Espace : si le soleil disparaissait maintenant, la Terre serait plongée dans l’obscurité huit minutes plus tard

Si le soleil venait à s’éteindre maintenant, nous plongerions dans l’obscurité complète en moins de dix minutes. Cependant, si le son pouvait se déplacer dans l’espace aussi rapidement que dans l’air, le dernier grondement du soleil continuerait à nous parvenir pendant presque 14 ans, car la lumière se déplace 874 000 fois plus rapidement.

Environ 499 secondes sont nécessaires à la lumière pour parcourir une unité astronomique, tandis qu’une onde sonore fictive se déplaçant dans l’air à 20 °C mettrait 13,82 ans, bien que l’espace ne puisse pas la transporter.

Si le soleil venait à disparaître soudainement, la Terre ne s’en rendrait pas compte tout de suite. Les derniers rayons du soleil, déjà en route, continueraient à arriver. Ce n’est qu’après que ces derniers photons auront traversé l’espace entre le soleil et la Terre que la partie éclairée de notre planète perdrait la lumière directe du soleil en seulement 8 minutes et 19 secondes. En utilisant le son comme référence, on peut établir une distance équivalente en années. À une vitesse de 343 mètres par seconde, la vitesse du son dans l’air à 20 °C, le trajet prendrait environ 13,82 ans. En comparaison, la lumière se déplace dans le vide environ 874 030 fois plus rapidement.

Il est important de noter que ce calcul est une expérience de pensée et non une prévision ou un événement solaire physiquement réalisable. En effet, le son ne peut pas se propager du soleil à la Terre à travers le quasi-vide de l’espace interplanétaire. Toutefois, cette expérience de pensée s’avère utile car elle met en lumière les différences significatives entre les vitesses de propagation du son et de la lumière sur une distance astronomique. Il est crucial de comprendre que la condition “si” est essentielle pour la validité de cet exercice. Concernant les distances au sein du système solaire, la NASA a établi une distance moyenne entre le soleil et la Terre d’environ 149,6 millions de kilomètres, avec un temps d’exposition à la lumière solaire de 8,3 minutes. Les astronomes désignent cette distance comme une unité astronomique, ou 1 UA. La longueur précise est de 149 597 870 700 mètres.

La vitesse de la lumière dans le vide est de 299 792 458 mètres par seconde. En divisant l’unité astronomique par cette vitesse, on obtient 499,0048 secondes, soit 8 minutes et 19,0048 secondes. Ainsi, l’expression “huit minutes” dans le titre est une simplification et ne correspond pas à l’heure d’arrivée exacte.

L’orbite de la Terre autour du soleil est légèrement elliptique, entraînant des variations de la distance réelle au cours de l’année. Par conséquent, le temps de parcours de la lumière varie de quelques secondes autour de la moyenne. Dans le cadre d’une réflexion théorique, si le soleil venait à disparaître de manière fictive alors que la Terre est près du périhélie, le signal de cette disparition serait reçu légèrement plus tôt que s’il se produisait à l’aphélie, le point de l’orbite de la Terre où elle est la plus éloignée du soleil. Dans cette pensée, il n’est pas nécessaire d’être précis à la milliseconde ; il suffit de prendre la moyenne pour avoir une idée de l’échelle.

Pour illustrer ce concept, remplaçons la vitesse de la lumière par 343 mètres par seconde. En divisant la distance de 149 597 870 700 mètres par cette vitesse, on trouve 436 145 396 secondes, ce qui équivaut à un peu plus de 5 048 jours ou 13,82 ans, en prenant en compte une année de 365,25 jours. Le “13,82” du titre vient de cette opération mathématique. Le “874 000” du titre provient d’une autre opération : en divisant 299 792 458 (la vitesse de la lumière en m/s) par 343, on obtient 874 030,49. En arrondissant à trois chiffres significatifs, on constate que la lumière se déplace 874 000 fois plus rapidement.

