View
109
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
11
petit panorama astronomique :ballade dans le cosmospetit panorama astronomique :ballade dans le cosmos
22Des 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……….
33
Etymologie : ASTRO => AstresNOMIE => Lois
Astronomie : étude des lois qui gouvernent la vie des astresNote : 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 => AstresNOMIE => Lois
Astronomie : étude des lois qui gouvernent la vie des astresNote : 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…Astronomie : une définition…
44Les astres : c'est quoi ?Les astres : c'est quoi ?
Première approche : " c'est ce qu'on voit dans le ciel ??? "
Pas aussi simple que ça !
55Des choses que l'on voit dans le ciel ??? 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 ?
66
Comment distinguer astro/ pas astro ?
Par le mouvement !
En astronomie : mouvement lent, régulier, mouvement d'ensemblegrand manège, voûte céleste : axe de rotation, vitesse
Exception : météores (étoiles filantes)
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
88mais 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)
99
quelques célébrités du moment
pléiades
orion
taureau
grande oursecassiopée (le W)
1010
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 : 120 000 étoiles
le futur : satellite GAIA 2015 ?? :
1 milliard d'objets !
1111statut de l'astronomie
Astronomie = science d'observation i.e.on ne touche pas !Astronomie = science d'observation i.e.on ne touche pas !
1212Méthodes : un peu de philo ?Méthodes : un peu de philo ?Recherche de la vérité : l'approche scientifiqueRecherche de la vérité : l'approche scientifique
je regarde jouer les dieux à un jeu compliqué et je dois trouver les règles seulement en regardantje 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
1313L'observationc'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 99.999 % de ce que nous savons sur les astresa été fourni par la lumière que nous en recevons
1414
Mesurermesurer 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'angle4.2 unités +/- 0.1 unité
mesure d'arc1.5 unités +/- 0.1 unité
1515
Mais il faut des unités adaptées
Exemple : longueurs, distances
insecte : mmstylo : cmbateau : mvoyage : 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 : 300 000 km / seconde
1616
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) = (300 000 km/s) * (365*24*60*60 s)
AL environ 10 000 000 000 000 kmplus facile à retenir 10^13 km
1717
Faire de l’astronomie sans télescope :
des histoires d’angle
1818ciel nocturne, coup d'oeil en passant
1919
Points lumineux : éclats différentscouleurs différentesscintillement (ou pas)
Objets étendus (disques) : Soleil, Lune (et les croissants ?)
le ciel à l'œil nu, on peut voir quoi ?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
2020
La faune astronomique :
- quelques spécimens
- et des jalons de distance
2121Coup d'œil synthétique sur le système solaire
Le Soleil (une étoile), des planètes avec leurs satelliteset des petits corps (planétésimaux)
Mars
MercureVénus
Terre
Jupiter Saturne Uranus
Neptune
PlutonCharon
tailles relatives correctesdistances fausses
2222
La Terre, notre Terre
circonférence : 40 000 kmdiamètre : environ 12 800 kmmasse : 6. 10^24 kg
coup de chance ??ou pas ?
2323
soleil
2424
SoleilDiamètre : 1 390 000 kilomètres, disons environ 1 500 000 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 300 000 fois celle de la Terre
Température : 5800 K (surface) 15 000 000 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).
2525
Taches solairesLa 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 50 000 km de diamètre.
2626
La Lune, notre satellite naturel
la Reine de la Nuitprobablement la plus grande célébrité du ciel nocturne
2727
LuneDiamètre : 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 400 000 kmplus facile à retenir : environ 1 seconde de lumière
2828
éclipses
éclipse de Soleil : terme impropre , on devrait dire : occultation
éclipse de Lune
Eclipse : passage dans l'ombre
la Lune occultele Soleil
2929
le système solaire "interne"les planètes telluriques (cailloux)
3030
le système solaire "externe"les planètes joviennes
3131
entre les deux, les astéroïdes
3232
et tout à fait à la périphérie, un réservoir à comètes
3333
Et au niveau des distances ?
