LA TERRE DANS L ’UNIVERS

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1 LA TERRE DANS L ’UNIVERS
Géologie DEUG SVT

2 Un peu d ’histoire -3000avJC : Sumériens puis Babyloniens (calendrier basé sur Lune et Étoiles) Positions stables des étoiles les unes par rapport aux autres CONSTELLATIONS : figures particulières formées par les étoiles (Ninive : tablettes astronomiques avec le zodiac. Âge -2000?) Existence d ’un certain nb d ’astres brillants se déplaçant +ou- rapidement parmi les constellations = Planètes (i-e astres errants)

3 Théories géocentriques
Anaximandre (-611 à -545) fut le premier à placer la Terre au centre de l ’Univers Héraclide ( ):«la Terre tourne sur elle-même (explication des mvts des étoiles).» mais « Venus tourne autour du Soleil » Ptolémée* ( ) : théorie des épicycles. La Terre est fixe au centre du monde Ptolémée: La Terre est fixe au centre du Monde. Le Soleil et la Lune tournent autour de la Terre. Les Planètes se déplacent suivant de petits cercles (=épicycles) dont les centres décrivent une orbite circulaire

4 Théories héliocentriques
Philolaos ( ): Le Soleil et la Terre tournent autour du feu central où trône Zeus. Aristarque (-290) : « La Terre tourne sur elle-même et autour du Soleil » Copernic (1543 publication posthume de « de revolutionibus orbium coelestium ») : système héliocentrique

5 9 planètes principales autour du Soleil
Planètes - Satellite 9 planètes principales autour du Soleil Planètes telluriques (analogue à la Terre) Mercure - Vénus - Terre - Mars Planètes gazeuses Jupiter - Saturne - Uranus - Neptune Pluton (encore assez mal connue) Certaines planètes possèdent elles-mêmes des satellites

6 Lois de Kepler 1ère loi : aires balayées en des temps égaux sont égaux
r2(dq/dt) = h où (h = Cte des aires) ds = r2dq avec ds = aire balayée pendant dt 2e loi : trajectoire elliptique des planètes (un des foyers occupé par le Soleil) 3e loi : le carré de la durée de révolution autour du Soleil est proportionnel au cube des grands axes des ellipses. 4P2a3/T2 = Cte

7 Quelques chiffres Distance u.a. Dist. en million km Période de révolution Diamètre en km Mercure 0.387u.a. 56 Mkm j 4847 Vénus j Terre an Mars a322j 6794 Jupiter a315j Saturne a167j Uranus a7j Neptune a280j 44990 Pluton a157j

8 Gravitation et Pesanteur (Newton 1687)
Mouvement régi par des lois mécaniques dont : fr = -G (mm ’)/r2 avec G = 6, cm3g-1s-2 (Constante newtonienne d ’attraction universelle) m et m ’ = masses des corps distants de r

9 Galaxies Galaxie = groupement organisé d ’étoiles. Le nôtre = La Galaxie = «La  Voie lactée » ( étoiles) Galaxies spirales Galaxies elliptiques Galaxies irrégulières Galaxies regroupées en « amas »(Amas local) Super amas = regroupement d ’amas (Le nôtre = Super amas de la Vierge)

10 Les unités employées UA = Unité astronomique = 150.106km
représente la distance Terre - Soleil AL = année lumière = 9, m pc = parsec = 3.26AL ou m distance à laquelle le rayon moyen de l ’orbite terrestre (UA) est vu sous un angle de 1seconde

11 « La Galaxie » Diamètre : 100.000AL e = 6.000AL
Distance axe-Soleil = AL Halo galactique (amas globulaire) Année galactique = ans Nos voisins : Étoile la plus proche du Soleil = Proxima de Centaure à 4,3AL Grand Nuage de Magellan à AL

12 Distance intergalactique
La loi de Hubble met en relation la distance et un décalage spectral (décalage vers le Rouge). Hypothèse : décalage spectral dû à l ’effet Doppler-Fizeau D ’où : Les Galaxies s ’éloignent de la Terre (site d ’observation). Plus elles sont éloignées, plus la vitesse est élevée

13 Théorie actuelle L ’Univers est en expansion.
Il y a ans, toutes ces galaxies étaient regroupées en un même point. Théorie du Big Bang (Gamow 1958), remise d ’actualité par Weinberg 1978. 1990 : lancement du télescope astronomique Hubble (objectif : vérification de la théorie).

