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11 petit panorama astronomique : ballade dans le cosmos.

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1 11 petit panorama astronomique : ballade dans le cosmos

2 22 Des questions (presque) banales - comment sait on décrire l'Univers et ses objets ? - c'est quoi l'astronomie ? - pourquoi y a t il des éclipses ? - pourquoi la Lune change-t-elle d'aspect ? (phases) - les étoiles sont elles éternelles ? - à quoi sert l'astronomie ? - et bien d'autres……….

3 33 Etymologie : ASTRO => Astres NOMIE => Lois Astronomie : étude des lois qui gouvernent la vie des astres Note : astrologie, c'est pas la même chose (pas du tout) buts de l'Astronomie : décrire et expliquer la nature, le fonctionnement et l'histoire de l'Univers ( rien que ça !) Etymologie : ASTRO => Astres NOMIE => Lois Astronomie : étude des lois qui gouvernent la vie des astres Note : astrologie, c'est pas la même chose (pas du tout) buts de l'Astronomie : décrire et expliquer la nature, le fonctionnement et l'histoire de l'Univers ( rien que ça !) Astronomie : une définition…

4 44 Les astres : c'est quoi ? Première approche : " c'est ce qu'on voit dans le ciel ??? " Pas aussi simple que ça !

5 55 Des choses que l'on voit dans le ciel ??? Il faut distinguer : - objets de la vie courante (oiseaux, avions, satellites,...) - phénomènes aériens (nuages, arc en ciel, aurore boréale,...) - objets naturels au-delà de l'atmosphère (Soleil, Lune, étoiles,..) mais comment distinguer ?

6 66 Comment distinguer astro/ pas astro ? Par le mouvement ! En astronomie : mouvement lent, régulier, mouvement d'ensemble grand manège, vo û te céleste : axe de rotation, vitesse Exception : météores (étoiles filantes)

7 77 Astres - objets du ciel situés au-delà de l'atmosphère terrestre - et dont le mouvement apparent est lent, régulier, périodique - ils ont un mouvement d'ensemble : leurs positions relatives semblent ne pas varier Qui provoque ce mouvement apparent ? - la rotation de la Terre sur elle-même (mvt diurne) axe de rotation voisin de la direction de l'étoile polaire - le déplacement de la Terre par rapport au Soleil (mvt annuel) pas ici là

8 88 mais les astres, il y en a beaucoup ! et partout ! comment s'y retrouver dans ce fouillis ?? pourquoi vouloir s'y retrouver ? réponse : agriculture, navigation,.. réponse 1 : les constellations ! regroupements arbitraires par voisinage angulaire attention !! aucun autre lien que le voisinage angulaire réponse 2 : les catalogues d'étoiles (listes avec positions)

9 99 quelques célébrités du moment pléiades orion taureau grande ourse cassiopée (le W)

10 10 des catalogues et des cartes premier catalogue : Hipparque, 150? avant JC, 1000 étoiles autre catalogue historique : Messier, 18eme siècle, "objets diffus", environ 100 le plus récent : satellite Hipparcos 1995 : étoiles le futur : satellite GAIA 2015 ?? : 1 milliard d'objets !

11 11 statut de l'astronomie Astronomie = science d'observation i.e. on ne touche pas ! Astronomie = science d'observation i.e. on ne touche pas !

12 12 Méthodes : un peu de philo ? Recherche de la vérité : l'approche scientifique je regarde jouer les dieux à un jeu compliqué et je dois trouver les règles seulement en regardant je regarde jouer les dieux à un jeu compliqué et je dois trouver les règles seulement en regardant deux attitudes : 1. je crois un gourou qui me dit "c'est comme ca, les dieux me l'ont dit" 2. j'observe, j'imagine (hypothèse), et je me dis "je crois seulement au contrôle de mon hypothèse par le déroulement du jeu" deux attitudes : 1. je crois un gourou qui me dit "c'est comme ca, les dieux me l'ont dit" 2. j'observe, j'imagine (hypothèse), et je me dis "je crois seulement au contrôle de mon hypothèse par le déroulement du jeu" Très schématiquement : l' attitude 2 est l'approche scientifique