Terre Lune : 400 000 km 1 seconde de lumièreTerre Soleil : 150 000 000 km 8 min de lumière
il faut s'attendre à des nombres de km avec beaucoup de zéroset les années de lumière ne sont pas adaptées ici
on introduit une nouvelle unité de distance :
l'Unité Astronomique : distance moyenne Terre-Soleil1 U.A. = 150 millions de km
c'est avec elle que nous arpenterons le système solaire
3434en partant du Soleil
3 min de lumière0.05 masse Terre
rayon 0.4 RTerre
Mercure 0.4 UA
6 min de lumière0.8 masse Terrerayon RTerre
Vénus 0.7 UA
8 min de lumière6. 10^24 kg
R = 6400 kmTerre 1 UA
la ceinture d'astéroïdes 2.9 UA
12 min de lumière0.1 masse Terre
rayon 0.5 RTerre
1.5 UAMars
3535En s’éloignant du Soleil…
40 min de lumière300 masse Terrerayon 11 RTerre
Jupiter 5 UA
80 min de lumière100 masse Terrerayon 9 RTerre
Saturne 10 UA
3 h de lumière14 masse Terrerayon 4 RTerre
Uranus 20 UA
6 h de lumière17 masse Terrerayon 4 RTerre
Neptune 30 UA
8 h de lumière0.2 masse Terre
rayon 0.4 RTerrePluton-Charon 40 UA
3636Les étoiles : elles naissent, vivent et meurent
Nébuleuse d'orionpouponnière d'étoiles1500 AL
Soleil, étoile adulteune parmi d'autres
supernovaemort explosivecataclysme
après la mort explosiveles restes se diluentnébuleuse du crabe6000 AL
nébuleuse planétaireune mort plus douce5000 AL
pléiades, amas ouvertétoiles jeunes400 AL
amas globulaireétoiles vieilles
autres spécimens :étoiles doubles, supergéantes, naines blanches,pulsars, étoiles à neutrons
3737
Galaxies : des étoiles et de la matière interstellaire
la nôtre : la Galaxiediamètre 100 000 ALplusieurs centaines de milliards d'étoiles
nos proches voisins ( à 150 000 AL) les deux nuages de Magellan
galaxie d'Andromèdecousine, à 2 millions d'AL
il n'y a pas que des spiralesgalaxie du sombrero
3838matière interstellaire, diverses nébuleusesdes formes spectaculaires : l'imagination au pouvoir
la tète de cheval, célébrité, vers Orion
nébuleuse du sablier nébuleuse trifide
nébuleuse North-America
3939
Les amas de galaxies
et plus loin , les quasars, à des milliards d'années de lumièreprobablement des galaxies avec un trou noir au milieuqui provoque une gigantesque libération d'énergie
l'amas de la Viergeà 50 millions d'ALplusieurs centaines de galaxiesla 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
4040Récapitulons ! Cosmos : vision ordonnée de l'Univers
toute une population d'étoiles = galaxienous 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-amasdes 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
4141
Astronomie sans télescope : antiquité, un palmarès éblouissant et des histoires d'angles
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 Lunedistances relatives Terre-Lune et Terre Soleilles étoiles sont "très loin"
4242histoire 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
4343les radians : suite
à connaître sans hésitation1 arcmin = 3. 10 E(-4) radian1 arcsec = 5. 10 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 '/°) radian1 ' 2*3.14 / (400*50) 3. 10E(-4) radian
seconde d'arc : 1 ' / 60 = 1°/3600 5. 10 E (-6) radian
4444
premières mesures : des angles
le gnomon (baton vertical) : ombre portéeL connuM mesuré L
M
L/M = tg ==>
oeil
champ de vue
œil nu : pas précis, équation personnelle
4545
premières mesures : des angles
L/M= tg M
Loeil
œil assisté : arbalète ou baton de Jacobplus précisimpersonnel (presque)
une vraie mesure (nombre)
séparations angulaires (on dit aussi distances angulaires)
il y a aussi le quadrant et d'autres..
