La lumière du soleil qui vous réchauffe en ce moment a peut-être mis des centaines de milliers d’années à traverser le Soleil — avant de parcourir la distance Terre-Soleil en huit minutes. À l’intérieur de notre étoile, chaque photon rebondit dans tous les sens comme une bille de flipper, absorbé et réémis des milliards de fois, avant de s’échapper enfin. Certains de ces rayons sont plus vieux que l’espèce humaine.

Ce que vous allez apprendre

• Pourquoi la lumière met des centaines de milliers d’années à traverser le Soleil alors qu’elle parcourt la même distance en deux secondes dans le vide
• Ce qu’est la marche aléatoire et pourquoi elle transforme un trajet de deux secondes en voyage de 170 000 ans
• Pourquoi l’âge exact de chaque photon qui vous atteint est impossible à calculer avec précision

Deux secondes dans le vide, 170 000 ans dans le plasma

Le Soleil a un rayon de 695 700 kilomètres. Dans le vide, un photon parcourt cette distance en un peu plus de deux secondes.

Mais le Soleil n’est pas du vide. C’est une sphère de plasma d’hydrogène — le quatrième état de la matière, dans lequel protons et électrons ne forment pas d’atomes stables mais dérivent librement en un fluide de particules chargées.

Dans cet environnement, un photon ne se déplace pas en ligne droite. Il est constamment absorbé par une particule, puis réémis dans une direction totalement aléatoire. Absorbé, réémis. Absorbé, réémis. Des milliards de fois. C’est ce que les physiciens appellent la marche aléatoire.

La balle de flipper cosmique

Le libre parcours moyen d’un photon au cœur du Soleil — la distance qu’il parcourt entre deux absorptions — est estimé à environ un centimètre.

Ce chiffre semble anecdotique. Ses conséquences sont vertigineuses.

Si un photon devait effectuer ce trajet en ligne droite, il lui faudrait environ 70 milliards de déplacements d’un centimètre pour traverser le Soleil. Mais la marche aléatoire ne fonctionne pas en ligne droite : la distance réelle parcourue est le carré du nombre de pas. Soit environ 4,9 milliards de milliards de centimètres — environ 20 % de la distance entre la Terre et le centre de la Voie lactée.

Pour couvrir cette distance équivalente en ligne droite, la lumière mettrait plus de 5 000 ans.

Crédit : NASA

De 5 000 à 500 000 ans selon les modèles

Ce chiffre de 5 000 ans est en réalité l’estimation la plus optimiste — et probablement la moins précise.

Des recherches plus récentes suggèrent que le libre parcours moyen d’un photon au cœur du Soleil pourrait être inférieur à un millimètre — dix fois plus court. Puisque la distance réelle est un carré, cela représente cent fois plus d’étapes. Le temps de traversée grimpe alors à plus d’un demi-million d’années.

Les simulations les plus sophistiquées convergent vers une valeur intermédiaire : environ 170 000 ans. Soit le temps qui s’est écoulé depuis que notre espèce est apparue sur Terre.

Huit minutes pour finir le voyage

Une fois sorti de la surface du Soleil, le photon n’en a plus pour longtemps.

La distance Terre-Soleil — 150 millions de kilomètres — se parcourt dans le vide en huit minutes et vingt secondes exactement. Sans obstacle, sans absorption, sans déviation.

Ce contraste est peut-être la donnée la plus vertigineuse de toute cette physique. Un photon passe entre 170 000 et 500 000 ans à zigzaguer dans le plasma solaire — puis traverse l’espace interplanétaire en huit minutes pour atterrir sur votre peau un mardi après-midi.

Certains des rayons qui vous touchent en ce moment ont commencé leur voyage quand les Néandertaliens partageaient encore la Terre avec nos ancêtres. D’autres sont peut-être encore plus vieux que notre espèce.