Pourquoi les astronomes n'utilisent-ils pas des mètres pour mesurer des distances astronomiques?

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En astronomie, les distances sont généralement exprimées en unités non métriques telles que: années-lumière, unités astronomiques (UA), parsecs, etc. Pourquoi n'utilisent-ils pas des compteurs (ou leurs multiples) pour mesurer les distances, distance? Étant donné que le compteur est déjà utilisé en physique des particules pour mesurer la taille des atomes, pourquoi ne pourrait-il pas être utilisé en astrophysique pour mesurer les grandes distances dans l'Univers?

Par exemple:

L’ISS tourne autour de 400 km au-dessus de la Terre.
Le diamètre du Soleil est de 1,39 Gm (gigamètres).
La distance à la galaxie d'Andromède est de 23 zm (zettamètres).
À son point le plus éloigné, Pluton est à 5,83 Tm (teramètres) du Soleil.

Edit: certains ont répondu que les compteurs étaient trop petits et donc peu intuitifs pour mesurer de grandes distances. Cependant, il existe de nombreuses situations où cela ne pose pas de problème, par exemple:

Les octets sont utilisés pour mesurer des quantités gigantesques de données, par exemple des téraoctets (1e + 12) ou des pétaoctets (1e + 15).
L'énergie libérée par les grandes explosions est généralement exprimée en mégatonnes, exprimée en grammes (1e + 12).
L'unité SI Hertz est souvent exprimée en gigahertz (1e + 9) ou en térahertz (1e + 12) pour mesurer les fréquences du réseau ou les vitesses d'horloge du processeur.

Si la principale raison pour laquelle les compteurs n’ont pas été utilisés est historique, est-il raisonnable de penser que le SI-unit deviendra la norme en astronomie, comme la plupart des pays du monde qui sont passés d’origine à des unités SI pour les mesures quotidiennes?

distances units Arne
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Parce que ce n'est pas utile de le faire.

eyeballfrog

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Que pensez-vous d'un Angstrom ou d'un Fermi? Ou une grange? Les physiciens ne spécifient pas toujours des choses en SI non plus et pour la même raison.

Rob Jeffries

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Pour la même raison que vous achetez du riz en kg, pas par le grain.

dotancohen

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Parce que vous voulez que les unités se rapportent aux objets mesurés. Si je vous ai dit que je suis

Plank longueurs de haut, serait - il vous aider à visualiser à quel point je suis grand?

1.13 * 10^{35}

$1.13*10^{35}$

Dmitry Grigoryev

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@MartinArgerami C'est vrai, mais si quelqu'un me dit qu'ils mesurent 57 pieds de haut, je vais tout de suite repérer une erreur (et je pense qu'un Américain ne me croira pas si je leur dis que je mesure 18 mètres de haut). Avec les longueurs de planche, même une erreur d'un ordre de grandeur peut ne pas être évidente.

Dmitry Grigoryev

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Outre la réponse fournie par @ HDE226868, il existe des raisons historiques. Avant de pouvoir utiliser des télémètres radar pour trouver des distances dans le système solaire, nous devions utiliser d'autres méthodes astucieuses pour déterminer la distance entre la Terre et le soleil; par exemple, mesurer le transit de Vénus à la surface du soleil . Ces méthodes ne sont pas aussi précises que ce qui existe actuellement. Il est donc logique de spécifier des distances, qui sont toutes basées sur la mesure de parallaxes, en termes de distance incertaine mais fixe, Terre-Soleil. Ainsi, si les mesures futures modifient la valeur de conversion de AU en mètres, vous n'aurez pas à modifier autant de documents et de manuels.

Sans oublier que de telles incertitudes d'étalonnage introduisent des erreurs corrélées dans une analyse qui ne peut pas être éliminée avec des échantillons de grande taille.

Je ne peux pas parler avec autorité de l'historique actuel, mais les mesures du système solaire ont toutes été initialement effectuées en termes de distance Terre / Soleil. Par exemple, un peu de géométrie montre qu'il est assez simple de revenir en arrière sur la taille de l'orbite de Vénus et de Mercure dans AU depuis son allongement solaire maximal. Je ne sais pas comment ils ont calculé les rayons orbitaux de Mars, etc., mais ils l'ont certainement été en UA longtemps avant que l'UA ne soit connue, et tout cela avant que le système MKS n'existe, a été encore moins normalisé.

