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Les signaux lumineux : sources, spectres, vitesse de la lumière

Quand tu regardes une étoile, tu regardes le passé : voilà pourquoi, et comment le calculer.

Physique-ChimieCollège3e

Ce soir, lève la tête. L'étoile que tu vois a peut-être disparu depuis longtemps : sa lumière a mis des années à venir jusqu'à toi. Tu regardes une archive. ✨

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C'est quoi le délire ?

Une source primaire produit sa propre lumière : le Soleil, une étoile, une lampe, une flamme, un écran de téléphone.

Une source secondaire ne fait que diffuser la lumière qu'elle reçoit : la Lune, une planète, un mur, cette feuille.

La lumière blanche est en réalité un mélange : un prisme la décompose en un spectre continu de couleurs (le fameux arc-en-ciel). Un gaz chaud sous faible pression donne, lui, un spectre de raies d'émission : quelques traits colorés seulement. Chaque élément chimique a ses raies, comme une empreinte digitale — c'est ainsi qu'on connaît la composition des étoiles sans y aller.

La formule magique

  • Vitesse de la lumière dans le vide : c ≈ 300 000 km/s = 3 × 10⁸ m/s
  • C'est la vitesse limite de l'Univers. Rien ne va plus vite.
  • Contrairement au son, la lumière se propage dans le vide.
  • d = v × t et t = d / v, comme pour n'importe quelle vitesse.
  • 1 année-lumière (a.l.) = la distance parcourue par la lumière en un an ≈ 9,5 × 10¹² km (environ 9500 milliards de km). C'est une distance, pas une durée.
  • Un spectre continu vient d'un corps chaud (filament, étoile) ; un spectre de raies vient d'un gaz.

On teste sur un exemple

Le Soleil est à environ 150 000 000 km de la Terre. Combien de temps sa lumière met-elle à nous atteindre ?

  1. t = d / v = 150 000 000 / 300 000 = 500 s
  2. 500 s = 480 s + 20 s = 8 min 20 s

Si le Soleil s'éteignait maintenant, tu le verrais briller encore 8 minutes et 20 secondes.

Autre cas : Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche, est à 4,2 années-lumière. Sa lumière a donc voyagé 4,2 ans avant d'arriver dans ton œil. Tu la vois telle qu'elle était il y a 4,2 ans.

Le piège classique

Prendre l'année-lumière pour une durée. Non : c'est une distance, comme le kilomètre. Autre erreur classique : croire que la Lune produit sa lumière. Elle réfléchit celle du Soleil — c'est une source secondaire.

L'astuce pour retenir

« L'année-lumière mesure des kilomètres, pas des années. » Et : « 300 000 km/s, soit 8 minutes depuis le Soleil. »

Teste-toi

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1. Une année-lumière est…

2. La lumière du Soleil, situé à 150 millions de km, met environ…

3. La Lune est une source de lumière…

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