1/ Description de l univers (voir TP)

Transcription

1 Chapitre 1 : Description de l univers Objectifs : Savoir que l Univers est essentiellement constitué de vide. (structure lacunaire) Connaitre la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide ( km.s -1 ) Connaitre la définition de l année de lumière et son intérêt. Savoir que «voir loin, c est voir dans le passé» Utiliser les puissances de 10 pour évaluer des ordres de grandeurs. Connaitre la composition du Système Solaire (planètes, étoile, comètes et astéroïdes). 1/ Description de l univers (voir TP) A/ Multiples, sous multiples et puissance de 10 giga méga kilo hecto Deca m Déci Centi Milli micr o Nano pico L écriture scientifique d un nombre est l écriture de la forme a x 10 n, avec 1 < a < 10 et n un entier positif ou négatif. Donne l écriture scientifique des nombres suivants : 0, = 2,5 x = 2, x = 1,2 x ,0015 = 1,5 x = 8,4500 x = 2,58 x / Ecris les nombres suivants sans utiliser les puissances de 10. 2,5 x 10 3 = ,34 x 10 7 = ,52 x 10-3 = 0, ,4 x 10 9 = ,5 x 10-5 = 0, x 10 2 = 8700

2 Atome de sodium lymphocyte cheveu coccinelle Homme Mont Blanc Diamètre Terre Distance Terre/ Lune Distance Terre / Soleil B/ Ordre de grandeur et unité de longueur L unité de la longueur dans le Système International est le mètre m. Ordre de grandeur : C est la puissance de 10 la plus proche d un nombre. Exemple : Distances dans l univers Longueur en m Ecriture scientifique en m Expression de la distance avec le multiple ou sous multiple adapté Ordre de grandeur (en mètres) Taille d un noyau d hélium Taille d un atome de sodium Taille d un lymphocyte 0, ,2 x µm 10-5 Diamètre d un cheveu ,0 x µm 10-4 Taille coccinelle 0,0045 m 4,5 x ,5 mm 10-3 Taille Homme 1,7 m 1,7 x ,7 m 10 0 Hauteur du mont ,2 x ,2 fm ,6 x ,36 nm blanc 4810 m 4,810 x m ou 4,810 km 10 3 Rayon de la Terre ,371 x 10 6 m 6371 km ou 6,371 Mm 10 7 Distance Terre- Lune ,84 x ,34 Gm 10 8 Distance Terre- Soleil ,495 x ,1495 Tm Distance Terre Alpha du Centaure ,04 x ,4 Pm Place ensuite les objets sur l axe ci-dessous, si c est possible. C/ Vers l infiniment grand et l infiniment petit (voir CPS : le Système Solaire) La matière qui nous entoure est constituée d atomes, eux-mêmes constitués d un noyau autour duquel tournent des électrons. Les atomes peuvent former des molécules, elles-mêmes formant des cellules. Le Système Solaire est constitué de 8 planètes gravitant autour d une étoile, le Soleil. On y trouve aussi des comètes et des astéroïdes et des satellites. Le Soleil n est qu une petite étoile parmi les 100 milliards d étoiles qui constituent notre Galaxie : la Voix Lactée. Dans notre Galaxie, on compte des centaines de Systèmes planétaires extrasolaires comme le Système Solaire : ils sont constitués d EXOPLANETES gravitant autour d une autre étoile. (la première exoplanète a été trouvée en 1990). Notre Galaxie n est qu une des 200 milliards de galaxies constituant l UNIVERS.

