Chapitres
Présentation
Par définition, l'Univers définit l'ensemble de tout ce qui existe.
A l'échelle humaine, l'Univers se limite cependant à ce que l'on peut observer, à l'œil ou grâce à l'astronomie.
Dans cet article, nous allons voir comment est né l'Univers et comment nous avons su l'appréhender pour l'explorer et le découvrir au fil du temps.
On dit souvent que plus on voit loin, plus on regarde dans le passé. En effet, la lumière se propageant à une vitesse de 299 792 458 m / s, des années, voire des milliers d'années nous séparent de ce que nous pouvons voir depuis la Terre.
Dans cet article, vous allez apprendre les origines de l'Univers et les avancées de la science pour comprendre ce sujet encore mal défini.
Histoire
Les premiers à s'être intéressés à l'Univers ont été les philosophes grecs. Si les premiers, comme Platon et Aristote étaient convaincus de l'existence d'une Terre plate, certains étaient convaincus que le Soleil (le feu) n'était autre que le centre de l'Univers avec les planètes qui gravitent autour.
Il faudra attendre le IIIe siècle avant J.-C. pour qu'un astronome et mathématicien grec, Aristarque de Samos, propose le premier système héliocentré (avec le Soleil au centre). Il ne sera cependant écouté par personne.
Un siècle après J.-C. les premières représentations de l'Univers voient le jour, notamment avec Lucrèce, un philosophe romain qui déclara que l'Univers n'était limité sous aucune dimension.
Les grandes avancées en astronomie interviendront cependant après la découverte de Copernic : la Terre tourne autour du Soleil. Kepler et Galilée déterminent les mouvements des planètes autour du Soleil par les ellipses qui le décrivent.
Que ce soit en mathématiques, en sciences naturelles ou ici en astronomie, ils ont été les précurseurs aux découvertes modernes, parfois ne sachant pas expliquer mais devinant les choses, comme le fait que la Terre soit ronde.
Le Big Bang
On ne peut pas parler de l'Univers sans parler du Big Bang.
Le terme de Big Bang décrit un modèle, une théorie sur l'apparition de l'Univers.
Servant à décrire l'expansion de l'Univers, le Big Bang a été proposé pour la première fois par un astrophysicien belge, Georges Lemaître.
C'est seulement quelques années plus tard qu'Edwin Hubble utilisera le terme de Big Bang en 1929. Ce terme, utilisé de manière ironique devait illustrer l'explosion qui a eu lieu précédant l'expansion de l'Univers.
Hubble a démontré de nombreuses choses en rapport avec l'espace et l'Univers en général. On lui doit par exemple la loi de Hubble, qui décrit la distance entre une galaxie et son observateur selon la vitesse d'éloignement constatée.
De nos jours, on sait que lors du Big Bang, l'Univers était très chaud et très dense. On suppose également qu'une grosse explosion lors du Big Bang créa une dispersion très puissante avant d'être suivie d'une expansion plus douce.
Représentation de l'Univers
L'Univers, qui englobe tout, est encore mal défini. Au niveau de nos connaissances scientifiques actuelles, nous ne sommes pas capables de dire s'il est fini ou infini.
Certaines théories penchent du côté de l'infini tandis que d'autres le pensent fini mais non borné. La différence ? Un Univers infini serait continu, avec des planètes, des étoiles, des objets, de la lumière et autres. Alors qu'un Univers fini non borné pourrait être fini mais sans rien "derrière", soit à l'extérieur de l'Univers. Pour cause, la définition de l'Univers est que justement il englobe tout. Dire que l'Univers serait fini signifierait qu'il en existe en extérieur, ce qui est impossible.
A ce jour, les limites de l'Univers observable dépendent de la distance à laquelle nous pouvons voir. Cette distance se situe à 100 milliards d'années lumière, soit la distance parcourue par la lumière en 100 milliard d'années. Il reste néanmoins possible d'augmenter cette distance avec l'arrivée de nouveaux appareils tels que des télescopes plus puissants.
