La lumière

Qu'est-ce que la lumière? Quelle est sa vitesse de propagation? Qu'est-ce qu'une année-lumière? Voilà bien des questions que vous vous posez peut-être et auxquelles je vais tenter de répondre.

 

L'onde électromagnétique

 

 

Une onde électromagnétique est une perturbation qui se propage dans l'espace, composée de deux vibrations: la vibration d'un champ électrique (en bleu sur la figure) et la vibration d'un champ magnétique (en rouge).

Sa longueur d'onde λ est la longueur entre deux crêtes successives. 

 

La nature ondulatoire de la lumière 

La lumière envoyée par une source lumineuse (le Soleil, une étoile, vos ampoules) est constituée d'ondes électromagnétiques. 

Certaines de ces ondes  sont visibles: l'oeil est sensible aux ondes dont la longueur d'onde est comprise entre 400 et 800 nanomètres (un nanomètre est un milliardième de mètre), notre oeil perçoit les couleurs des longueurs d'onde associées. Ce sont les couleurs de l'arc-en-ciel ci-dessous lorsque la source lumineuse est le soleil:

 

 

 

 

 

 

 

On retrouve ces mêmes couleurs au spectroscope dans le spectre de la lumière du soleil ci-dessous:

 

 

 

 

 

La nature corpusculaire de la lumière

Planck en 1900  et Einstein en 1905 ont montré que la lumière était aussi constituée de corpuscules, de quanta: les photons.
Les photons sont des particules élémentaires de l'Univers, de masse et de charge électrique nulles.
Comment concilier du continu (les ondes) avec du discontinu (les photons)? C'est le paradoxe de la dualité onde-corpuscule.
La découverte de ces grains de lumière, les photons, a donné naissance à la physique quantique.

La vitesse de la lumière

Einstein a énoncé l'un des principes fondamentaux et révolutionnaires, à la base de sa théorie de la relativité: la vitesse de la lumière dans le vide est constante, quelle que soit la source de lumière. Cette vitesse est une constante universelle de la physique. Elle est égale à 299 792 458 m/s, voisine de 300 000 km/s.

 

L'année-lumière

L'année-lumière ne désigne pas un temps (comme le suggère le mot "année") mais une distance. 

L'année-lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année. 

 

Calculons cette distance (calcul en italique, que vous pouvez laisser tomber):

Rappelons qu'une année contient 365,25 jours, un jour contient 24 heures, une heure contient 60 minutes et  une minute contient 60 secondes. La durée d'une année est donc t =365,25 x 24 x 60 x 60 secondes, la vitesse de la lumière étant v=299 792 458 m/s, une année-lumière est: 

d = v t =299 792 458 x 365,25 x 24 x 60 x 60 mètres, soit avec votre calculatrice en arrondissant:                                d =  9 460 milliards de km. 

L' année-lumière est égale approximativement à 9 460 milliards de km.                                    

En Astronomie, il est plus commode et plus simple d'évaluer les distances en années-lumière. Exemples:

• Proxima Centauri, l'étoile la plus proche, est à 4,22 années-lumière.
• La galaxie la plus proche de nous est la galaxie d'Andromède, située à 2,5 millions d'années-lumière. Cela  signifie que la lumière venant de cette galaxie et qui nous arrive maintenant dans nos télescopes ou nos lunettes est partie de la galaxie il y a 2,5 millions d'années.
• Le trou noir M 87 est à 63 millions d'années-lumière.
  

 

J'espère vous avoir quelque peu éclairés de mes lumières!