Pour les étoiles, la base de ce qui est connu sous le nom « échelle de la distance cosmologique » (qui est « toutes les mesures de distance » dans l' astronomie) repose sur la mesure de l'angle de parallaxe:

bronzer π_{une n g l e} = \frac{1 UNE U}{ré} .

$\tan \pi_{\mathrm{angle}} = \frac{1 AU}{D}.$ Mesurer

D

$D$ en "parsecs" revient à configurer l'équation de sorte que l'angle mesuré en arcsecondes corresponde à l'approximation des petits angles. C'est:

\frac{ré}{1 p une r s e c} = \frac{\frac{π}{180 \times 60 \times 60}}{bronzer (π_{une n g l e} \frac{π r une ré je une n s}{180 \times 60 \times 60 une r c s e c})} .

$\frac{D}{1\, \mathrm{parsec}} = \frac{\frac{\pi}{180\times60\times60}}{\tan\left(\pi_{\mathrm{angle}} \frac{\pi\, \mathrm{radians}}{180\times60\times60 \, \mathrm{arcsec}}\right)}.$ En d'autres termes,

1 parsec = \frac{180 \times 3600}{π} AU

$1\operatorname{parsec} = \frac{180\times 3600}{\pi} \operatorname{AU}$ .

Les astronomes ont également une préférence marquée pour le cousin proche des unités mks / SI, appelé cgs . Pour autant que je sache, cela est dû à l'influence des spectroscopistes qui ont apprécié l'électromagnétisme dans son "unité gaussienne", car elle a fixé la constante de Coulomb à 1, simplifiant les calculs.

Sean Lake
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Je dirais que c'est la bonne réponse, alors que celle fournie par HDE 226868 ne l'est pas. En termes de compréhensibilité humaine, mesurer par exemple le système solaire comme AU n'est ni plus intuitif que de le mesurer en gigamètres (ou peut-être en teramètres; 1 AU AU 150 Gm = 0,15 Tm). Cependant, les unités non métriques persistent encore en raison de l'inertie historique, et le fait qu'elles étaient (et restent parfois) plus pratiques dans les cas où une certaine distance peut être mesurée dans certaines unités particulières avec plus de précision que la longueur de ces unités elles-mêmes. être des mesures en mètres.

Ilmari Karonen

3

J'aime cette réponse. Vous pouvez l'étendre en mentionnant que la mesure préférée de la distance stellaire est le parsec, puisqu'elle peut être calculée exactement en termes d'UA (648000 UA = \ pi parsec)

James K

3

Un autre parallèle historique à cette situation provient de la chimie, où il existe une forte préférence pour parler des "taupes" d'une substance plutôt que d'un certain nombre de molécules de cette substance. Ce n’est pas simplement que le nombre de taupes est moins susceptible d’exiger une notation scientifique; c'est aussi que pendant une période étonnamment longue (jusqu'au début du 20ème siècle), les chimistes ne savaient pas vraiment combien de molécules se trouvaient dans une taupe.

Michael Seifert

3

En général, les physiciens n'aiment pas les chiffres bruts. Ils aiment vraiment exprimer les quantités sous forme de nombres sans dimension exprimant certaines propriétés d'un système. Cela facilite la raisonnement. Donc, si vous envisagez un système planétaire, travailler dans l’UA (c’est-à-dire exprimer des distances sous forme de multiple de l’orbite terrestre) est une chose très raisonnable à faire.

drxzcl

1

Les astronomes n'utilisent pas sérieusement pi_angle comme angle de parallaxe, n'est-ce pas? Cela semble potentiellement déroutant =).

Chris Chudzicki

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Je dirais que cela rend également le matériel plus accessible pour l'esprit humain.

Je ne peux tout simplement pas travailler avec des nombres incroyablement grands ou petits. Ils ne signifient rien.

Mais 1 UA est facile, même si je ne sais pas exactement ce que sont les compteurs, je sais ce que cela signifie. et c’est une échelle commode pour l’esprit.