13 13 L'observation c'est le moteur de la connaissance en astro (le carburant c'est la réflexion) Observer ce n'est pas seulement contempler pour qu'il y ait observation il doit y avoir mesure (même à l'œil nu) plus de % de ce que nous savons sur les astres a été fourni par la lumière que nous en recevons

14 14 Mesurer mesurer une quantité c'est la comparer à une quantité de même nature prise comme référence (on dit : comme "unité") une mesure doit fournir un nombre ET une incertitude mesure de longueur : 6.7 unités +/- 0.1 unité mesure d'angle 4.2 unités +/- 0.1 unité mesure d'arc 1.5 unités +/- 0.1 unité

15 15 Mais il faut des unités adaptées Exemple : longueurs, distances insecte : mm stylo : cm bateau : m voyage : km, heures de voiture, heures d'avion Nice-Paris : grossièrement 1000 km, 1h d'avion En Astro, on ne parle pas d'avion mais de lumière ! vitesse dans le vide : km / seconde

16 16 Année de lumière C'est une unité de longueur elle est adaptée aux distances en astro AL : distance parcourue en un an par la lumière dans le vide AL (km) = ( km/s) * (365*24*60*60 s) AL environ km plus facile à retenir 10^13 km

17 17 Faire de lastronomie sans télescope : des histoires dangle

18 18 ciel nocturne, coup d'oeil en passant

19 19 Points lumineux : éclats différents couleurs différentes scintillement (ou pas) Objets étendus (disques) : Soleil, Lune (et les croissants ?) le ciel à l'œil nu, on peut voir quoi ? On peut remarquer : - mouvement d'ensemble - constellations - phases de la Lune, éclipses, météores - et l'on peut distinguer étoiles et planètes ( comment ? + tard) Objets diffus : Voie lactée, amas d'étoiles, nébulosités, comètes

20 20 La faune astronomique : - quelques spécimens - et des jalons de distance

21 21 Coup d'œil synthétique sur le système solaire Le Soleil (une étoile), des planètes avec leurs satellites et des petits corps (planétésimaux) Mars Mercure Vénus Terre Jupiter Saturne Uranus Neptune Pluton Charon tailles relatives correctes distances fausses

22 22 La Terre, notre Terre circonférence : km diamètre : environ km masse : 6. 10^24 kg coup de chance ?? ou pas ?

23 23 soleil

24 24 Soleil Diamètre : kilomètres, disons environ km A retenir : plus de 100 fois le diamètre de la Terre. combien de Terres pour remplir le volume du Soleil ? Masse : environ 2.10^30 kg, disons environ fois celle de la Terre Température : 5800 K (surface) K (noyau) Le Soleil est, et de loin, l'objet le plus gros du système solaire. Il contient plus de 99.8% de la masse totale du système solaire (Jupiter comptant presque tout le reste).

25 25 Taches solaires La surface du Soleil (photosphère) est à une température de 5800 K. Les taches solaires sont des régions plus froides à seulement 3800 K. Les taches peuvent être très larges, jusqu'à km de diamètre.

26 26 La Lune, notre satellite naturel la Reine de la Nuit probablement la plus grande célébrité du ciel nocturne

27 27 Lune Diamètre : environ 1/3 de celui de la Terre Masse : 8. 10^22 kg, environ 100 fois moins que celle de la Terre A quelle distance de la Terre ? environ km plus facile à retenir : environ 1 seconde de lumière

28 28 éclipses éclipse de Soleil : terme impropre, on devrait dire : occultation éclipse de Lune Eclipse : passage dans l'ombre la Lune occulte le Soleil

29 29 le système solaire "interne" les planètes telluriques (cailloux)

30 30 le système solaire "externe" les planètes joviennes

31 31 entre les deux, les astéroïdes

32 32 et tout à fait à la périphérie, un réservoir à comètes

33 33 Et au niveau des distances ? Terre Lune : km 1 seconde de lumière Terre Soleil : km 8 min de lumière il faut s'attendre à des nombres de km avec beaucoup de zéros et les années de lumière ne sont pas adaptées ici on introduit une nouvelle unité de distance : l'Unité Astronomique : distance moyenne Terre-Soleil 1 U.A. = 150 millions de km c'est avec elle que nous arpenterons le système solaire