Il est important de noter que la vitesse du son n’est pas une constante universelle ; elle varie en fonction du matériau et, dans le cas des gaz, en fonction de divers facteurs, dont la température. Par exemple, à 0 °C, la vitesse du son est d’environ 331 mètres par seconde, ce qui augmenterait le temps de voyage théorique à environ 14,3 ans. Le chiffre de 13,82 ans est basé sur la vitesse du son de 343 mètres par seconde.

Le son, une onde mécanique, se propage grâce à une perturbation qui entraîne l’accélération des particules, permettant le transfert d’énergie à travers différents états de la matière (solides, liquides, gaz ou plasmas). En revanche, la lumière est un rayonnement électromagnétique. Selon la NASA, la lumière peut voyager à travers le vide, alors que le son a besoin d’un support. L’espace entre les planètes n’est pas totalement vide sur le plan mathématique ; il contient du plasma, de la poussière et quelques particules neutres. Cependant, il diffère grandement d’une colonne d’air classique. Les particules présentes près de l’orbite terrestre sont trop rares pour que le son émis par le soleil puisse être entendu par l’oreille humaine.

Visualiser une unité astronomique remplie d’air à température ambiante pose des défis bien plus complexes que le simple calcul du temps de trajet. Une telle quantité d’air aurait sa propre masse et gravité, serait ionisée et chauffée, et ne resterait pas uniforme ou stationnaire. Une onde de pression se propagerait, se réfracterait et perdrait de l’énergie. Le chiffre de 13,82 ans ignore toute cette complexité physique et se concentre uniquement sur le temps qu’il faut à un objet se déplaçant à 343 mètres par seconde pour parcourir cette distance.

Il n’est pas complètement aléatoire de qualifier le son final de rugissement du soleil. En effet, le soleil possède des ondes de pression réelles. Près de sa surface visible, la convection génère constamment des oscillations qui se déplacent à travers l’intérieur du soleil et reviennent à la surface. Ces oscillations sont décrites par l’Observatoire solaire et héliosphérique de la NASA et de l’ESA. Elles sont des ondes sonores solaires dont la période est d’environ 5 minutes. Seules certaines combinaisons de longueur d’onde horizontale et de période résonnent ensemble. La structure de ces ondes contient des données sur la composition, la structure et le mouvement internes du soleil, qui sont autrement invisibles.

Dans un scénario catastrophe totalement hypothétique, le soleil visible resterait le même pendant environ 499 secondes, car tous les photons atteignant la Terre auraient déjà quitté notre planète. Lorsque la dernière lumière directe du soleil arriverait, le ciel lumineux et diurne s’écroulerait. La Terre ne plongerait pas dans l’obscurité totale : les lumières artificielles, les étoiles et la lumière réfléchie tardivement resteraient. Cependant, la principale source de lumière du jour et la majorité de l’énergie solaire directe sur la surface du soleil disparaîtraient. Néanmoins, la disparition du soleil étant une impossibilité, il n’existe pas de séquence physique complète à modéliser, bien que les divers messagers ne s’arrêteraient pas tous en même temps.

En ce qui concerne le son émis par le soleil, le calcul du temps de propagation ne prend pas en compte l’intensité sonore. En effet, le niveau sonore nécessite une amplitude de pression au niveau de l’auditeur, tandis que le trajet est influencé par la géométrie, la diffusion, l’absorption et les propriétés du milieu. Aucune de ces variables n’est prise en compte dans la division qui donne 13,82 ans. Cela ne signifie pas non plus que la Terre entendrait une seule note continue dès la disparition du soleil.

Dans ce système imaginé, la Terre continuerait à recevoir les ondes acoustiques déjà réparties le long du trajet. La dernière onde émise avant la disparition du soleil arriverait après un délai de 13,82 ans. Le contenu de ce signal dépendrait du milieu hypothétique et de la source.  Pour ne rien louper de l’actualité liée à l’espace, inscrivez-vous à la newsletter btlv.

Bob Bellanca (rédaction btlv source Space Daily – photo home page)