De même quand on parle de distances stellaires, à quoi sert la distance en mètres (ou UA)? Il est plus logique de travailler avec des années-lumière. Encore une fois, la plupart des gens savent ce que cela signifie, même s'ils ne savent pas exactement ce que c'est en mètres.

Et quand nous allons cosmique, vous parlez aussi de temps colossaux dans le passé, de sorte que les années lumière transmettent ici un double sens. Si je vous disais la distance en mètres, cela ne vous dira pas instantanément à quel point c'est aussi loin dans le temps.

Donc, je pense que c'est une question de commodité et de compréhension.

StephenG
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Qu'en est-il des octets? Personne ne semble avoir de problème à utiliser des octets pour des nombres extrêmement grands, qu’il s’agisse de Ko, MB, Go, To, PB, etc. Personne ne pense que ces unités ne sont pas intuitives ou nous avons besoin d’une unité complètement différente une fois la taille dépassée. Je ne sais pas pourquoi cela serait différent en ce qui concerne le compteur et les grandes mesures.

Arne

2

Mon point de vue est que KB, MB, TB, etc. ne sont pas du tout compris par la plupart des gens. Qu'est-ce qu'un octet? Qu'est-ce qu'un tuberculose? Pour la majorité, ce sont un peu plus que des étiquettes marketing. Je pense que les seules personnes qui les comprennent sont des professionnels qui doivent le faire. Et pour un type d'ordinateur (coupable), ces mesures sont assez simples. YMMV.

StephenG

6

@Arne: En tant que majeur en informatique, je voudrais souligner que nous (informaticiens) utilisons un nombre d'octets non-SI pour parler de mémoire. KB, MB, GB, TB, PB, etc. ne sont pas des unités SI. Par exemple, 1 Mo = 1024 Ko, pas 1000 comme dans un système SI. Nous utilisons la base 2, pas la base 10.

Sharur

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@pipe KiB, MiB, ... sont par définition en base 2. KB, MB, ... sont ambigus et peuvent utiliser la base 2 ou la base 10 dans un usage courant.

un CVn

6

@pipe: Au contraire, la base 2 est intégrée au matériel à son niveau le plus élémentaire. La fraude à la frontière, ce sont les spécialistes du marketing qui utilisent des puissances de 10 pour exagérer la taille de leur mémoire.

Jamesqf

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Outre les autres réponses, il existe une autre raison, en particulier lorsque vous mesurez les distances par rapport aux autres galaxies.

Lorsqu'ils indiquent la distance aux autres galaxies, les astronomes déclarent rarement la distance, quelle que soit leur longueur, ils ont tendance à utiliser le décalage vers le rouge ( z ). Cette unité n’est pas réellement une unité de longueur (c’est un rapport sans dimension de longueurs d’onde), elle ne se convertit pas non plus linéairement en une distance ( z = 2 n’est pas deux fois plus loin que z = 1 ), et il n’existe pas de conversion exceptée entre redshift et la distance (cela dépend de quel modèle de l'univers vous assumez).

Redshift est utilisé car il peut être très précisément mesuré. Il existe des caractéristiques dans un spectre d'étoiles ou de galaxies pour lesquelles nous connaissons la longueur d'onde exacte à laquelle elles sont émises. Le décalage vers le rouge peut donc être calculé exactement de la manière suivante:

z = \frac{λ_{o b s}}{λ_{e m}} - 1

$z=\frac{\lambda_{obs}}{\lambda_{em}}-1$

C'est une propriété observée, exacte (dans l'erreur expérimentale). Convertir ceci en distance est déroutant: parlez-vous de la distance à laquelle l'objet est éloigné de nous instantanément maintenant , ou instantanément lorsque le photon que vous voyez a été émis , ou de la distance parcourue par le photon que vous avez vu? Souhaitez-vous prendre en compte le mouvement local ainsi que l'expansion de Hubble (univers)? Ajoutez à cela la forme de l'univers, le taux d'expansion de l'univers, le taux de changement de l'expansion de l'univers (énergie sombre / constantes de Hubble / autres effets), et vous voyez que toute conversion en distance réelle est problématique et exigerait que vous définissiez exactement quel type de conversion et avec quelles hypothèses. Il est plus facile de rester avec le redshift bien défini et facile à mesurer.

