"Mais où est donc le Soleil lorsqu'on le voit se coucher ?"

On entend parfois dire que le Soleil est déjà couché depuis plusieurs minutes lorsqu'on assiste à son "coucher".
En est-il de même avec les planètes ou des étoiles lointaines ?
Pourrait-on avoir une explication claire de ces étrangetés ?

La question est plus délicate qu'il n'y paraît...

Avant de l'aborder vraiment, analysons une situation plus simple, et surtout plus proche de nos sensations quotidiennes.

Un problème assez simple

Trois excellents archers, alignés et placés en A, B et C, s'apprètent à lancer leur flèche sur la cible...
Ce sont d'excellents archers, qui ne manquent jamais leur cible, et nous supposerons, pour simplifier un peu que les trajectoires de leurs flèches sont toujours rectilignes.

Dans un premier temps, laissons la cible immobile, bien orientée face aux 3 archers.
Il est sans doute simple de comprendre que s'ils tirent simultanément, leurs flèches arriveront successivement, sur la cible : la flèche jaune arrivera la première, suivie de la flèche rouge, et la flèche bleue sera bonne dernière !
Dans ce cas, ils doivent bien évidemment se trouver simultanément en A, B, et C au moment du tir : mais les trois archers peuvent n'être vraiment alignés qu'à l'instant où ils décochent leur flèche...

Le schéma ci-dessous donne une représentation de ce qui se passe...

Si l'on veut maintenant que les trois flèches arrivent simultanément sur la cible, les archers devront lancer successivement leurs flèches. C'est la flèche bleue qui devra partir la première et la jaune la dernière...

Mais attention : les trois archers doivent-ils être constamment alignés ?
En fait, ils peuvent se déplacer et ne se trouver aux points A, B et C qu'à l'heure de tirer leur flèche ?
Ont-ils été réellement alignés à un instant donné ? Rien ne permet de l'affirmer...

Compliquons un peu tout petit peu plus le problème...

La cible est maintenant mobile ! Elle tourne, comme un manège, autour d'un axe vertical, dans le sens indiqué sur le schéma...
Que va-til se passer dans les deux situations précédemment proposées ?

Si les trois archers tirent simultanément leurs flèches, celles-ci se planteront sur la cible en faisant avec son plan des angles différents : pour fixer les idées, en supposant que la flèche rouge se plante bien perpendiculairement sur la cible, voici une possibilité de disposition des flèches (le shéma est vu de dessus)...

... Alors que si les archers lancent successivement leurs flèches, avec des intervalles de temps bien calculés, pour qu'elles arrivent simultanément sur la cible, les trois flèches seront, à l'arrivée, bien parallèles .

Bien compris ?

Appelons D la direction de la droite qui passe par le centre de la cible, et les points A, B, et C, occupés respectivement par chacun des archers à l'instant où il décochait sa flèche. Que conclure ?

  • Dans le premier cas, en supposant que j'ignore que les archers ont tiré simultanément, que puis-je déduire du seul examen des flèches plantées sur la cible ?
    Je peux seulement mesurer l'angle dont la cible aura tourné et les dates d'arrivée des flèches successives...
    Connaissant la vitesse de rotation de la cible, je pourrai uniquement déduire que les archers tiraient tous vers la cible depuis des points situés sur une même droite D . Aucune autre déduction n'est possible sans information complémentaire.

  • Dans le deuxième cas, la simultanéité de l'arrivée des flèches nous permet quelques déductions, mais attention : pas de conclusion trop hâtive !
    Nous savons seulement qu'aux instants où ils décochaient leurs flèches, les 3 archers se trouvaient en 3 points disposés sur une droite passant par la cible...
    Mais rien ne prouve qu'ils y soient encore, ni qu'ils y aient toujours été, et surtout pas qu'ils y aient été au même instant !

Mais quel rapport avec le coucher du Soleil ?

Tout astre lumineux (et donc observable) est couvert d'archers particulièrement actifs et efficaces : ces "grains de matière" situés sur toute sa surface envoient (ou renvoient) à chaque instant des photons-flèches dans toutes les directions de l'Univers.
Petite particularité, ces photons flèches se propagent en ligne droite à raison de 300000 km par seconde !
Cela dit, vues les distances qu'ils doivent parcourir, ce n'est pas inutile.
Certains vont se diriger vers la Terre, d'autres vont la frôler, d'autres passeront à côté...