34 34 en partant du Soleil 3 min de lumière 0.05 masse Terre rayon 0.4 RTerre Mercure 0.4 UA 6 min de lumière 0.8 masse Terre rayon RTerre Vénus 0.7 UA 8 min de lumière 6. 10^24 kg R = 6400 km Terre 1 UA la ceinture d'astéroïdes 2.9 UA 12 min de lumière 0.1 masse Terre rayon 0.5 RTerre 1.5 UA Mars

35 35 En séloignant du Soleil… 40 min de lumière 300 masse Terre rayon 11 RTerre Jupiter 5 UA 80 min de lumière 100 masse Terre rayon 9 RTerre Saturne 10 UA 3 h de lumière 14 masse Terre rayon 4 RTerre Uranus 20 UA 6 h de lumière 17 masse Terre rayon 4 RTerre Neptune 30 UA 8 h de lumière 0.2 masse Terre rayon 0.4 RTerre Pluton-Charon 40 UA

36 36 Les étoiles : elles naissent, vivent et meurent Nébuleuse d'orion pouponnière d'étoiles 1500 AL Soleil, étoile adulte une parmi d'autres supernovae mort explosive cataclysme après la mort explosive les restes se diluent nébuleuse du crabe 6000 AL nébuleuse planétaire une mort plus douce 5000 AL pléiades, amas ouvert étoiles jeunes 400 AL amas globulaire étoiles vieilles autres spécimens : étoiles doubles, supergéantes, naines blanches,pulsars, étoiles à neutrons

37 37 Galaxies : des étoiles et de la matière interstellaire la nôtre : la Galaxie diamètre AL plusieurs centaines de milliards d'étoiles nos proches voisins ( à AL) les deux nuages de Magellan galaxie d'Andromède cousine, à 2 millions d'AL il n'y a pas que des spirales galaxie du sombrero

38 38 matière interstellaire, diverses nébuleuses des formes spectaculaires : l'imagination au pouvoir la tète de cheval, célébrité, vers Orion nébuleuse du sablier nébuleuse trifide nébuleuse North-America

39 39 Les amas de galaxies et plus loin, les quasars, à des milliards d'années de lumière probablement des galaxies avec un trou noir au milieu qui provoque une gigantesque libération d'énergie l'amas de la Vierge à 50 millions d'AL plusieurs centaines de galaxies la nôtre est dedans (sur le bord) il y a d'autres amas, et il y a des super amas "jusqu'où s'arrèteront-ils " amas d'Hercule, 650 millions d'AL

40 40 Récapitulons ! Cosmos : vision ordonnée de l'Univers toute une population d'étoiles = galaxie nous habitons la Voie Lactée ou la Galaxie (majuscule) une parmi d'autres tout plein de galaxies = amas de galaxie Soleil : une étoile parmi d'autres des amas d'amas, des super-amas des univers-iles centaines et milliers d'années de lumière minutes et heures de lumière centaines de millions d'années de lumière milliards d'années de lumière

41 41 Astronomie sans télescope : antiquité, un palmarès éblouissant et des histoires d'angles *positions, constellations, mouvement d'ensemble *le gnomon et le cadran solaire *le temps, les calendriers *catalogues, cartes *des astres indisciplinés : planètes * mesures fondatrices (géométrie + mesures angulaires) la Terre est ronde, diamètre de la Terre, diamètre de la Lune, distance Terre Lune distances relatives Terre-Lune et Terre Soleil les étoiles sont "très loin"

42 42 histoire d'angles : les radians ce serait sympa de pouvoir écrire A(R1, ) = R1* (nombre réel) avec les degrés, on peut pas ! si est exprimé en radians, on peut ! angle au centre : R1 R2 A(R1, ) = longueur de l'arc pour angle et rayon R1 A(R2, ) = longueur de l'arc pour angle et rayon R2 Radian = nouvelle façon d'exprimer les angles

