Système astronomique d'unités

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Le système astronomique d'unités, formellement nommé Système de constantes astronomiques de l'Union astronomique internationale (UAI) de 1976 (en anglais IAU (1976) System of Astronomical Constants), est un système d'unités développé par l'UAI pour l'astronomie.

Historique[modifier | modifier le code]

Il fut adopté par l'Union astronomique internationale (UAI) en 1976[1] et a été mis à jour de façon notable en 1994 et 2009 (voir constantes astronomiques).

Raisons de la création[modifier | modifier le code]

Le système fut développé en raison des difficultés de mesurer et d'exprimer des données astronomiques dans le système international d'unités (unités SI). En particulier, il y a un nombre important de données précises faisant référence à la position des objets dans le Système solaire qui ne peuvent pas convenablement être exprimées ou utilisées dans le cadre du système international. À travers un certain nombre de modifications, le système astronomique d'unités reconnaît explicitement les conséquences de la relativité générale, ce qui devait nécessairement être ajouté au système international d'unités pour traiter de façon précise les données astronomiques.

Le système[modifier | modifier le code]

Le système astronomique d'unité est un système tridimensionnel : il est constitué d'une unité de longueur, d'une de masse et d'une de temps. Les constantes astronomiques associées fixent également les différents référentiels nécessaires aux observations[2].

Ce système d'unité est purement conventionnel : ni l'unité de longueur (jusqu'en 2012 tout du moins) ni l'unité de masse ne sont de véritables constantes physiques et il existe au moins trois mesures différentes du temps.

L'unité astronomique de temps : le jour[modifier | modifier le code]

Article principal : jour.

L'unité astronomique de temps est le jour défini comme valant 86 400 secondes. 365,25 jours constituent une année julienne[1]. Le symbole du jour dans le système astronomique d'unités est « D » (en majuscule, alors que c'est « d » dans le système international d'unités).

L'unité astronomique de masse : la masse solaire[modifier | modifier le code]

Article principal : masse solaire.

L'unité astronomique de masse est la masse solaire[1]. Le symbole de la masse solaire dans ce système d'unité est « S », bien que M (M pour masse, ☉ étant le symbole du Soleil) soit très souvent utilisé.

La masse solaire est une unité usuelle en astronomie pour exprimer la masse des autres étoiles ou de galaxies et autres structures plus importantes. Par définition, cette masse est égale à celle du Soleil, soit 1,988 92×1030 kilogrammes, environ 333 000 fois la masse de la Terre ou 1 048 fois celle de Jupiter.

En pratique, la masse des corps célestes n'apparaissent dans la dynamique du Système solaire que sous la forme du produit GM, où G est la constante de gravitation. Dans le passé, la valeur du produit GM du Soleil ne pouvait être déterminée expérimentalement qu'avec une précision limitée. Sa valeur aujourd'hui acceptée est[3] GM = (1,327 124 420 99×1020 ± 1010)⋅m3⋅s−2.

Autres unités de masse, hors système UAI, usuelles en astronomies[modifier | modifier le code]

Les unités suivantes ne font pas partie du système UAI d'unités mais sont communément utilisées en astronomie.

La masse jovienne[modifier | modifier le code]
Article principal : masse de Jupiter.

La masse jovienne, ou masse de Jupiter, abrégée en MJ, MJup, MJUP ou encore M, est par définition une unité de masse égale à celle de la planète Jupiter, soit 1,898 6×1027 kilogrammes ou 0,000 954 59 masse solaire ou encore 317,80 masses terrestres. Cette unité est principalement utilisée pour des objets dont la masse est de l'ordre de grandeur de celle de Jupiter, c'est-à-dire les planètes géantes et les naines brunes.

La masse terrestre[modifier | modifier le code]
Article principal : masse de la Terre.

La masse terrestre, ou masse de la Terre, abrégée en MT, ME (d'après l'anglais Earth) ou plus souvent M, est par définition une unité de masse égale à celle de la planète Terre, soit 5,974 2×1024 kilogrammes ou 0,000 003 003 7 masse solaire (1/332 950) ou encore 0,003 146 6 masse jovienne. La masse terrestre est le plus souvent utilisée pour des objets de masse terrestre, c'est-à-dire des planètes telluriques, super-Terres ou satellites naturels massifs.