3 Entre et à l intérieur de tous ces éléments de l univers, qu ils soient petits (atomes) ou grands (Galaxies), il n y a quasiment que du vide : Ils ont une structure lacunaire. 2/ L année de lumière Définition : L année de lumière (a.l) est la distance parcourue par la lumière, dans le vide, en un an. La vitesse de la lumière dans le vide est : c = km.s -1 = 3,00 x 10 8 m.s -1 Quel est son intérêt : Les distances dans l univers sont trop grandes. Les distances exprimées en mètre seraient astronomiques. On utilise donc l année de lumière pour manipuler des plus petites nombres. Rappel : v = d t Valeur : d = c. t = 3,00 x 10 8 x 365,25 x 24 x 3600 = 9, m ~ m. 1 a.l = 9, m ~ m Exemple : Sirius est située à 8,6 a.l de la Terre. Exprime cette distance en km. d = 8,6 x 9,47 x = 8,1 x m

4 3/ Voir loin, c est voir dans le passé (voir CPS) Document 1 : A/ Activité : Voir loin, c est voir dans le passé Document 2 : Document 3 : «Regarder loin, c est regarder tôt» de Hubert Reeves «Nous savons aujourd hui que la lumière se propage à la vitesse de km.s -1 : par rapport aux dimensions dont nous parlons, cette vitesse est plutôt faible! Les informations qu elle nous apporte ne sont plus fraiches du tout. En regardant loin, on regarde tôt. La galaxie d Andromède nous apparaît telle qu elle était il y a 2 millions d années, au moment où les premiers hommes apparaissaient sur Terre A l inverse, d hypothétiques habitants d Andromède, munis de puissants télescopes, pourraient voir, en ce moment, l éveil de l humanité sur notre planète. Les objets les plus lointains visibles au télescope sont les quasars (étoiles puissantes). Certains quasars sont situés à treize milliards d années de lumière ; la lumière qui nous en arrive nous informe donc sur la jeunesse de l univers. Tout autour de nous, notre regard plonge vers le passé.»

5 Questions : 1/ Comment est-il possible qu un objet comme une planète (source diffusante) soit visible depuis une autre exo planète? La lumière parvient jusqu à notre œil. 2/ Pourquoi, lorsqu on regarde les étoiles dans le ciel, on observe une scène du passé? La lumière ne se propage pas instantanément de l étoile à notre œil. On la voit dans le passé. 3/ Expliquer les réflexions des extra-terrestres, sachant que la scène se déroule en l an 2012? Les E.T regardent une scène qui s est déroulée au temps des homo habilis, il y a environ 2 millions d années car la lumière issue de la Terre partie il y a 2 millions d années, n arrive que maintenant sur leur planète. Et la lumière qui part maintenant arrivera dans 2 millions d années sur leur planète. 4/ A l aide du texte, indiquer à quelle distance se trouvent les extraterrestres de la Terre? Exprimer dans une unité adaptée ainsi qu en km. Le texte nous dit que la planète se situe dans la galaxie d Andromède, à 2 millions d années de lumière de la Terre. Donc d = 2 x 10 6 a.l = 2 x 10 6 x 9,47 x = 18,9 x m = 1,89 x km 5/ Dans le genre HOMO, quelle espèce les extra-terrestres voient-ils en ce moment? C est donc un Homo habilis que les E.T regardent. 6/ Le 10/09/2008, Le CERN a commencé des expériences permettant de recréer les conditions de la naissances de l univers. Ils ont fait entrer en collision des atomes à des vitesses proches de la lumière. Tout cela pour essayer de comprendre la naissance de l univers (BIG BANG) il y a 13,7 milliards d années. Justifie la phrase en italique du texte. La lumière d un quasar a mis 13 milliards d années à nous parvenir. On voit donc dans le passe le quasar comme il était il y a 13 milliards d années, juste après la naissance de l univers. D où l intérêt. 7/ Application : Vous regardez votre voisin situé à 1 mètre de vous? A quel moment dans la passé le voyezvous réellement? t = d/v = 1/3,00 x 10 8 = 0,33 x 10-8 s = 3,3 ns. Cette durée est infinitésimale. On peut donc considérer qu on voit son voisin dans le présent. 8/ Application : Vous regardez maintenant, d une navette spatiale, un australien situé à km de vous. A quel moment le voyez-vous réellement? t = d/v = /3,00 x 10 8 = 1,0 x 10 7 / 3,00 x 10 8 = 0,033 s = 33 ms Cette durée est courte mais n est plus tout à fait négligeable. B/ Bilan La lumière ne se propage pas instantanément. Quand la lumière est émise d une étoile (Sirius par exemple), cette lumière transmet des informations sur cette étoile au moment où elle a été émise. Comme Sirius est située à 8,6 a.l, nous la voyons telle qu elle était il y a 8,6 années. Elle a pu exploser il y a quatre ans mais nous ne le saurons que dans 4,6 ans. Si le Soleil meurt maintenant, on ne le saura que dans 8 min et 20s.