Cependant, la seule lumière visible qui nous apparaît est celle provenant du Big Bang, soit une lumière datant de 13,8 millions d'années.
En ce qui concerne sa forme, les scientifiques opposent encore plusieurs versions. Soit l'Univers est plat à son échelle, comme la Terre nous apparaît plate quand nous nous situons dessus. Soit l'Univers est simplement connexe, ce qui signifie qu'il serait d'un seul tenant. La version selon lequel l'Univers est plat est cependant celle privilégiée car si la vitesse de la lumière est finie, notre partie observable de l'Univers l'est aussi. On en vient donc à conclure que l'Univers a un volume bien supérieur à celui que nous ne pouvons observer, d'où cette représentation "plate".
Notre place dans l'Univers
Notre système planétaire
Le Système solaire est le système planétaire dans lequel nous vivons et dans lequel se trouve notre Terre. Il est intégré dans la galaxie de la Voie Lactée.
Un système planétaire est un système dans lequel on retrouve des planètes avec des corps inertes tels que des astéroïdes ou des comètes. Le tout gravite autour d'une étoile.
L'adjectif solaire est relatif au Soleil. Le système solaire est donc constitué du Soleil et d'astres qui orbitent autour de lui tels que des planètes, comètes, astéroïdes, etc. Le système solaire est né il y a environ 4,6 milliards d' années, dans un énorme nuage de gaz et de poussières. Au centre du nuage, une boule lumineuse s'est formée : le Soleil. Des grains de poussières qui tournaient autour du Soleil se sont regroupés pour devenir de grosses boules de tailles différentes: les planètes.
Le Soleil est une étoile comme celles que l’on peut observer la nuit. Il est plus lumineux et semble plus gros que les autres étoiles, car il est beaucoup plus proche de la Terre.
Le Soleil, et donc le système solaire, fait partie d’une galaxie, la voie lactée, qui regroupe des centaines de milliards d'étoile. Celle-ci est observable dans des conditions optimales sous forme d'une bande blanchâtre dans le ciel nocturne.
La Voie Lactée n'est elle-même qu'une galaxie parmi des milliards d'autres.
Le Soleil est notre étoile. Il tourne à 28 000 années lumière du centre de notre galaxie, la Voie Lactée, le tout à une vitesse de 225 kilomètres par seconde.
Il représente le plus gros objet de notre système solaire et occupe à lui seul 99 % de la masse du système solaire.
Il se compose de 75 % d'hydrogène et de 25 % d'hélium.
La température en son centre peut atteindre les 14 000 000 K, soit 13 999 726, 85 °C.
On estime sa durée de vie à environ encore 7 milliards d'années.
Notre étoile
Le Soleil est le centre de notre système solaire mais il n'est pas du tout au centre de la Voie Lactée. De même que la Terre et les planètes tournent autour du Soleil (elles effectuent des révolutions), l' ensemble du Système Solaire tourne autour du centre de la Voie Lactée. Le Soleil est une étoile d'un diamètre de 1 392 000 km, soit 108 fois le diamètre de la Terre (12 756 km). Comme toutes les étoiles, le Soleil est une boule de gaz très chauds. Au cœur du soleil, des milliers d'explosions se produisent en permanence, comme celles des bombes atomiques. Ces explosions dégagent de la chaleur et de la lumière qui remontent à la surface et le font briller. Et cela peut encore durer 5 milliards d'années ! Le Soleil est la seule source primaire de lumière du système solaire. Les autres astres sont visibles, car ils diffusent la lumière du Soleil : ce sont des sources secondaires. Tant qu'il sera encore chaud, il produira de la lumière. Mais, quand plus aucune explosion ne se produira, il se refroidira lentement. Privée de la lumière et de la chaleur du Soleil qui est l'étoile la plus proche de nous, la Terre ne serait qu'une planète sans vie. Si le Soleil s'éteignait, nous continuerions encore à le voir pendant 8 minutes puis ce serait le noir complet.
