La vitesse de la lumière est la limite avec laquelle un objet matériel peut se déplacer dans l'espace, à moins, bien sûr, de prendre en compte des trous de ver hypothétiques, à l'aide desquels, selon des hypothèses, les objets peuvent se déplacer dans l'espace encore plus rapidement. Dans un vide idéal, une particule de lumière, un photon, peut se déplacer à une vitesse de 299 792 kilomètres par seconde, soit environ 1,079 milliard de kilomètres par heure. À première vue, cela peut sembler étonnamment rapide. Non, c'est en fait rapide. Mais à l'échelle cosmique, cette vitesse peut être extrêmement lente, surtout en ce qui concerne les communications radio et les vols vers d'autres planètes, en particulier celles en dehors de notre système solaire.
Pour permettre à quiconque de comprendre plus facilement les possibilités limitées de la vitesse de la lumière, le scientifique planétaire du Goddard Space Flight Center de la NASA, James O'Donoghue, a créé une série de vidéos animées.
Lors d'une conversation avec Business Insider, O'Donoghue a déclaré qu'il n'avait appris que récemment à créer ces animations. Son premier travail pour la NASA était de préparer une vidéo sur les anneaux de Saturne. Après cela, il a commencé à animer d'autres concepts spatiaux difficiles à comprendre, par exemple une comparaison visuelle des tailles et des vitesses de rotation des planètes du système solaire. Selon lui, ce travail, publié sur sa page Twitter personnelle, a suscité beaucoup d'intérêt.
Son dernier travail est une tentative de démontrer clairement à quel point les photons peuvent être rapides et en même temps lents.
Démonstration visuelle du mouvement des photons autour de la Terre
Dans la première animation, O'Donoghue a montré à quelle vitesse la lumière peut se déplacer par rapport à la Terre.
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L'équateur de notre planète mesure environ 40 000 kilomètres de long. S'il n'avait pas d'atmosphère (les particules qu'il contient peuvent ralentir un peu la lumière), alors un photon glissant le long de sa surface ferait presque 7,5 tours complets en 1 seconde (ou 0,13 seconde par tour).
Alors que la vitesse de la lumière semble être incroyablement rapide dans ce scénario, la vidéo démontre également qu'elle est finie.
La vitesse à laquelle la lumière se déplace entre la Terre et la Lune
Dans la deuxième vidéo, O'Donoghue couvre une plus grande distance - de la Terre à la Lune.
En moyenne, la distance entre notre planète et son satellite naturel est de 384 000 kilomètres. Cela signifie que le clair de lune vu dans le ciel parcourt cette distance en 1,255 seconde, et le trajet aller-retour, par exemple, lors de la transmission de messages radio entre la Terre et le vaisseau spatial, prendra 2,51 secondes.
Il convient de noter que ce temps augmente chaque jour, puisque chaque année la Lune s'éloigne de la Terre d'environ 3,8 centimètres (la Lune épuise constamment l'énergie de rotation de la Terre par interaction gravitationnelle-marée. Les conséquences de cet effet sont un changement d'orbite du satellite).
La vitesse à laquelle la lumière parcourt la distance entre la Terre et Mars
Dans la troisième vidéo, O'Donoghue a démontré un problème auquel de nombreux scientifiques planétaires doivent faire face quotidiennement.
Lorsque les employés de l'agence aérospatiale de la NASA tentent de télécharger et de recevoir des données d'un vaisseau spatial, par exemple, la même sonde InSight actuellement en fonctionnement sur Mars, les messages sont transmis à la vitesse de la lumière. Cependant, il ne suffit pas de contrôler l'appareil en «temps réel». Par conséquent, les équipes doivent être soigneusement pensées, aussi compressées que possible et orientées à l'heure et à l'endroit précis pour ne pas rater la cible.
La transmission la plus rapide des messages entre la Terre et Mars est possible au moment où les planètes sont au point d'approche le plus proche. Cependant, cela ne se produit qu'environ une fois tous les deux ans. De plus, même dans ce cas, nous sommes séparés par une distance d'environ 54,6 millions de kilomètres. La vidéo d'O'Donoghue montre qu'à cette distance, la lumière met 3 minutes et 2 secondes pour se rendre d'une planète à une autre, soit 6 minutes dans les deux sens.
En moyenne, la Terre et Mars sont séparés par une distance de 254 millions de kilomètres, donc en moyenne, la transmission bidirectionnelle des messages prend environ 28 minutes et 12 secondes.
Plus la distance est éloignée, plus l '«efficacité» de la vitesse de la lumière diminue
La limite de vitesse de la lumière crée encore plus de problèmes pour les vaisseaux spatiaux plus éloignés de la Terre. Par exemple, la même sonde New Horizons, qui est maintenant à 6,64 milliards de kilomètres de nous, ou Voyager 1 et Voyager 2, qui ont atteint le bord du système solaire.
Illustration de la "nanosonde" spatiale Breakthrough Starshot accélérée par un faisceau laser très puissant et dirigée vers le système stellaire Alpha Centauri.
La situation devient assez triste lorsqu'il s'agit de transmettre un message à un autre système stellaire. Par exemple, l'exoplanète la plus proche que nous connaissons, Proxima b, se trouve à environ 4,2 années-lumière (environ 39,7 billions de kilomètres). Même si nous prenons le vaisseau spatial le plus rapide du moment, la sonde solaire Parker, capable d'atteindre des vitesses de 343 000 kilomètres par heure, alors même il faudrait environ 13 211 ans pour atteindre Proxima b.
Nikolay Khizhnyak