14 Rayonnement fossile Confirmation du Big Bang
A très haute température (1032K>T> 5.109K), le rayonnement est en équilibre avec les diverses particules (quarks, électrons, neutrinos…). Aucune lumière ne peut s ’échapper. Pour T < 5.109K, les électrons qui interagissaient librement et efficacement par diffusion avec le rayonnement en le maintenant opaque sont désormais liés aux noyaux, laissant filtrer le rayonnement. Il s'agit du rayonnement "fossile" à 2,7Kelvin (Observation du satellite COBE) Confirmation du Big Bang

15 Gravitation Analogie infiniment petit - infiniment grand.
Atome : si dimension noyau = boule de billard, alors électron à 1km. Sous l ’effet de la Gravitation, si effondrement : alors fusion de 2 protons avec libération importante d ’énergie (voir nucléosynthèse). Lors de l ’effondrement 1 tête d ’épingle pèserait 105 tonnes.

16 Formation des étoiles A partir de nuages interstellaires au sein des Galaxies : Accrétion Autogravitation Contraction , condensation (énergie gravitationnelle>énergie thermique) Effondrement (nucléosynthèse) Nécessité d ’une masse critique (temps nécessaire = 106ans)

17 Nucléosyntèse Rayonnement fossile Nucléosynthèse

18 Nucléosynthèse Cycle proton-proton 1H + 1H F 2H + 0e+ + n
2H + 1H F 3He + g 3He + 3He F4He + 21H (lors de la phase principale du diagramme Hertzsprung - Russel)

19 Nucléosynthèse (suite)
Cycle du carbone (CNO) 1H + 12C F 13N + g 13N F 13C + 0e+ + n (neutrino) 13C + 1H F 14N + g 14N + 1H F 15O + g 15O F 15N + 0e+ + n 15N + 1H F 12C + 4He + g Durée environ 100Ma Température environ °C

20 Évolution des étoiles Alternance phase de combustion thermonucléaire d ’éléments de masses atomiques de plus en plus élevées et phase de contraction. Fin de l ’évolution = épuisement de la totalité de l ’énergie nucléaire disponible (fusion Si F Fe et Ni) F Géante rouge, F explosion en supernova F Pulsar

21 Étoiles La « mort » d ’une étoile a donc comme conséquence la libération dans l ’espace intersidérale de divers éléments autres que l ’hydrogène. Ils vont participer à la constitution de nouvelles étoiles et des planètes. Une étoile jeune possède des éléments plus lourds (« métaux »).

22 Diagramme H-R Hertzsprung – Russell Séquence principale
Etoiles jeunes (combustion de H) Position f(masse) Trajet de Hayashi Évolution avec l’âge

23 Le système solaire Corps central : Soleil
Planètes : gravitent autour du Soleil Satellites gravitent autour des planètes. Système non unique : Soleil = Étoile

24 Les Planètes Formation à partir de « nébuleuse primitive »
Age = 4,6.109ans par condensation de gaz et accrétion de poussières. Échauffement par désintégration d ’élément radioactifs (26Al, 26Mg) entraînant alliage Fe et Ni. Puis ségrégation densimétrique. Océan après refroidissement (t<375K)

25 Les Planètes (formation 1)
Disque de gaz : par effondrement d’une nébuleuse de matière interstellaire entraînant la formation d’une protoétoile Disque de grains : après contraction du proto-Soleil , condensation des gaz en petits grains Disque de planétisimaux : par instabilité gravimétrique ou par condensation au centre de tourbillon

26 Planètes (suite) 4) Disque d’embryons : formation d’embryon planétaire par collision des planétisimaux 5) Disque de planètes : par attraction gravitationnelle de matériau situé dans le voisinage

27 Satellite (La Lune) Origine non élucidée : Trois théories Fission
Capture Après collision gravitationnelle Formation simultanée

28 Loi de Bode (masse manquante)
Ajouter 4 et diviser par 10

29 Astéroïdes Examen des distances entre planètes montre une progression géométrique 1772, Von Tietz dit Titus trouve : a = x 2 n-1 Bode ( ) de l ’observatoire de Berlin trouve une loi empirique très pratique qui a permis de trouver les « masses manquantes »

30 Formation des astéroïdes
Hypothèse 1 : ce sont les restes d’une planète qui aurait explosé Hypothèse 2 : ce sont des restes de matériaux non utilisés lors de la fabrication des planètes (Brahic 1999) Composition : corps rocheux, peu d’éléments volatils Leur position : La majorité entre Mars et Jupiter, certaines sont sur les orbites des planètes, d’autres se trouvent dans la ceinture de Kuiper (au-delà de Pluton). Leur nombre : plus de identifiées