Autres unités[modifier | modifier le code]

La masse des autres planètes et de certains objets moins massifs (Lune et Pluton notamment) du Système solaire est parfois aussi utilisée comme référence. C'est notamment le cas de la masse de Neptune pour les planètes de type « Neptune » dont la masse atteint d'une dizaine à une trentaine de masses terrestres.

L'unité astronomique de longueur : l'« unité astronomique »[modifier | modifier le code]

Article principal : unité astronomique.

Depuis l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 2012, l'unité astronomique a une valeur fixée exactement égale à 149 597 870 700 mètres. Ceci correspond approximativement à la valeur moyenne actuelle de la distance entre la Terre et le Soleil sur laquelle la définition de cette unité était historiquement basée.

L'expression « distance unité » est parfois aussi utilisée pour désigner l'unité astronomique de distance, dont le symbole est A, même si dans l'usage courant cette unité est simplement appelée « unité astronomique », de symbole au (recommandé par l'UAI depuis 2012), AU (usuel en anglais) ou ua (abréviation recommandée par l'UAI jusqu'en 2012, toujours communément utilisée dans les textes francophones).

Autres unités de distance, hors du système de l'UAI, couramment utilisée en astronomie[modifier | modifier le code]

Types de distances à mesurer Unité(s) généralement utilisée(s) Équivalence en mètres Commentaire
Distances de satellites artificiels kilomètre 1×103 valeur exacte
Distances d'objets proches de la Terre mégamètre
seconde-lumière
distance lunaire
1×106
2,997 924 58×108
3,844×108
valeur exacte
valeur exacte
valeur approximative
Distances planétaires rayon solaire
gigamètre
minute-lumière
unité astronomique
spat (obsolète, du latin spatium) ou téramètre
heure-lumière
6,96×108
1×109
1,798 754 748×1010
1,495 978 707×1011
1×1012
1,079 252 848 8×1012
valeur approximative
valeur exacte
valeur exacte
valeur exacte
valeur exacte
valeur exacte
Distances des étoiles proches année-lumière
parsec
9,460 730 472 580 8×1015
3,084×1016
valeur exacte, = 365,25 c*D
valeur approximative (valeur exacte : (1/tan(1")) ua)
Distances à l'échelle galactique kiloparsec
siriomètre
3,084×1019
1,495 978 707×1017
valeur approximative
= 1 000 000 ua ; définition variable
Distances des galaxies proches mégaparsec 3,084×1019 valeur approximative
Distance des galaxies lointaines gigaparsec 3,084×1022 valeur approximative

La distance des galaxies lointaines n'est généralement pas exprimée en unité de distance à proprement dire mais en termes de décalage vers le rouge (redshift), noté z. Les raisons de ce choix sont que la conversion de ce redshift en unités de distance requiert de connaître la valeur de la constante de Hubble, laquelle n'était pas précisément mesurée jusqu'au début du XXIe siècle, et qu'à l'échelle des distances cosmologiques, la courbure de l'espace-temps permet de donner plusieurs définitions de la distance. Par exemple, la distance définie par la durée que met la lumière pour rejoindre l'observateur est différente de celle définie par la taille apprente d'un objet.

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. a, b et c Résolution no 10 de la XVIe assemblée générale de l'Union astronomique internationale, Grenoble (France), 1976.
  2. En particulier, il y a le système de référence céleste barycentrique (SRCB ; en anglais barycentric celestial reference system, BCRS) centré au barycentre du Système solaire et le système de référence céleste géocentrique (SRCG ; en anglais geocentric celestial reference system, GCRS) centré au centre de masse de la Terre (enveloppes fluides comprises). (en) Dennis D. McCarthy, P. Kenneth Seidelmann, Time: from Earth rotation to atomic physics, Wiley-VCH,‎ 2009 (ISBN 3-527-40780-4, lire en ligne), « Resolution B1.3: Definition of the barycentric celestial reference system and geocentric celestial reference system XXIVth International Astronomical Union General Assembly (2000) », p. 105
  3. Gérard Petit and Brian Luzum, eds., « Table 1.1: IERS numerical standards », IERS technical note no. 36: General definitions and numerical standards, International Earth Rotation and Reference Systems Service,‎ 2010 For complete document see (en) Gérard Petit and Brian Luzum, eds., IERS Conventions (2010): IERS technical note no. 36, International Earth Rotation and Reference Systems Service,‎ 2010 (ISBN 978-3-89888-989-6, lire en ligne)

Liens externes[modifier | modifier le code]