RømerEdit
Ole Christensen Rømer a utilisé une mesure astronomique pour faire la première estimation quantitative de la vitesse de la lumière. Mesurée depuis la Terre, la période des lunes orbitant autour d’une planète lointaine est plus courte lorsque la Terre s’approche de la planète que lorsqu’elle s’en éloigne. La distance parcourue par la lumière entre la planète (ou sa lune) et la Terre est plus courte lorsque la Terre se trouve au point de son orbite le plus proche de sa planète que lorsqu’elle se trouve au point le plus éloigné de son orbite, la différence de distance étant le diamètre de l’orbite de la Terre autour du Soleil. La modification observée de la période orbitale de la Lune correspond en fait à la différence de temps que met la lumière pour parcourir la distance plus courte ou plus longue. Rømer a observé cet effet pour Io, la lune la plus interne de Jupiter, et il en a déduit que la lumière met 22 minutes à traverser le diamètre de l’orbite de la Terre.
BradleyEdit
Une autre méthode consiste à utiliser l’aberration de la lumière, découverte et expliquée par James Bradley au 18ème siècle. Cet effet résulte de l’addition vectorielle de la vitesse de la lumière arrivant d’une source lointaine (comme une étoile) et de la vitesse de son observateur (voir schéma ci-contre). Un observateur en mouvement voit donc la lumière provenant d’une direction légèrement différente et voit par conséquent la source à une position décalée par rapport à sa position initiale. Comme la direction de la vitesse de la Terre change continuellement lorsque celle-ci tourne autour du Soleil, cet effet entraîne un déplacement de la position apparente des étoiles. À partir de la différence angulaire de la position des étoiles, il est possible d’exprimer la vitesse de la lumière en termes de vitesse de la Terre autour du Soleil. Cette dernière, avec la longueur connue d’une année, peut être facilement convertie en temps nécessaire pour voyager du Soleil à la Terre. En 1729, Bradley a utilisé cette méthode pour déduire que la lumière voyageait 10 210 fois plus vite que la Terre dans son orbite (le chiffre moderne est 10 066 fois plus rapide) ou, de manière équivalente, qu’il faudrait à la lumière 8 minutes 12 secondes pour voyager du Soleil à la Terre.
ModernEdit
De nos jours, le « temps de la lumière par unité de distance » – l’inverse de c (1/c), exprimé en secondes par unité astronomique – est mesuré en comparant le temps nécessaire aux signaux radio pour atteindre différents engins spatiaux dans le système solaire. La position des engins spatiaux est calculée à partir des effets gravitationnels du Soleil et des différentes planètes. En combinant plusieurs de ces mesures, on obtient la meilleure valeur possible pour le temps de lumière par unité de distance. En 2009, la meilleure estimation, telle qu’approuvée par l’Union astronomique internationale (UAI), est la suivante :
temps de lumière par unité de distance : 499,004783836(10) s c = 0,00200398880410(4) UA/s c = 173,144632674(3) UA/jour.
L’incertitude relative de ces mesures est de 0,02 partie par milliard (2×10-11), comme équivalent à l’incertitude des mesures terrestres de longueur par interférométrie. Le mètre étant défini comme la longueur parcourue par la lumière dans un certain intervalle de temps, la mesure du temps de la lumière pour une unité de distance peut également être interprétée comme la mesure de la longueur d’une UA en mètres. Le mètre est considéré comme une unité de longueur propre, tandis que l’UA est souvent utilisé comme une unité de longueur observée dans un cadre de référence donné.