Hogg 2000 est un bon travail (au degré) qui résume tous les différents types de distances cosmologiques et leurs calculs .

Jonathan Twite
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Jonathan: dans l'introduction de Hogg, est-il exact que toutes les distances sont mesurées le long d'une ligne radiale nulle? La lentille gravitationnelle m’est venue à l’esprit ... Dans le sens où un photon se termine évidemment vers moi en tant qu’observateur, mais j’attendrais (en principe, pas dans le sens absolu ... La différence peut être négligeable) qu’elle le fait après avoir "incurvée ". J'espère que ce que je veux dire est clair.

Alchimista

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Une autre raison non encore mentionnée:

Il n'y avait pas de préfixe SI utilisable pour de telles distances.

Si vous souhaitez utiliser une unité, vous avez besoin de quelque chose qui permette d'exprimer une quantité spécifique sans trop de zéros au début ou à la fin. Je n’exprime pas la taille humaine à 1 670 000 µm ni la taille d’une bactérie à 0,000 02 m.

Si vous consultez le tableau des préfixes, vous constaterez que giga et tera ont été définis pour la première fois en 1960. Cependant, la définition n'inclut pas l'utilisation et ces définitions étaient exactement aussi exotiques que l' octillion ; qu’il existe en tant que définition, mais personne ne l’utilise ou ne connaît son existence. Au cours des études universitaires en physique dans les années 90 (!), ~~Il n'était toujours pas connu 30 ans après son introduction. Beaucoup de scientifiques n'utilisent pas du tout de gigaoctet ou de téra.~~ Indice par gerrit: Les physiciens utilisaient des fréquences avec le préfixe giga- / tera-, j'ai oublié cela.

1 AU correspond alors à 150 gigamètre ou 0,15 teramètre. Si vous utilisez des années lumière, une année lumière correspond déjà à 9 500 teramètres, ce qui n’est pas une unité pratique. Trente ans plus tard, ils ont finalement introduit des préfixes métriques utilisables, mais je dois toujours trouver quelqu'un qui utilise exa-, peta-, yotta- ou zetta-.

Thorsten S.
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Les commentaires ne sont pas pour une discussion prolongée; cette conversation a été déplacée pour discuter .

appelé2voyage

5

Peut-être faut-il remonter dans le temps et réfléchir à la raison pour laquelle la coudée (longueur de l’avant-bras), la ligue (la distance parcourue en une heure), le pied, (mètre - un dix millionième de quadrant de la Terre? Et devrait donc peut-être ne pas être cette liste) etc ont été choisis comme les unités de distance?
Ils étaient faciles à comprendre et à reproduire tout en ayant une échelle comparable aux distances à mesurer.
Ainsi, dans le monde moderne, les gens ont choisi d'autres unités de distance qui avaient initialement ces caractéristiques.

Une fois que ces nouvelles unités ont gagné les faveurs et que les papiers, les manuels, etc. ont été écrits, il est difficile de s'en débarrasser et certains diraient: "Pourquoi se donner la peine?".

Farcher
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4

Je ne sais pas comment cela se passe dans votre pays, mais ici en Russie, les articles et les nouvelles astronomiques font très souvent état de distances astronomiques exprimées en kilomètres, millions de kilomètres, milliards de kilomètres, milliards de kilomètres, etc. et analogues, mais le kilomètre est l'unité standard en astronomie.

Anixx
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2

Je pense que vous parlez d'articles dans des publications populaires, mais pas de revues astronomiques professionnelles.

Walter

4

Plusieurs excellentes réponses ont déjà été données. Mais personne n'a parlé de perception logarithmique. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Weber%E2%80%93Fechner_law )

$10 metres$ $100 metres$ $100 metres$ $1 km$

Illustration de la loi Weber – Fechner. De chaque côté, le carré inférieur contient 10 points de plus que le haut. Cependant, la perception est différente: à gauche, la différence entre les carrés supérieur et inférieur est clairement visible. Sur le côté droit, les deux carrés se ressemblent presque.

$1$ $10$

Agile_Eagle
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2

"Les humains comprennent mieux la différence entre 1 et 10 parsecs que si les mêmes données étaient présentées en mètres." Ajoutez simplement l’un des préfixes SI des compteurs et vous vous retrouverez dans la même situation numérique. Cela n'explique pas vraiment pourquoi les parsecs et non pas les pétamètres (Pm).