4646encore des angles : diamètre apparent
M
Loeil
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
4747 un p'tit tour chez les Grecs ?
samos
4848
Aristarque de Samos (270 av JC)géométrie du système Terre-Lune-Soleil
Diamètre Lune/Diamètre Terre éclipsedistance Lune/ Diamètre Terre éclipsedistance Terre-Soleil / dist.Terre-Lune quartier
diamètre du Soleil éclipse totale de Soleil
à l'époque résultats faux (insuffisance des instruments de mesure)mais raisonnements justes ( et beaux)
4949rapport : dist Terre-Lune / Diam Terreéclipse 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
5050rapport (DiamètreLune / Diamètre Terre) évaluation par chronométrage La Lune parcourt un arcégal 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
5151
rapport (DiamètreLune / Diamètre Terre)une approche graphique
environ un facteur 3 :
Dterre ~ 3* Dlune
5252distances relatives (Aristarque)
rapport (distance Terre Soleil / distance Terre Lune)rapport (distance Terre Soleil / distance Terre Lune)
Lune au quartier(éclairage "de coté")on exploitel'angle droitet la trigonométrie
TL
TS
TL / TS = cos M
M
Aristarque a trouvé TS = 20.TL (?)en fait c'est plutôt 400.(150 000 000 / 400 000)
5353
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)
5454diamètre de la Terre : Erathostène (230 av.J.C.) le puits et le gnomonla Terre est ronde, on le savait : bateaux à l'horizon
R
pL
h
(radian) = L/R
tg = p/h ~ L/R ~ p/h R ~ (L*h) / p
on connaît L on mesure plongueur de l'ombre
5555
Triangulation : un outil puissant
A B
p
: direction fixe, référence
Si la distance de O au segment AB changeAlors et changent, comme p = , il change aussi
p est une parallaxe, p est devenu un indicateur de distance
5656
distances des objets proches : parallaxe (Hipparque, 150 av JC) objet lointain (référence)
A
BR
pdistance
R connu ( Erathostene, 230 av JC)A et B mesurés ------> p, la parallaxe : p = B-Atrigo => p = R/distance
alors distance = R/p (longueur/radian = longueur)
5757et 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 baseLa 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
5858parallaxes stellaires
date "t + 6mois"
date "t"
p
5959nouvelles unités de distance : l'Unité Astronomique et le PARSEC
PARSEC : quand l'angle p vaut 1 arcsecla 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
p1 UA
Terre
SoleilEtoile
unité astronomique ( UA) : distance moyenne Terre Soleil
6060récapitulons ! 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 lumière1 AL 1013 km
unité astronomique ( UA) : distance moyenne Terre Soleil
1 UA 1.5 108 km soit 8 minutes de lumièreparsec (psc): distance à laquelle on voit 1 UA sous un angle de 1 arcsec
1 psc 3 AL
un nom bizarre ?? pas si bizarre :
6161Quelques repères chronologiques …
Stonehenge, Mésopotamie, Babylone, Egypte3000 av JC, 2000 av JC , mouvement, calendriers, constellations, prédictions des éclipses, phases de la lune
les Grecs , - 600, + 170 cosmogonie géocentriques et héliocentrique, planètes et leur mvtmesures fondatrices, catalogues, parallaxe
La route du SudLes astronomes Arabes transfèrent les connaissances des Grecset les leurs propres vers l'Europe, en passant par le Sud de la Méditerranée
6262un peu d'histoire ( la suite)
Renaissance-18ieme siècleLe club des 5: Copernic, Tycho Brahe, Kepler, Galilée, NewtonHéliocentrisme, fondation de la méthode expérimentale, prépondérance de l'observation, mécanique et gravitation
Astronomie dite moderne ( après Newton)triomphe de la Gravitation, spectroscopie, grands telescopes, relativitéradioastronomie, ère spatiale…...
6363
Galilée, 1564-1642
Exemple spectaculaire de l’apport instrumentall’emploi de la lunette bouleverse la vision de l ’UniversRépercussions pas seulement pour la science
découvertes de Galilée observateur : cratères lunaires, satellites de Jupiter, taches solaires, phases de Vénus
6464Galilée, 1564-1642
découvertes de Galilée observateurcratères lunaires, satellites de Jupiter, taches solaires, phases de Vénus
6565modèles, théoriesmodèles, théories
une théorie est acceptable quand 1. elle fournit des prédictions vérifiées2. elle est éventuellement réfutable
une théorie est acceptable quand 1. elle fournit des prédictions vérifiées2. 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 fonctionnementj'ai établi un "modèle" ou une "loi" (gaz, électricité,étoiles,...)
pour tel phénomène j'ai exhibé un comportement, un mécanisme de fonctionnementj'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
6666jalons 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
Recommended