Dans certaines des pages web du département ARTEMIS, vous trouverez des nombres astronomiques ; sur d’autres, des quantités microscopiques... parfois les deux sur une même page. Pour vous aider, nous allons illustrer ces unités afin qu’elles soient un peu plus parlantes. Nanomètres ? Mégaparsecs ? Voici quelques repères pour vous guider parmi les unités de longueur, conventionnelles, ou spécifiques (astronomiques ou microscopiques).
La définition actuelle du mètre fait référence à la propagation de la lumière dans le vide : en 1 seconde, la lumière parcourt 299 792 458 mètres, exactement.
On peut noter que l’histoire du mètre et celle de la seconde sont depuis longtemps intimement liées. Déjà en 1675, la définition du mètre était la longueur du pendule dont la demi-période est d’une seconde.
Les schémas ci-dessous donnent un panorama des unités de longueur : en flèches noires, les unités conventionnelles, celles que nous devrions utiliser, et en rouge des unités pratiques, adaptées à certaines situations précises. En bleu des "repères" sont donnés, pour aider à se faire une idée des ordres de grandeur (...ou de petitesse !). Par exemple, 1 pétamètre (1015m, 1000 milliards de km), c’est 200 fois plus grand que l’orbite de pluton, mais c’est pourtant tout petit devant la distance à l’étoile la plus proche.
En allant vers les plus petites dimensions :
En allant vers les plus grandes dimensions :
Unités microscopiques :
Le millimètre mm (millième de mètre, 10-3m). Il est difficile de manipuler avec ses doigts un objet plus petit que 1mm.
Le micromètre ou micron µm (millième de mm, 10-6m) : l’épaisseur des bulles de savon, quand elles font de jolies couleurs, est de quelques microns.
Le nanomètre nm (millième de µm, 10-9m) : c’est la taille d’une petite molécule comme la molecule d’octane.
Le picomètre pm (millième de nm, 10-12m) : Une dizaine de pm c’est l’amplitude de vibration typique du tympan de l’oreille humaine pour un son à la limite d’audibilité (c’est beaucoup plus petit que la taille de l’atome d’hydrogène, pourtant le plus petit des atomes !).
Le femtomètre fm (millième de pm, 10-15m) : l’échelle de taille des noyaux atomiques. On dit aussi "1 fermi", du nom du physicien italien.
L’attomètre am (millième de fm, 10-18m) : Il n’y pas d’ "échelle naturelle" au niveau de l’attomètre. La matière n’a pas de structure avérée à cette échelle ou à des échelles plus petites, on ne considère plus que des particules élémentaires, (électrons, quarks, neutrinos...) sans structure et sans taille.
En allant vers les grandes longueurs :
Le kilomètre km (mille m, 103m) : à partir de quelques km on hésite à faire un trajet à pied...
Mille km (103 km ; on devrait écrire Mm, mais l’usage est de dire 1000 km plutôt que 1Mégamètre...) : C’est la dimension d’un pays comme la France. Le diamètre de la terre est d’environ 13 000 km.
Million de km (106 km ; on devrait écrire Gm, pour gigamètre) ; typiquement un aller-retour terre-lune.
Milliard de km (109 km ; on devrait écrire Tm, pour Téramètre) ; typiquement la distance soleil-jupiter, ou encore la distance que parcourt la terre en une année sur sa trajectoire autour du soleil.
En astronomie, des unités spécifiques ont été introduites, afin d’éviter de manipuler des nombres toujours plus grands.
L’unité astronomique (UA) est par définition la distance moyenne terre-soleil : 0,15 milliard de km ; utile pour exprimer les distances à l’intérieur du système solaire. Attention :"ua" (en minuscules !) désigne également l’unité atomique (le "rayon de Bohr" de l’atome d’hydrogène), qui donne l’échelle naturelle des distances pour les atomes, molécules, arrangements cristallins. L’unité atomique valant 53 picomètres, il y a peu de risques de confusion avec une unité astronomique, 3000 milliards de milliards de fois plus grande !
L’année-lumière : (AL) la distance que parcourt la lumière en une année. Par comparaison, 1UA vaut à peine 8 minutes-lumière...
Le parsec (pc) : par définition, c’est la distance d’où un observateur verrait la trajectoire de la terre autour du soleil comme ayant une demi-ouverture d’une seconde d’arc : 1pc vaut donc environ 200 000 UA. Ou encore 3,26 AL. La distance moyenne entre galaxies est typiquement d’un mégaparsec (1 Mpc).
Suivant les cas on préférera le parsec ou l’année-lumière, non pas parce que leur valeur est différente, mais parce qu’elle évoquent une situation physique différente (la propagation de la lumière dans un cas, la parallaxe de l’orbite de la terre dans l’autre), qui génèrent différentes échelles naturelles de distance. Une situation analogue se produit en physique atomique où coexistent deux unités, également voisines, l’Angström Å (100pm) et l’unité atomique (53pm).