Trilarion

1

Vous auriez pu nommer les parsecs comme petameters . Nous avons juste décidé que le parsec sonnait mieux.

Agile_Eagle le

le parsec est également pratique car sa définition facilite

grandement le

Je suis entièrement d'accord, c'était très pratique. Je pense qu’en fin de compte, c’est surtout une question de convention.

Trilarion

2

Les unités telles que les mètres sont tout simplement trop petites pour être utilisées lors de la mesure de distances à l'échelle astronomique. Bien que l’on puisse théoriquement utiliser des compteurs en association avec une notation scientifique, c’est inutilement difficile. Une unité astronomique est la distance entre la Terre et le Soleil, elle agit comme une sorte de mètre cosmique.

Danielwalsh100
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1

Sauf que la distance entre le Soleil et la Terre ne cesse de changer, de sorte que l'UA devait de toute façon être définie dans certaines unités invariantes ...

a CVn

1

L'UA est l'axe semi-majeur, ce qui est assez proche de l'invariant.

userLTK

1

"Les unités comme les compteurs sont tout simplement trop petites ..." Utilisez ensuite un préfixe pour les agrandir, par exemple un pétamètre (Pm). Je ne vois pas le gros inconvénient.

Trilarion

2

Les astronomes ne mesurent pas et ne peuvent pas mesurer les distances. Les distances sont simplement déduites de ce qui a été réellement mesuré, tel qu'un angle, une luminosité relative, une période de temps, etc. La plupart des déterminations de distance astronomiques reposent en définitive sur la distance Terre-Soleil (unité astronomique), qui revêt donc une importance fondamentale. (et seulement à l’époque moderne est connue avec une bonne précision). Pour les étoiles proches, l'angle de parallaxe est directement lié à la distance, mais la distance déduite de celle-ci n'est pas une distance mesurée correcte: son incertitude n'est pas distribuée normalement (pensez à une mesure de parallaxe négative).

Les astronomes savent, bien sûr, combien de mètres est un parsec et savent que l’utilisation de mètres pour les distances galactiques est source de confusion, car vous devez vous assurer d’obtenir le nombre correct de 0000 tout le temps (ou la puissance correcte de dix).

Enfin, contrairement à la physique des particules, l’astronomie en tant que science est antérieure au système de mesure, du moins à son utilisation la plus large. Passer d'un système qui fonctionne bien à autre chose uniquement pour se conformer à l'IS, mais pour le prix de l'inconvénient et de la confusion semble une idée stupide.

Walter
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"Les distances sont simplement déduites de ce qui a été réellement mesuré ..." N'est-ce pas toujours comme ça? Les observations sont rarement directes et vous devez souvent en déduire la valeur qui vous intéresse d'une manière ou d'une autre. Cela n'en fait pas une mesure moins valide. Il est tout simplement faux de dire que vous ne pouvez pas mesurer les distances en astronomie.

Trilarion

2

À mon avis, la réponse est la convention (et les gens qui préfèrent un petit nombre de chiffres).

Il n'y a pas vraiment plus que ça. Préfixe à une longueur est aussi bien valable aussi longtemps que vous obtenez le droit de conversion et les gens dans votre domaine connaissez ce .

Physiquement, il n'y a pas de différence entre 1 m et 1 000 000 µm.

Donc, toutes les questions du type: "Pourquoi ce préfixe est-il choisi à la place de celui utilisé pour mesurer XYZ?" avoir la même réponse. Cela revient à ce qui est plus pratique et ultimativement assez subjectif.

Trilarion
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1

Il est difficile de relier un "teramètre" à des "longueurs réelles", à cause du manque de connaissances des objets physiques avec lesquels les comparer. Aussi, parce qu'après un certain temps, ces unités deviennent juste "autant de zéros". Je suggère donc ce qui suit:

Unité marginale spatiale (SMU): 1 000 000 mètres, soit à peu près la distance d’un bout à l’autre de la France. La distance minimale entre deux engins spatiaux devrait être éloignée l’une de l’autre avant de pouvoir coordonner des trajectoires ou d’accoster des manœuvres. (Donnez-moi un peu de suspension de l'incrédulité ici les gens.)

