25 décembre 1968. Les ingénieurs de la NASA viennent de recevoir un étrange message en provenance de la Lune : "Please be informed there is a Santa Claus" (Veuillez noter que le père Noël existe).

L'émetteur du message ? L'astronaute Jim Lovell, embarqué à bord de la capsule Apollo 8. Aurait-il surpris le père Noël dans sa tournée de distribution de cadeaux ? Aurait-il découvert son secret : comment le vieil homme parvient-il à distribuer tous ses cadeaux sans jamais se faire surprendre ?

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Voyons cela de plus près. Il y a environ 2 milliards de personnes mineures sur Terre. Si l'on considère que les enfants ne reçoivent pas tous des cadeaux jusqu'à leur majorité, et que toutes les familles ne célèbrent pas Noël, on peut abaisser le chiffre à 700 millions. Et vu qu'il y a en moyenne 3,5 enfants par foyers, cela fait à la louche 200 millions d'habitations à visiter…

Cadeaux de Noël, 2018, photographie : mohamed_hassan
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Si l'on ajoute la distance séparant chacune de ces habitations, et le fait qu'il ne dispose que de 31 heures (grâce au décalage le long des fuseaux horaires), le père Noël doit se déplacer à la vitesse record de… 10 millions de kilomètres par heure. Soit 200 000 fois plus vite qu'Usain Bolt, l'homme le plus rapide du monde ! Autant dire que ses rennes sont particulièrement vigoureux, ou un peu magiques...

Or, à de telles vitesses, des choses étranges commencent à se passer. C'est la théorie de la relativité restreinte qui le dit. Oui, oui, celle d'Albert Einstein.

Portrait d'Albert Einstein durant une conférence à Vienne, 1921, photographie : Ferdinand Schmutzer
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Par exemple, le père Noël et son traineau rétrécissent dans la direction vers laquelle ils se déplacent, formant une sorte de traînée de couleur floue, jusqu'à devenir invisible à nos yeux.

Et si l'on ne les entend pas passer, c'est à cause de l'effet Doppler. C'est le changement de fréquence sonore que l’on entend lorsqu’un camion de pompiers, sirène hurlante, nous dépasse. Plus il s’approche, plus le son est aigu, plus il s’éloigne, plus le son est grave. Ainsi, les sons produits par le père Noël et son traineau sont si aigus qu'ils en deviennent inaudibles.

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Mais au fait, Jim a-t-il vraiment croisé le père Noël ? Malheureusement, non… son message était juste une façon bien trouvée d'informer la NASA que sa capsule avait réussi à quitter l'orbite lunaire et entamer son voyage de retour sur Terre. Poétique, non ?

Joyeux Noël à tous !

Les membres de l'équipage de l'expédition 22 fêtent Noël à bord de la station spatiale internationale, décembre 2009, photographie, photo : NASA
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Pour en savoir plus :

Sur la mission Apollo 8, et Noël autour de la Lune

Sur le lien entre relativité restreinte et père Noël

Sur l'effet doppler (ancienne newsletter Sciencetips)

Pour découvrir "La physique du père Noël", Tu mourras moins bête, 2018 (vidéo)