L’idée d’univers au cours de l’histoire

20 000 av. J.C. Cosmogonies diverses Premières traces de tentatives d’explication du monde.

VIe siècle av J.C. Thalès de Millet Pythagore de Samos La Terre est un cylindre plat flottant sur "les eaux d’en bas". Thalès explique ainsi les séismes ou l'origine des vents. Pythagore de Samos la Terre est ronde parce que la sphère est d'une symétrie parfaite.

IVe siècle av J.C. Aristote Aristote (384-322 avant J.-C.), disciple de Platon, précepteur d'Alexandre le Grand, peut sans doute être considéré comme le plus grand savant de l'Antiquité. Sa conception de l'Univers est basée sur 3 dogmes fondamentaux : la Terre est immobile au centre de l'Univers il y a séparation absolue ente le monde terrestre imparfait et changeant et le monde céleste parfait et éternel (la limite étant l'orbite de la Lune) les seuls mouvements célestes possibles sont les mouvements circulaires uniformes. Ce système présentait cependant un défaut majeur, qui sera mis en évidence au siècle suivant. S'il rendait en effet compte à peu près correctement des mouvements des planètes, il ne pouvait expliquer leurs variations d'éclat au cours de l'année, car dans ce modèle les planètes étaient supposées à une distance constante de la Terre. Certes, Aristote aurait pu invoquer une variation intrinsèque de l'éclat des planètes, mais cela était incompatible avec son dogme sur la perfection et l'immuabilité des cieux. Source : https://media4.obspm.fr/public/ressources_lu/pages_kepler/mctc-aristote.html

IIIe siècle av J.C. Aristarque de Samos Eratosthène de Cyrène Premier astronome de l’histoire à penser que la Terre tourne autour du Soleil. Il soupçonne aussi l’immensité de l’Univers. Ses idées trop révolutionnaires furent vite oubliées et on replaça la Terre au centre de l’Univers. Il fut sans doute un des premiers à estimer (avec une remarquable précision) la distance Terre-Lune. Aristarque est par ailleurs crédité pour avoir proposé un modèle héliocentrique du monde (mais le seul témoignage écrit est une phrase d'un manuscrit d'Archimède). Eratosthène de Cyrène Prouve pour la première fois que la Terre est ronde en calculant son diamètre. Il utilisa le fait que l'ombre portée d'un bâton à midi faisait 7° 10' le jour du solstice à Alexandrie alors qu'elle était nulle (le Soleil était au zénith) 800 kilomètres plus au sud à Syène sur le tropique du Cancer. Ce fut le premier calcul mathématique de mesure dans le système solaire. Il trouva ainsi 6500 kilomètres pour le rayon terrestre, soit une valeur remarquablement correcte. Source : https://media4.obspm.fr/public/ressources_lu/pages_kepler/mctc-premieres-mesures.html

XVIe siècle ap J.C. Nicolas Copernic (1473 – 1543) Nicolas Copernic va remettre en cause le modèle géocentrique du monde de Ptolémée et d'Aristote dans un ouvrage publié l'année de sa mort : le "De Revolutionibus orbium caelestium". Cet ouvrage propose un modèle héliocentrique du monde, dans lequel tous les mouvements planétaires sont centrés sur le Soleil. Mais surtout, ce que Copernic va affirmer c'est que la Terre n'est ni immobile, ni au centre du monde. Elle est en effet animée de 2 mouvements : l'un sur elle-même en 24h (qui remplace le mouvement de la sphère des fixes des Grecs anciens) et l'autre autour du Soleil en un an, faisant de la Terre une planète comme les autres. Contrairement à ce que l'on croit parfois, Copernic ne va pas démontrer l'héliocentrisme. L'argument de Copernic est que son modèle est plus simple, plus logique et plus "harmonieux" que celui de Ptolémée. Mais Copernic travailla dans l’ombre et prit soin de ne divulguer ses idées qu’après sa mort. Galileo Galilei (1564 – 1642) Il confirma les idées de Copernic par de pertinentes observations mais lui aussi se heurta aux croyances religieuses de l’époque.

XVIIe siècle ap J.C. Johannes Kepler (1571 – 1630) A partir de 1609, il établit les trois lois à la base de la mécanique céleste et qui permettent encore aujourd’hui de comprendre et de prévoir le mouvement des comètes et des planètes. Isaac Newton (1642 – 1727) Il découvre la loi de la gravitation universelle permettant d’expliquer le comportement des comètes, des planètes et de leurs satellites naturels.

XXe siècle ap J.C. Albert Einstein (1879 – 1955) Eminent scientifique à la base d’énormes révolutions dans le domaine de la physique avec sa théorie de la relativité. Pour Einstein, l’Univers est homogène, isotrope et statique. L’Univers n’a donc ni début ni fin. Edwin Hubble (1889 – 1953) Il découvre en 1924 que l’Univers contient d’autres galaxies que la notre. En 1929 il prouve grâce à l’observation que l’Univers est en expansion, confirmant la théorie du Big Bang proposée en 1922 par Alexandre Friedmann.

XXe siècle ap J.C. Vera Rubin (1928) Dans les années 90… Dans les années 70, Vera Rubin démontre l’existence d’une matière noire dans l’Univers, différente de la matière habituelle (atomes, molécules) et constituant plus de 80% de la matière dans notre Univers. Elle confirma une idée déjà émise 40 ans plus tôt par Fritz Zwicky. Dans les années 90… Les observations et les mesures confirment que l’expansion de notre Univers s’accélère. L’Univers serait remplie d’une forme d’énergie dotée d’une pression négative. Sa nature réelle reste un mystère.

