Histoire d’eau et de poussière

Présentation au sujet: "Histoire d’eau et de poussière"— Transcription de la présentation:

1 Histoire d’eau et de poussière
La molécule d’eau, du Big-bang à notre verre François Sibille Académie des Sciences, Belles-lettres et Arts de Lyon 4 décembre 2012

2

3 Tableau périodique des éléments … juste après le Big-Bang …
25% 75%

4 … Et après quelques dizaines de millions d’années

5 … Et après quelques centaines de millions d’années

6 Mirage gravitationnel : un télescope géant, naturel et gratuit

7 Mirage gravitationnel : un télescope géant, naturel et gratuit
HST HST Beaucoup d’années lumière

8 Mirage gravitationnel : un télescope géant, naturel et gratuit
HST HST Beaucoup d’années lumière

9 Un « quasar » très humide : APM 08279+5255
Seulement 1,7 milliard d’années après le Big-Bang Tel qu’il apparaît en rayons X Concept « artistique » images NASA

10 50% de la masse d’une galaxie
MILIEU INTERSTELLAIRE DIFFUS Gaz raréfié : 10 atomes / cm3 Pas très froid : 100K (-173 °C) 75% H 24 % He , 1% Traces C, N, 0 etc. Atomes « lourds » Fabriqués dans les étoiles Diffusés dans le milieu 50% de la masse d’une galaxie Mais trop dilué pour former des molécules Très inhomogène

11 Les nuages denses Equilibre hydrostatique 1000 à10 0000 atomes/cm3
Rassemblement par la gravité « Nuages » Années lumière Masse du Soleil Equilibre hydrostatique Sir James Hopwood JEANS(1877 -1946)

12 Et la poussière ! Petits grains : ~ 1 micron Suie (graphite)
Poussière de roche (Silicate) Composant mineur : < 1% de la masse du Milieu interstellaire 1 grain pour 1012 atomes Rôles très importants en Astrophysique

13 Rôles de la poussière Rougissement : Absorbe plus le bleu que le rouge
Transparent à l’infrarouge Refroidissement : Par émission de photons infrarouges Coucher de Soleil

14 Bételgeuse Les étoiles vieillissantes empoussièrent l’espace
Image du disque par interférométrie au VLT Première historique Première image du disque D’une étoile autre que le Soleil image : Xavier Haubois (Observatoire de Paris) et al. 2 cm à 200 km

15 Par interférométrie au VLT
Les étoiles vieillissantes empoussièrent l’espace Bételgeuse ( Orionis) Image du disque Par interférométrie au VLT st35gm04n26_I1blm Simulation numériques par Bernd Freytag (CRAL-ENSL) très accéléré : épisode de 7 ans image : Xavier Haubois (Observatoire de Paris) et al. 2 cm à 200 km

16 Les étoiles vieillissantes empoussièrent l’espace
coronographe Bételgeuse, l’étoile masquée par « Coronographie »

17 RETOUR AU MILIEU INTERSTELLAIRE DENSE

18 WWW.usine_à_ molécules.com
Nuages denses : Complètement opaques Très froids : 10K (-263 °C) Grains à l’abris des UV Très froids K  Chimie dans les nuages denses : molécules.com

19 Les atomes du gaz se collent à la surface des grains
H C O O H H H N O H N H C N C N O H N H O C N H C H H O C N

20 Adsorption + Formation de molécules  couche de glace
 Croissance des grains CO+OCO2 C+OCO O+HOH OH CO CO2 H2O H2O NH3 H2 CO OH H2O CO2 NH3 OH H+HH2 C+HCH etc H2 OH+HH2O

21 Adsorption + Formation de molécules  couche de glace
 Croissance des grains CO+OCO2 C+OCO O+HOH OH CO CO2 H2O H2O NH3 H2 CO OH H2O CO2 NH3 OH H+HH2 C+HCH etc H2 CH3-CH2-OH OH+HH2O

22 Adsorption + Formation de molécules  couche de glace
 Croissance des grains CO+OCO2 C+OCO O+HOH OH CO CO2 H2O H2O NH3 H2 CO OH H2O CO2 NH3 OH H+HH2 C+HCH etc H2 CH3-CH2-OH OH+HH2O Glycine Alanine

23 Autre scénario possible …
Quand un grain sort du nuage … Turbulences  Retour du grain au milieu diffus Les étoiles le réchauffe Sublime la glace Photodissociation des molécules : H20 + photon UV  OH + H Autre scénario possible …

24 Fragmentation du nuage Collapse des fragments
The_Process_of_Triggered_Star_Formation(converted).avi Démarrage auto Fragmentation du nuage Collapse des fragments Formation ‘un groupe de nouvelles étoiles