Rêvons un peu

Je suis un (minuscule) observateur de ces événements, confortablement installé sur la Terre, sur une petit île déserte, posée délicatement sur l'Equateur de ma planète, par une belle fin d'après-midi de ce jour de Printemps... Autour de moi, l'horizon matérialise un plan horizontal : ce plan est la cible dont j'occupe (bien sûr !) le centre. Depuis Galilée, je sais que ce "plan" tourne autour de l'axe de la Terre...

Tiens, fixons les idées : je vois un astre très lumineux situé à une quinzaine de degrés au dessus de l'horizon Ouest. Tout ce dont je peux parler objectivement, c'est des photons que ma rétine reçoit à un instant donné. Tous ceux que m'envoie l'astre lumineux proviennent (avec une incertitude angulaire d'une fraction de degrés) d'une même direction D : Que puis-je conclure ?

La simultanéité de l'arrivée des photons m'apprend qu'aux instants où ils quittaient l'astre, les photons étaient émis par des grains de matière, confondus avec des points disposés au voisinage de la droite D, précédemment définie, et passant par mon oeil...

Attention !
Souvenons nous bien : Rien ne prouve que ces grains de matière soient encore là, ni qu'ils y aient toujours été... Bref, je sais que les photons que je reçois en ce moment me racontent ce qui se passait là-bas à l'instant où ils quittaient l'astre, en chacun de ses points observables, dans la direction de la droite D, qui relie le point qu'occupe mon oeil maintenant, à ceux qu'occupaient les "archers" de l'astre il y a quelques minutes (8 minutes environ s'il s'agit de notre Soleil)... ou plusieurs années (s'il s'agit d'une étoile "proche") !
Ils ont donc eu largement le temps de se lasser et de faire autre chose...

Et surtout, pas de conclusions hâtives : Rien ne prouve que les photons voyageurs aient quitté l'astre en même temps !

Maintenant, l'astre vient de disparaître sous l'horizon... Il s'est écoulé une heure depuis ma précédente observation
La seule conclusion que je puisse tirer de mes observations et d'éventuelles mesures est la suivante : mon horizon-cible a tourné d'un angle de 15 pendant une durée d'une heure... par rapport à la droite qui relie mon oeil au point dont la lumière est partie...

Toute autre conclusion sera basée sur des hypothèses complémentaires...

Quant aux derniers photons, provenant de l'astre, que j'ai pu recevoir sur ma rétine, et qui sont arrivés en frôlant le plan de la cible-horizon, tout ce que je sais, c'est qu'il sont partis d'un point... qui n'est sans doute plus maintenant là où il était lorsqu'ils l'ont quitté ...

Et pour occuper une nuit blanche...

Lors d'une éclipse de Soleil, à l'instant où apparaît le couronne (c'est à dire à l'instant ou nous voyons la Lune masquer complètement le Soleil), il arrive que l'on puisse observer une étoile, très proche des deux astres qui se confondent...
Cela est arrivé lors de l'éclipse qui permit à Einstein de vérifier ses théories... mais ne nous égarons pas.

Quelques interrogations :

Rappelons qu'il faut plusieurs années à la lumière pour venir de l'étoile, 8 minutes pour venir du Soleil, et 1 seconde pour venir de la Lune...

Ne nous berçons pas d'illusions... Je crois bien sincèrement que ces 4 points "matériels" n'ont JAMAIS été alignés...

D'ailleurs, l'étoile a peut-être déjà fini sa vie ! Le saurai-je un jour ?
Le Soleil a peut-être commencé à émettre une magnifique protubérance... Patience, nous le saurons bientôt !
Un astéroïde a peut-être percuté la Lune, il y a de cela une seconde...(une seconde passe) ...Hé bien non, pas encore !

Bref !

Pouvons nous décemment croire à ce que nous voyons ?

Le débat est ouvert !  

A vous de jouer !

 

D'autres questions ? Des objections ? Ou bien des réponses... A vos claviers !