Les travaux de Edwin Hubble

L’effet Doppler Lorsqu’un véhicule roule à vitesse constante, le son du moteur dans le véhicule possède une hauteur constante. Cette hauteur (correspondant à une note) est donnée par la fréquence de l’onde sonore sinusoïdale. Pour un observateur immobile voyant passer le véhicule roulant à vitesse constante, la hauteur du son du moteur ne correspond pas à celle entendu par le conducteur : Lorsque le véhicule s’approche de l’observateur, ce dernier entend un son plus aigu que le véritable son du moteur. Lorsque le véhicule s’éloigne de grave que le véritable son du moteur.

L’effet Doppler Il en va de même pour la lumière émise par une étoile. La fréquence de cette lumière va apparaître plus élevée ou plus faible qu’en réalité suivant que cette étoile s’approche de la Terre ou s’en éloigne. Son Lumière Faible fréquence son grave couleur rouge Haute fréquence son aigu couleur bleue-violette Ainsi, si une fréquence plus élevée pour un son signifie une hauteur de note plus aigue, une fréquence plus élevée pour une lumière signifie une couleur qui tire vers le bleu.

L’effet Doppler Pour une étoile immobile par rapport à la Terre, les raies d’absorption d’un gaz autour de l’étoile sont à la bonne place (bonne fréquence). Pour une étoile qui avance vers la Terre, ces raies du gaz sont toutes décalées vers le bleu, et plus l’étoile avance vite vers la Terre, plus ce décalage est important. Pour une étoile qui s’éloigne de la Terre, plus sa vitesse d’éloignement est rapide, plus les raies d’absorption du gaz sont décalées vers le rouge (Red Schift).

Le travail d’Edwin Hubble En 1929 Hubble remarque grâce à l’effet Doppler que plus une étoile ou une galaxie est loin de la Terre plus elle s’éloigne vite de nous. Il en déduit que l’Univers est en expansion et que les galaxies s’éloignent globalement les unes des autres.

L’univers aujourd’hui

10 20 m 10 15 m 10 10 m 10 5 m 10 0 m 10 -5 m 10 -10 m 10 -15 m 10 21 m = 1000 000 000 000 000 000 000 m 10 16 m = 10 000 000 000 000 000 m 10 13 m = 10 000 000 000 000 m 10 000 000 000 m = 10 000 000 km 10 000 000 m = 10 000 km 10 000 m = 10 km 1 m 10 21 m SATELLITE 10 13 m SYSTEME SOLAIRE 10 10 m 10 9 m TELESCOPE 10 7 m JUMELLES 100 000 a.L. 10 16 m GALAXIE 10 4 m DISTANCE INTERSTELLAIRE

De 12 à 15 milliards d’années lumière 10 26 m = 10 000 000 000 a.l. 10 25 m = 1 000 000 000 a.l. 10 24 m = 100 000 000 a.l. 10 23 m = 10 000 000 a.l. 10 21 m = 100 000 a.l. Le Groupe Local Diamètre : 10 000 000 a.l. Contient une trentaine de galaxies dont : - La galaxie naine du grand chien Le petit nuage de Magellan Le grand nuage de Magellan La galaxie d’Andromède M31 La galaxie du Triangle M33 10 23 m 10 21 m Le Superamas local Notre galaxie : La Voie Lactée Diamètre : 100 000 a.l. Masse : 2 x 1011 M 10 24 m 10 25 m ou Les filaments galactiques L’UNIVERS OBSERVABLE Taille estimée : De 12 à 15 milliards d’années lumière Superamas de la Vierge Contient une centaine d’amas de galaxies dont : L’amas de la Vierge Le groupe local L’amas du Sculpteur L’amas du chien de chasse Les superamas galactiques se regroupent sous forme de filaments. 10 26 m

L’origine du temps et de l’espace Le Big Bang L’Univers est : extrêmement petit (taille d’une tête d’épingle) extrêmement chaud rempli d’énergie opaque

380 000 ans après le Big Bang L’Univers est : constitué d’une soupe de petites atomes (H, He, Li) 1000 fois plus chaud qu’aujourd’hui (environ 3000 K) transparent : la lumière peut enfin circuler librement : naissance du rayonnement fossile.

Aujourd’hui, 13,7 milliards d’années après le Big Bang L’Univers est : constitué d’étoiles, de galaxies, de matière noire et d’énergie sombre froid (2,7 K) transparent en expansion de plus en plus rapide de taille inconnu

Qu’est ce que l’Univers Observable Lorsque l’Univers est devenu transparent (380 000 ans après le Big Bang), la lumière s’est alors propagée librement. Aujourd’hui, les photons les plus âgés nous parvenant de l’espace sont donc âgés de 13,7 milliards d’années. Ces photons proviennent d’une région de l’espace appelée Surface de Dernière Diffusion qui se trouvait à environ 40 millions d’années lumières de nous lorsque l’Univers, alors âgé de 380 000 ans, est devenu transparent. Aujourd’hui, en raison de l’expansion de l’Univers, cette région de l’espace se trouve à plus de 43 Milliards d’années lumière de la Terre. L’image la plus lointaine que nous pouvons voir de l’Univers aujourd’hui est une image vieille de 13,7 Milliards d’années, d’une région qui se trouvait à 40 millions d’années lumières de la Terre, mais qui se trouve aujourd’hui 1100 fois plus loin…