25 Amas des Pléiades

26 Retour sur l’effondrement d’un fragment

27 m m V  r = Moment cinétique d’une particule r V x CG

28 r V m V  r = Moment cinétique d’une particule
m V  r = Moment cinétique d’un fragment r V x CG

29 S m V  r = Moment cinétique d’un fragment
m V  r = Moment cinétique d’une particule S m V  r = Moment cinétique d’un fragment Conservation de S m V  r r V x CG solar_system_cloud_collapse_avi.mpg

30 Le reste va dans un disque en orbite autour de l’étoile
L’essentiel de la masse va dans l’étoile : nouvel équilibre hydrostatique Le reste va dans un disque en orbite autour de l’étoile Le disque «absorbe» le moment cinétique Le disque refroidit et « coagule » en planètes jpl-formation-ss-from-disk-ssc v2_full.avi image NASA/ESA Vidéo JPL/NASA

31

32

33 Température décroissante
Sec Un peu d’eau Beaucoup de glace Température décroissante T>1000 K T <100K Planètes telluriques : Mercure Vénus Terre Mars Planètes joviennes : Jupiter Saturne Uranus Neptune Ceinture de Kuiper Réserve des noyaux de comètes

34 Pression Liquide Solide (glace) 1 atm Gazeux (vapeur) 0°C 273 K 100°C
Température

35 x Mars Pression Liquide Solide (glace) 1 atm Gazeux (vapeur) 0°C 273 K
Température Mars

36 x x Vénus Mars Pression Liquide Solide (glace) 1 atm Gazeux (vapeur)
273 K 100°C 373 K Température Mars

37 0,02% de la masse de la Terre Toute cette eau est elle d’origine ?

38 La Terre retient bien son eau
Température (°C) La Terre retient bien son eau D’

39 Mais ça ne durera pas toujours
Croissance de la « Constante solaire » Le Soleil chauffe de plus en plus ! "Constante solaire" 170° 100° 50° 0° -70° L’effet de serre s’emballe Température moyenne dépasse 50 °C Masse de l‘eau des océans L'eau des océans s'évapore Age Soleil (milliard d'années) 2012 1,5 Milliard d'années

40 Les planètes (lunes) banquises
Europa

41 Ganymède

42 Encelade (Saturne) Geysers d’Encelade

43 Le « Modèle de Nice » ou  « Grand Bombardement tardif » (LHB)

44 Restructuration du Système solaire
Neptune passe au-delà d’Uranus Le nuage des planétésimaux « glaçons » est dispersé Les planètes sont moins serrées

45 ? Seule au monde ?

46

47 Glace des grains + matériaux organiques: conservés à partir de Jupiter
Près de l’étoile entre les deux Loin de l’étoile + icy_planetesimals_(converted).mpg planetesimal_collisions_(converted).mpg Mercure Vénus Terre Mars Astéroïdes Plutino Ceinture de Kuiper Nuage d’Oort Jupiter Saturne Neptune Uranus Glace des grains + matériaux organiques: conservés à partir de Jupiter

48

49 http://co2thetruth. e-monsite
role-du-soleil-de-la-vapeur-d-eau-et-des-nuages-dans-ses-calculs-de-prevision-du-climat- de-la-terre-dans-un-siecle.html

50

51

52 planet-migration-armitage.wmv

53 Venera 15

54 G6. Infrared Radiation and Planetary Temperature Climate Clash.htm

55 extension asymétrique extension symétrique pliage vertical pliage horizontal(dégénéré)

56 Fraction de la population
Vitesse moyenne des molécules à la température T : distribution de Boltzmann Fraction de la population énergie cinétique moyenne = kT = ½ mv2 Vitesse de libération : vech = (2GM/(a+h))1/2 Si vmol > vech une molécule de mouvement dirigé vers le haut peut s’échapper dans l’espace

57 MILIEU INTERSTELLAIRE DENSE : 10 0000 atomes/cm3
Régions denses Nuages complètement opaques Mélange avec de la poussière

58 Représentation traditionnelle !

59 Les vieilles étoiles empoussièrent le milieu interstellaire
Le rayonnement Infrarouge des grains a révélé leur nature Grains de « graphite » (suie) Grains de silicates Taille typique : 0,05 à 1 µm 1% de la masse du gaz dans le MIS

60 Rayonnement de la poussière dans l’infrarouge

61 Rayonnement de la poussière dans l’infrarouge
PAH 100 atomes

62 Rayonnement de la poussière dans l’infrarouge
Très petits grains chauffés transitoirement

63 Rayonnement de la poussière dans l’infrarouge
Gros grains 20-30 K

64

65 Trainée de poussière derrière l’étoile géante MIRA ( o Ceti)