Notre planète
Des conditions très spécifiques ont été réunies pour rendre possible le développement des êtres vivants. Peut-être existe-t-il ailleurs dans l'Univers d'autres formes de vie que la nôtre…
La Terre est la troisième planète du Système solaire. Elle effectue le tour du Soleil en 365 jours. Il s'agit à ce jour de la seule planète sur laquelle la vie est possible.
Son atmosphère se compose à 75% d'azote pour 21 % d'oxygène.
Elle possède un champ magnétique initié par les courants électriques de son noyau en acier.
Elle possède un satellite, la Lune qui influe sur ses marées.
Notre satellite
Avec un rayon de 1737 kilomètres, la Lune est le seul satellite naturel de la Terre. Depuis notre point de vue, il s'agit du deuxième point le plus brillant après le Soleil.
Elle effectue le tour de la Terre en 29 jours. Selon qu'elle soit à son apogée ou à son périgée, elle se trouve respectivement à 406 700 km de la Terre ou 356 400 kilomètres de la Terre.
Les programmes Apollo ont permis à l'Homme de fouler le sol lunaire et d'en ramener des échantillons grâce auxquels nous avons aujourd'hui toutes ces informations sur la Lune.
La Lune ne possède aucun atmosphère et son sol n'est constitué que de cratères et de poussières.
Avenir et futur de l'Univers
Selon nos connaissances actuelles, nous prévoyons que les éléments qui composent l'Univers vont disparaître. On appelle cela la mort thermique de l'Univers.
En effet, les différents objets qui le composent sont voués à une mort certaine. Par exemple, notre Soleil devrait s'éteindre d'ici 5 millions d'années, une fois que tous les éléments qui le composent auront été consommés. On estime que dans une vingtaine de milliards d'années, tout ce qui se trouve dans l'Univers sera éteint et sans activité. Les étoiles seront toutes devenues étoiles à neutrons, naines blanches, naines rouges ou trous noirs.
Cependant, la finalité exacte de l'Univers reste une question en suspens. Certains physiciens penchent pour le Big Crunch, évènement lors duquel l'expansion de l'Univers se ralentirait puis s'inverserait pour en fin se contracter pour un effondrement général.
D'autres pensent que l'expansion ne fera que s'arrêter et les étoiles alors éteintes deviendront toutes des trous noirs. L'Univers s'éteindra progressivement à mesure que les derniers photons se refroidiront. Cette hypothèse s'appelle le Big Chill.
Exercice d'application : Des problèmes sur l'astronomie
On donne la constante c (célérité de la lumière dans le vide) : c = 3,00 x 108 m.s-1.
En astronomie, on cherche à observer les ondes électromagnétiques qui nous parviennent des étoiles. La lumière n’est qu’une petite partie du spectre étudié. Cet exercice se propose d’étudier différents instruments, en particulier du point de vue de leurs performances.
III.1 – Les ondes électromagnétiques couvrent l’ensemble du spectre depuis plus de 1 km de longueur d’onde jusqu’à quelques nanomètres. Donner la relation entre la longueur d’onde l, la célérité de la lumière c et la fréquence de l’onde N.
III.2 – Ordonner qualitativement les différents domaines des ondes électromagnétiques (radio, ultra-violet, X, infrarouge, visible et gamma) en fonction de leur longueur d’onde.
III.3.- Les radioastronomes s’intéressent par exemple à la fréquence de 470 MHz.
Calculer la longueur d’onde correspondante.
Dans quel domaine de rayonnement se situe-t-on ?
III.4 – Le télescope du Mont Palomar (à 1800 m d’altitude aux Etats Unis) est de type Newton : la lumière réfléchie par le miroir principal est ensuite réfléchie par un petit miroir secondaire.
Le miroir principal est parabolique mais nous ferons l’approximation qu’il s’agit d’un miroir sphérique, de diamètre D = 5,08 m, de distance focale f = 16,3 m.