Longueur de l'orbite terrestre (LEO): 1 000 000 000 000 de mètres, distance parcourue par la Terre en un an. (La distance est en fait inférieure d'environ 6%, mais le LEO peut être visualisé.)

Kaid: 1 000 000 000 000 000 000 mètres. C'est un peu plus que la distance d'ici à l'étoile Alkaid.

Ce qui précède se prête facilement à la conversation de tous les jours - si jamais nous en arrivons au point où nous en parlons tous les jours!

Jennifer
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2

Qu'en est-il de la notation scientifique? on peut utiliser ça à la place des zéros, non?

A --- B

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Je ne vois pas comment cela répond à la question. En outre, LEO est l’abréviation commune de Low Earth Orbit , qui est très différente de l’orbite terrestre autour du Soleil.

un CVn

2

"Il est difficile de relier quelque chose comme un teramètre à" de vraies longueurs "" Vraiment? Pour moi, un parsec est tout aussi difficile à relier à une longueur que je peux sentir. Mon point de vue simple est que certaines étoiles et galaxies sont vraiment très très loin. Et ce teramètre est clairement défini et doit donc avoir un sens.

Trilarion

1

La réponse est simple: les plus grandes unités telles que l'UA ou les années lumière sont plus faciles à mémoriser pour le cerveau humain. Et, nous devrions éviter de mettre des unités avec beaucoup de zéros après les premiers chiffres, par exemple: 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000 de mètres. nous pourrions utiliser AU ou pour des distances encore plus grandes, des années-lumière. Si elle était plus courte, eh bien nous utilisons toujours des compteurs mais avec un exposant.

Leo Pan
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1 AU correspond à environ 0,15 Tm. Si vous utilisez le bon préfixe, vous n'avez pas de zéros excessifs. La taille d'une molécule d'eau est de 0,275 nm, nous ne disons pas 0,000000000275 mètres.

Arne

0

Parce que la distance est grumeleuse . Mais les octets, les bangs et les bourdonnements varient en douceur .

Les exemples du PO où les préfixes métriques sont devenus conventionnels - téraoctets, mégatonnes, gigahertz - sont des domaines dans lesquels l'expérience humaine s'est déroulée de façon continue, par ordres de grandeur.

La croissance des disques durs, des circuits intégrés ou des câbles ne faisait l’objet d’aucun seuil difficile et persistant . Hormis un peu de rigidité à la puissance de 2, ce progrès a été continu.
Les explosions ont augmenté progressivement au cours de l'histoire. Il y avait de rares grands sauts comme les armes atomiques, mais malgré cela, il n'y a pas de chiffres magiques. Si chaque bombe de fusion avait le même rendement, elle serait peut-être devenue une unité scientifique, mais elle aurait varié d’un endroit à l’autre .
Il y a peu de fréquences magiques longtemps connues des humains. Les ondes électromagnétiques ont une île vive dans le spectre de fréquences à la lumière visible . Mais même cela est étalé sur une octave (400 à 800 TeraHertz) et il existe de vastes océans d'une uniformité sans faille d'un côté ou de l'autre.

La connaissance humaine avec la distance, quant à elle, se déroulait par à-coups. "Nous n'étions limités que par la terre, l'océan et le ciel", a déclaré Sagan . Les dures limites des voyages humains ont persisté pendant des millénaires. La foulée d'un adulte est une île ancienne, étroite et familière sur le spectre des distances. La distance au soleil était toujours familière et apparemment grande, bien avant que quiconque ne puisse la mesurer. Donc, les termes pour ceux-ci persistent. "Lightyear" ancre une quantité surréaliste sur deux biens corporels qui pourraient difficilement être plus familiers. Et ce sont deux frontières dures, même si leur combinaison ne l’est pas.

Le temps est un autre domaine grumeleux pour l'homme, avec de profondes ornières d'une journée, d'une année, d'un souffle. Aucun préfixe métrique sur une seule unité ne fera l'affaire.

Bob Stein
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Pourquoi les astronomes n'utilisent-ils pas des mètres pour mesurer des distances astronomiques?

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