31 Astéroides Diversités importantes (de taille, de forme, de composition minéralogique et chimique). Généralement de petite taille par rapport aux planètes (qu ’ils ne sont pas devenus) peu de source de chaleur interne pas d ’activités géologiques autres que les résultats de collision En tant que descendants directs des planétoides, ils devraient apporter des informations sur la formation du système solaire

32 Météorites Météorites = Pierres tombées du ciel (103t/an)
Taille variable, le plus gros = Cérès découvert en 1801 par Piazzi a plus de 200Km diamètre v = 11 à 70km/s (i-e km/h à Km/h) Météorites (âge : 4,56.109ans) métalliques lithosidérites (mélange Fe et Si) pierreuses (90%) chondrites (gaines silicatées sphériques, et achondrites (basaltiques) Apportent des informations directes sur les conditions physico-chimiques au moment de la condensation de la nébuleuse primitive.

33 Comètes Kometes = (éthym.) chevelure Noyau froid à l ’aphélie
évaporation à l ’approche du Soleil (queue) Sous l ’action gravitationnelle des grandes planètes Origine : morceau de la nébuleuse primitive Localisation : Nuage d’Oort Nombre : 1012

34 Comètes 2 Orbite non situé dans le plan de l ’écliptique
Abandon d ’une traînée de poussières à l'approche du soleil Pluie d ’étoiles filantes quand la Terre croise l ’orbite des comètes Meilleures connaissances par l ’envoi de sondes spatiales à la rencontre des comètes (Halley 1986)

35 Paramètres orbitaux Excentricité de l'orbite : variation de la distance Terre-Soleil Variation de l'angle d'inclinaison des pôles Précession des Équinoxes : Variation de la direction de l'axe d'inclinaison

36 Variation de l ’excentricité
Orbite elliptique D° Excentricité = f (D°) pt axe/gd axe Distance Terre - Soleil variable (saisons) Attraction par les autres planètes : modification de la trajectoire Valeurs maxima 7% , minima 1% Périodicité moyenne ans (90-120ka) Influence sur écart saisonnier

37 Obliquité sur l ’écliptique
variation de 22°02 ’ à 24°03 ’ Période = ans Valeur actuelle 23°27 ’ Tendance actuelle : diminution de l'angle Amplitude maxi des variations 3° Valeurs extrêmes : 22° et 25° Dernier maximum d'obliquité : 9ka BP 24°30 ’ Diminution de l'obliquité = réduction contraste saisonnier

38 Précession des équinoxes
Instabilité due au Géoïde et à la gravitation du Soleil et de la Lune. Résultats : l'axe tourne comme une toupie Direction actuelle : alpha Petite Ourse (étoile polaire) 4000ans BP : alpha du Dragon Dans ans : Véga Périodicité : ans (à 26ka) Nutation : passage du Soleil et de la Lune tantôt au dessus, tantôt au-dessous du plan de l’équateur terrestre. Faible indentation Périodicité 18,6ans

39 Cycle de Milankovitch Conjugaison des 3 paramètres entraîne des variations climatiques importantes Période glaciaire Interglaciaire Cycle solaire (taches) = 11ans (variations du champ magnétique solaire)

40 Variation de la durée du jour
Fonction de plusieurs paramètres : L’eau (la marée, circulation océanique) L’atmosphère (et le vent) La topographie (Chaîne de montagnes) La structure interne du Globe

41 La Marée Soulèvement de 20-40cm pour les latitudes basses et moyennes
Déplacement de masses d’eaux importantes Frottement sur le plancher océanique = dissipation d’énergie Résultat : diminution de la vitesse de rotation et augmentation de la durée du jour (2,4millisecondes /siècle) Conserv° moment cinétique : accélération de la Lune et éloignement de 4cm/an

42 Circulation océanique
Pendant El Nino (durée 2ans) : inversion du sens du courant chaud océanique qui se propage d’Ouest en Est Accélération de la rotation de la Planète = diminution de la durée du jour de 1milliseconde

43 L’atmosphère Couplage topographique (Pascal Gegou) : barrière topographique (ex.: Montagnes Rocheuses) = prise au vent Ralentissement ou accélération de la rotation de la Planète f(sens du vent) Avec une masse = 1/1000e de la masse de la planète, sa position loin du centre de gravité lui permet de perturber la rotation de la Terre par ses moindres tressautements.

44 Structure interne du Globe
La rotation de la Terre est également influencée vers l’intérieur par l’interface « manteau-noyau » qui n’est pas régulière (objet des chapitres ultérieurs). Sachons qu ’il y a 400Ma le jour ne comptait que 22heures