6 4/ Les représentations de l univers à différentes échelles (Incroyables expériences) Représenter le Système solaire dans les livres est un véritable problème pour les graphistes! Essayons de comprendre pourquoi? Cette activité est basée sur la vidéo : «Incroyables expériences» 1/ Imagine que la Terre est représentée par une boule de 2 cm de diamètre, quel serait le diamètre du soleil? (Données : diamètre de la Terre : D T = km ; Diamètre du Soleil : D S = km) Environ 90 cm Environ 1,50 m Environ 2,30 m 2 cm D T = km? cm D S = km x 2 On en déduit :? = = 220 cm = 2,2 m 2/ Imagine que la Terre est représentée par une boule de 2 cm de diamètre, à quelle distance se trouverait le Soleil? (Données : Distance Terre-Soleil = d TS = km) Environ 90 m Environ 169 m Environ 235 m 2 cm D T = km? cm d TS = km x 2 On en déduit :? = = cm= 234 m 3/ Imagine que la Terre est représentée par une boule de 2 cm de diamètre, à quelle distance du Soleil se trouverait Mercure? (Données : Distance Mercure-Soleil = d SM = km) Environ 50 m Environ 90 m Environ 150 m 4/ Imagine que la Terre est représentée par une boule de 2 cm de diamètre, à quelle distance du Soleil se trouverait Vénus? (Données : Distance Vénus-Soleil = d SV = km) Environ 100 m Environ 169 m Environ 250 m 5/ Et mars alors? (Données : Distance Mars-Soleil = d SMars = km) Environ 355 m Environ 505 m Environ 705 m 2 cm D T = km? cm d SM = km 2 cm D T = km? cm d SV = km 2 cm D T = km? cm d SMars = km x 2 On en déduit :? = = 9060 cm= 90,6 m x 2 On en déduit :? = = cm= 169 m 6/ Et la dernière planète du Système Solaire : Neptune? (Données : Distance Neptune-Soleil = d SN = km) x 2 On en déduit :? = = cm= 356 m Environ 0,8 km Environ 2,5 km Environ 7 km 2 cm D T = km? cm d SN = km x2 On en déduit :? = = cm= 7030 m 7/ L exoplanète de type terrestre habitable la plus proche, découverte le 25 avril 2007 et baptisée GLIESE 581c, se situe à 20,5 a.l de la Terre. Si la Terre est représentée par une boule de 2 cm de diamètre, à quelle distance se trouverait cette planète? Environ 300 km Environ km Environ km 2 cm D T = km? cm d SN = 19,4 x km On en déduit :? = 19,4 x 1013 x 2 = 3,03 x 10 5 km

7 Question indépendante : Admettons que nous voulions nous rendre sur cette exoplanète habitable Gliese 581c située à 20,5 a.l. Embarquons dans une fusée se déplaçant à la vitesse de 11 km.s -1. Quelle durée t est nécessaire pour s y rendre? t = d v = 20,5 x 9,47 x 1012 /11 = 1,76 x s = 4,90 milliards d heures = 204 millions de jours = ans! Environ 500 ans Environ ans Environ ans