Le miroir secondaire est plan.
III.4.a – La lumière provenant d’un astre situé à l’infini entre dans le télescope parallèlement à l’axe optique de celui-ci. Où se formerait l’image A de l’astre en l’absence du miroir secondaire ? Faire le schéma correspondant.
III.4.b – Le miroir secondaire est situé à d = 14 m du sommet du miroir principal, et incliné à 45° sur l’axe optique de celui-ci. Quelle est la position de l’image A’ de A donnée par ce miroir ?
III.4.c – Faire à l’échelle 1/100 (1 m est représenté par 1 cm) le schéma du parcours d’un rayon lumineux qui entre dans le télescope parallèlement à l’axe.
Préciser notamment ce qui se passe :
- Après réflexion sur le miroir principal ;
- Après réflexion sur le miroir secondaire.
III.4.d – On veut observer cette image A’ à l’aide d’une lentille oculaire (L) de distance focale f ’ = 0,50 m.
Comment faut-il disposer cette lentille de manière à ce que l’image définitive A’’ se forme à l’infini ?
Préciser la position de (L) sur le schéma.
III.5 – Limites
Une qualité recherchée pour un instrument d’optique est sa capacité à discerner deux détails voisins, par exemple, séparer une étoile double, voir un cratère lunaire de petite dimension ou encore des détails planétaires subtils.
Les lois de l’optique géométrique font que deux points distincts A et B donnent deux images séparées. Mais différents phénomènes (dont la diffraction des ondes) entraînent que l’observateur O ne peut discerner deux images distinctes que si l’angle AÔB est supérieur à l’angle a appelé limite de résolution.
A et B donnent pour l’observateur placé en O deux images distinctes.
On montre que pour des points à l’infini et un instrument dont le diamètre de l’objectif est D, la limite de résolution, exprimée en radians, pour une lumière de longueur d’onde lambda
(en mètres) vaut \[ \alpha = \frac { 1.22 \lambda } { D } \]
III.5.a – Calculer la limite de résolution a1 de l’œil humain nu pour une lumière de longueur d’onde l = 600 nm, sachant que la pupille a un diamètre de 2,5 mm.
III.5.b – Calculer la limite de résolution a2 du télescope de Mont Palomar pour la même longueur d’onde.
III.6 – Pour observer dans d’autres domaines spectraux que le visible, et notamment aux grandes longueurs d’onde, on a construit selon les mêmes principes des radiotélescopes.
Dans un cratère météoritique, à Arecibo dans l’île de Porto Rico, le grand radiotélescope possède un réflecteur (miroir principal) parabolique de diamètre 305 m.
Calculer la limite de résolution a3 de ce radiotélescope pour la radiation électromagnétique de fréquence 470 MHz, envisagée au III.3.
Comparer le résultat à celui obtenu pour le télescope du Mont Palomar.
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Il y a de l’eau dans autre planète que la terre mars est pluton ? c’est quoi la sinture de cuipère ?
Bonjour !
Ortographiée “ceinture de Kuiper” (et parfois appelée ceinture d’Edgeworth-Kuiper, il s’agit d’une zone du Système solaire qui s’étend au-delà de l’orbite de Neptune, entre 30 et 55 unités astronomiques (ua)2.
Comme la ceinture d’astéroïdes, elle est principalement composée de petits corps, restes de la formation du Système solaire, et d’au moins trois planètes naines, Pluton, Makémaké et Hauméa (Éris est un objet épars, situé au-delà de la ceinture de Kuiper).
Et pour l’instant, la Terre est le seul astre connu à abriter de l’eau.
Bonne journée !
bonjour, quelle type de planète est l’étoile filante ?
Bonjour !
Une étoile filante n’est pas une planète, mais bel et bien le phénomène lumineux qui accompagne l’entrée dans l’atmosphère d’un corps appelé météoroïde.
Bonne journée !