Aujourd'hui, la vitesse de la lumière est à la base de la majorité des travaux d'astrophysique. On connait sa valeur exacte (299 792 km/s), qui permet de comprendre à quelle distance se situent les étoiles qui nous entourent dans l'espace. Mais cela n'a pas toujours été le cas. La première détermination de la vitesse de la lumière date de 1676, il y a 340 ans. Un anniversaire que Google a décidé de fêter ce mercredi 7 décembre avec l'un de ses célèbres Doodle.
C'est l'astronome danois Ole Römer qui en est à l'origine. Jusqu'alors, la majorité des savants pensaient que la lumière n'avait pas de vitesse, qu'elle était instantanée. Quelques années avant l'expérience, Galilée pensait différemment. Il voulut donc déterminer la vitesse de la lumière. Mais ses expériences ne furent pas concluantes. En effet, il utilisa des distances de seulement quelques kilomètres, entre deux humains, ce qui ne marchait évidemment pas, la lumière se déplaçant beaucoup trop vite.
Ole Römer, lui, a eu son idée en observant Jupiter et l'une de ses lunes, Io, explique l'association d'astronomie la Ferme des étoiles. Celle-ci disparaît parfois du télescope d'Ole Römer. Logique: comme elle tourne autour de la géante gazeuse, Io est parfois cachée à nos yeux par la planète. Ce qui est moins logique, c'est que Io ne semble pas toujours se cacher au même moment. Or, selon les lois de la physique, un satellite tourne autour de sa planète avec une régularité de métronome.
Une image pour comprendre
L'astronome se dit alors que la seule chose qui change, c'est la position de la Terre par rapport à Jupiter. Les deux planètes tournent autour du soleil, mais pas à la même vitesse. Sauf que si la lumière est instantanée, cela ne devrait rien changer. Ole Römer a donc calculé le temps mis par Io pour faire un tour complet de Jupiter à différents moments de l'année, en août et en novembre.
Voici le schéma qu'avait imaginé l'astronome (qui se retrouve d'ailleurs dans le Doodle de Google):
Cette vidéo permet de mieux comprendre ce qu'il se passe dans le ciel:
Sur une révolution de 42 heures et demi environ, l'astronome trouve une différence de 10 minutes entre ses observations de novembre et août. Une rapide équation, en prenant en compte les distances entre la Terre, Jupiter et le Soleil lui permet de calculer la vitesse de la lumière.
Celle-ci est d'environ 220 000 km/s. Si vous avez bien suivi, vous devez vous dire que Römer s'est trompé, car la vitesse de la lumière est de 299 792 km/s. En fait, c'est logique, précise la Ferme des étoiles. Pour calculer des distances dans l'espace, on utilise l'UA (unité astronomique), qui correspond à la distance entre la Terre et le soleil.
Sauf qu'au XVIIe siècle, les astronomes ont mal estimé cette UA. Logiquement, cela a donc faussé le calcul. Si Ole Römer avait utilisé la vraie distance entre la Terre et le Soleil pour son expérience, son calcul de la vitesse de la lumière aurait été de 298 000 km/s, bien plus proche de la réalité.
Depuis, bien sûr, de nombreuses méthodes et instruments nous ont permis d'être de plus en plus précis sur ce calcul si important. Car il faut bien se rappeler que la vitesse de la lumière (et surtout son invariabilité dans le vide) est un des principes essentiels de la théorie de la relativité d'Albert Einstein. Ole Römer a jeté les bases, comme tant d'autres, de la physique moderne.
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