43 43 les radians : suite à connaître sans hésitation 1 arcmin = E(-4) radian 1 arcsec = E(-6) radian en astro, on a souvent des angles et arcs TRES petits plus petits que 1° … minute d'arc : 1°/60 1 ' ==>2 /(360°. 60 '/°) radian 1 ' 2*3.14 / (400*50) 3. 10E(-4) radian seconde d'arc : 1 ' / 60 = 1°/ E (-6) radian

44 44 premières mesures : des angles le gnomon (baton vertical) : ombre portée L connu M mesuré L M L/M = tg ==> œil nu : pas précis, équation personnelle

45 45 premières mesures : des angles L/M= tg M L oeil œil assisté : arbalète ou baton de Jacob plus précis impersonnel (presque) une vraie mesure (nombre) séparations angulaires (on dit aussi distances angulaires) il y a aussi le quadrant et d'autres..

46 46 encore des angles : diamètre apparent M L oeil L/M= tg lune : 32 arcmin soit environ 1/100 radian illustration commode pour 1 arcsec : petit pois à 1 km 5 mm 1 km ou 1E6 mm

47 47 un p'tit tour chez les Grecs ? samos

48 48 Aristarque de Samos (270 av JC) géométrie du système Terre-Lune-Soleil Diamètre Lune/Diamètre Terre éclipse distance Lune/ Diamètre Terreéclipse distance Terre-Soleil / dist.Terre-Lunequartier diamètre du Soleiléclipse totale de Soleil à l'époque résultats faux (insuffisance des instruments de mesure) mais raisonnements justes ( et beaux)

49 49 rapport : dist Terre-Lune / Diam Terre éclipse et chronométrage L D 2.L / D = T / t T et t mesurés => L/D = (1/2 ).(T / t) on peut aussi avoir le rapport DiamètreLune/Diamètre Terre un tour : durée T (lunaison) éclipse : durée t

50 50 rapport (DiamètreLune / Diamètre Terre) évaluation par chronométrage La Lune parcourt un arc égal à son diamètre D pendant "t" (1 h environ) on mesure le temps "T" entre le premier et le dernier contact Ce temps "T" correspond à (X+1) diamètres lunaires On a T (heures) = (X+1). t (heures) On en tire DTerre/Dlune = X ombre Terre approx D Terre t x*D (x+1)*D T

51 51 rapport (DiamètreLune / Diamètre Terre) une approche graphique environ un facteur 3 : Dterre ~ 3* Dlune

52 52 distances relatives (Aristarque) rapport (distance Terre Soleil / distance Terre Lune) Lune au quartier (éclairage "de coté") on exploite l'angle droit et la trigonométrie TL TS TL / TS = cos M M Aristarque a trouvé TS = 20.TL (?) en fait c'est plutôt 400. ( / )

53 53 encore Aristarque : diamètre du Soleil Eclipse totale =>Lune, Soleil même diamètre apparent Alors : Diamètre Lune/Diamètre Soleil = Distance Lune/Distance Soleil d'où : Diam Soleil = Diam Lune * (Dist Soleil/Dist Lune)

54 54 diamètre de la Terre : Erathostène (230 av.J.C.) le puits et le gnomon la Terre est ronde, on le savait : bateaux à l'horizon R p L h (radian) = L/R tg = p/h ~ L/R ~ p/hR ~ (L*h) / p on connaît L on mesure p longueur de l'ombre

55 55 Triangulation : un outil puissant A B p : direction fixe, référence Si la distance de O au segment AB change Alors et changent, comme p =, il change aussi p est une parallaxe, p est devenu un indicateur de distance

56 56 distances des objets proches : parallaxe (Hipparque, 150 av JC) objet lointain (référence) A B R p distance R connu ( Erathostene, 230 av JC) A et B mesurés > p, la parallaxe : p = B-A trigo => p = R/distance alors distance = R/p (longueur/radian = longueur)

