera encore moins.

[Gloubiscrapule]

C'est simple on mesure la distance de plusieurs céphéides proches avec la parallaxe. Ensuite en regardant leur luminosité apparente, on peut en déduire leur luminosité absolu (avec l'aide de la distance qui est connue).
On arrive à établir une loi générale qui relie cette luminosité absolue à la période d'oscillation de la luminosité.
Maintenant qu'on a cette loi étalonnée, on peut s'en servir sur les céphéides plus lointaines, pour connaitre leur luminosité absolue, et en comparant à leur luminosité apparente, on CALCULE la distance.

Donc oui la méthode des céphéides dépend de la parallaxe, et toutes les autres méthodes de mesure des distances sont étallonées avec d'autres méthodes. Un peu comme des étages, avec au rez dechaussée la parallaxe. Donc oui si la méthode de la parallaxe est imprécise c'est encore pire pour les autres méthodes, ce qui fait que plus un objet est loin et plus l'imprécision est grande.
D'ailleurs Hubble s'est servi des céphéides pour établir sa loi de Hubble qui permet de mesurer la distance des galaxies.

Aussi si quelqu'un pouvait donner le détail précis des calculs qui par exemple ont donné la distance Terre-Proxima du Centaure, je suis preneur.

Je l'ai donné dans un message précédent...

[Carcharodon]

Certes, mais la base des céphéides ça reste la parallaxe !

L'étalonnage seulement et uniquement !
Le truc qui a été fait en 1916 par Harlow Shapley suite aux travaux de Henrietta Leavitt (relis ma citation a ce sujet un peu plus bas)
C'est a dire les premières mesures qui permettent d'établir une relation entre la luminosité et la distance.
Comme le dit Gloubiscrapule, c'est le 1er étage (plutôt que le rez de chaussée) : tu mesures la distance entre le rez de chaussée (la terre) et le premier étage (les plus proches céphéides), et après tu peux mesurer le nombre des autres étages (céphéides lointaines) grâce a cet étalon.
Alors que tu serais incapable de mesurer directement les derniers étages avec la méthode de parallaxe a cause de la totale imprécision de ce type de mesure à ces distances.

Pour savoir qu'un truc est a 10 kilomètre, il faut bien, auparavant, avoir défini ce qu'est le mètre.
C'est la même chose ici : on prend une céphéide suffisamment proche pour pouvoir la mesurer avec la parallaxe, et en tirer "une loi" qui dit : cette céphéide, qui a cette brillance absolue due a cette période (c'est le modèle standard qui permet de savoir ça), on est capable, parce qu'elle est très proche, de savoir, grâce a la parallaxe, quelle est sa distance exacte.

Et on est donc capable de relier sa luminosité apparente a sa distance, car on sait que si elle a telle période entre deux maximum (ou minimum, c'est identique) de luminosité, ça signifie qu'elle a telle luminosité absolue :

Le truc clignote tout les "tant", a donc une luminosité absolue de "tant".

Or, de la terre on reçoit seulement "tant" de luminosité.
reste juste a comparer la luminosité absolue (si on était juste a coté de l'étoile) et relative (celle qu'on reçoit sur terre) et on obtient une distance.

Mais les seules parallaxe utilisées ici on servit, au début du processus, a établir ce lien causal entre luminosité absolue des plus proches céphéides et distance mesurées par la parallaxe, afin de ne plus avoir besoin de la parallaxe pour mesurer celle qui sont beaucoup trop loin pour pouvoir le faire.

Il faut bien distinguer l'étalonnage, qui est un établissement de norme, des mesures postérieures qui se basent sur cet étalonnage, pour mesurer des trucs beaucoup plus loin, grâce a lui.

[Carcharodon]

Et forcément si le calcul parallaxe n'est pas précis, le calcul des céphéides le sera encore moins.

C'est d'ailleurs ici un des problèmes rencontré : la moindre incorrection dans étalonnage se répercute forcément sur les résultats donnés par son utilisation.

Je ne connais pas la fourchette de précision, elle reste "correcte", mais ce n'est pas d'une précision millimétrique, c'est clair.

Cette méthode permet néanmoins d'avoir la plus grande précision possible actuellement dans la mesure de distance des astres lointains, jusqu'à 80 Mal.

Au delà, on n'arrive plus a distinguer les étoiles dans les galaxies.
donc on ne peut plus se baser sur l'éclat des céphéides, puisqu'on ne les distingue plus du reste.

[Carcharodon]

La phrase la plus incroyable mais vraie de ce topic, c'est tout de même celle-ci :

En 1917 on croyait que l'Univers se limitait à notre Galaxie (H.Shapley)

C'est quand même dingue quand on y pense...
Que de progrès depuis, en si peu de temps a l'échelle de notre espèce !

Je m'aperçois d'ailleurs, a posteriori, que bintang avait fait une explication remarquable et particulièrement exhaustive des différents types de mesure de distances.
Moi aussi j'aurais du mieux lire...