57 57 et les objets éloignés ? la méthode de la parallaxe trigonométrique ne marche plus l'angle devient trop faible pour être bien mesuré. Que faire ? agrandir la base La plus grande accessible : le diamètre de l'orbite de la Terre Pour une même erreur de mesure, l'incertitude sur la distance grandit avec la distance base p et l'incertitude sur le résultat grandit avec l'éloignement

58 58 parallaxes stellaires date "t + 6mois" date "t" p

59 59 nouvelles unités de distance : l'Unité Astronomique et le PARSEC PARSEC : quand l'angle p vaut 1 arcsec la distance Etoile-Soleil est de 1 parsec calcul rapide en km et en A.L. … réponse : 1 psc ~ 3*10^13 km, 1 psc ~ 3 AL unité astronomique ( UA) : distance moyenne Terre Soleil

60 60 récapitulons ! unités de distance 1 arcsec avec cette étoile (distance 2 psc) on loge 2 fois la parallaxe dans 1 arcsec : d'où 2 par seconde = 2 parsec année de lumière (AL) : distance parcourue en 1 an par la lumière 1 AL km unité astronomique ( UA) : distance moyenne Terre Soleil 1 UA km soit 8 minutes de lumière parsec (psc): distance à laquelle on voit 1 UA sous un angle de 1 arcsec 1 psc 3 AL un nom bizarre ?? pas si bizarre :

61 61 Quelques repères chronologiques … Stonehenge, Mésopotamie, Babylone, Egypte 3000 av JC, 2000 av JC, mouvement, calendriers, constellations, prédictions des éclipses, phases de la lune les Grecs, - 600, cosmogonie géocentriques et héliocentrique, planètes et leur mvt mesures fondatrices, catalogues, parallaxe La route du Sud Les astronomes Arabes transfèrent les connaissances des Grecs et les leurs propres vers l'Europe, en passant par le Sud de la Méditerranée

62 62 un peu d'histoire ( la suite) Renaissance-18ieme siècle Le club des 5: Copernic, Tycho Brahe, Kepler, Galilée, Newton Héliocentrisme, fondation de la méthode expérimentale, prépondérance de l'observation, mécanique et gravitation Astronomie dite moderne ( après Newton) triomphe de la Gravitation, spectroscopie, grands telescopes, relativité radioastronomie, ère spatiale…...

63 63 Galilée, Exemple spectaculaire de lapport instrumental lemploi de la lunette bouleverse la vision de l Univers Répercussions pas seulement pour la science découvertes de Galilée observateur : cratères lunaires, satellites de Jupiter, taches solaires, phases de Vénus

64 64 Galilée, découvertes de Galilée observateur cratères lunaires, satellites de Jupiter, taches solaires, phases de Vénus

65 65 modèles, théories une théorie est acceptable quand 1. elle fournit des prédictions vérifiées 2. elle est éventuellement réfutable une théorie est acceptable quand 1. elle fournit des prédictions vérifiées 2. elle est éventuellement réfutable à force de ramasser des "bouts de régles du jeu" je construit une grande règle du jeu ( applicable à plusieurs phénomènes) à force de ramasser des "bouts de régles du jeu" je construit une grande règle du jeu ( applicable à plusieurs phénomènes) pour tel phénomène j'ai exhibé un comportement, un mécanisme de fonctionnement j'ai établi un "modèle" ou une "loi" (gaz, électricité,étoiles,...) pour tel phénomène j'ai exhibé un comportement, un mécanisme de fonctionnement j'ai établi un "modèle" ou une "loi" (gaz, électricité,étoiles,...) en associant des grandes règles du jeu je peux construire une "supergrande règle du jeu" j'ai posé un "principe", j'ai élaboré une "théorie", ce sont des guides pour imaginer de nouvelles hypothèses en associant des grandes règles du jeu je peux construire une "supergrande règle du jeu" j'ai posé un "principe", j'ai élaboré une "théorie", ce sont des guides pour imaginer de nouvelles hypothèses

66 66 jalons de distance système solaire : Unités Astronomiques, heures de lumière dans la Galaxie : Années de Lumière, milliers d'A.L. les galaxies : centaines de millions d'Années de Lumière les astres les plus lointains observés (quasars) : milliards d'Années de Lumière


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