Vertige dans l'univers Bruno MATHIEU

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1 Vertige dans l'univers Bruno MATHIEU Le système solaire Notre système solaire est constitué d'une étoile, le Soleil, et de huit planètes qui tournent autour de lui sur des orbites quasi-circulaires. Certaines de ses planètes possèdent des satellites et des anneaux. Le système solaire s'est formé, ainsi que les planètes, il y a 4,5 milliards d'années environ. Le système solaire renferme aussi une multitude d'astéroïdes, ce sont des corps relativement petits dont la taille va de celle d'un grain de poussière à près d'un millier de km.une partie de ces astéroïdes forment une ceinture entre les orbites de Mars et de Jupiter. Le soleil Le Soleil perd à chaque seconde une masse de 4,3 millions de tonnes, ce chiffre paraît énorme mais la masse du Soleil est suffisante pour durer encore plusieurs milliards d'années. La terre La lumière émise par le Soleil nous parvient en 8mn 20s Les 8 planètes* Mercure, Vénus, La terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, Pluton* (*Depuis 2006 Pluton n'est plus considéré comme une planète) Echelle : Si l'on ramène la distance terre soleil à la taille d'un stade (100m) le soleil dans un angle mesurerait 1m de haut (93cm exactement) et la terre dans l'angle opposée aurait la taille d'un petit pois (8 mm). Suivant la même comparaison Jupiter serait à 1 km et grosse comme une orange, quand à Pluton, la dernière planète du système solaire elle serait à 4 km et mesurerait 4mm de diamètre... Le système solaire est donc surtout constitué de vide (Les représentations ne sont pas à l'échelle et trompeuses). Les astéroïdes : Les astéroïdes sont des structures rocheuses ou métalliques (fer, platine, or, nickel, iridium) en orbite autour du soleil. La plupart d'entre eux ont une taille inférieure à 300 kilomètres. Les comètes : Les comètes sont des structures de glace et de poussières. En s'approchant du soleil, ces structures s'évaporent et libèrent la poussière qu'elles contiennent.

2 Galaxie la voie lactée Les galaxies sont les plus importantes structures astronomiques connues ; ce sont également les structures les plus éloignées qu'un amateur d'astronomie puisse observer. Elles sont souvent groupées en amas. Par exemple, la voie lactée fait partie d'un amas de 30 galaxies. Notre système solaire est situé à la périphérie d'une galaxie : la voie lactée. Cette galaxie contient près de 200 Milliards d'étoiles (de soleils), plusieurs milliers de nébuleuses et de nombreux amas stellaires. Son diamètre est estimé à années lumières et sa forme celle d'une spirale. La galaxie la plus proche de la notre, Andromède est distante de 2,5 Millions d'années lumière. Notre système solaire se trouve à environ années lumière du centre de notre galaxie. Echelle : Si notre galaxie avait la taille de la terre, le soleil serait un point invisible à l œil nu et l'orbite de notre terre autour du soleil mesurerait 2 mm La Voie lactée fait partie d un groupe de galaxies qui se nomme le Groupe Local; on y dénombre plus de 35 galaxies. La galaxie d Andromède, qui est visible dans le ciel à l œil nu lors des nuits sans Lune ni pollution lumineuse, en est le membre le plus grand. Les autres galaxies du groupe, comme le Grand et le Petit Nuage de Magellan, sont en général plus petites que la Voie lactée. A leur tour ses amas se rassemblement pour créer des «superamas»

3 L'univers L'univers visible a un rayon de 14 milliards d'années lumière simplement parce qu'il est âgé d'environ 14 milliards d'années. La lumière des objets encore plus lointains n'a simplement pas encore eu le temps de parvenir jusqu'à nous. Pour cette raison, n'importe qui dans l'univers se trouve au milieu de son propre univers visible d'environ 14 milliards d'années lumière de rayon. L'échelle précise de l'univers est compliquée par le fait qu'il est en expansion. Les galaxies que nous voyons près du bord de l'univers visible ont émis leur lumière alors qu'elles étaient beaucoup plus proches de nous, et elles sont maintenant bien plus loin. La véritable taille de l'univers doit donc être plus importante que celle de l'univers visible. La géométrie de l'univers suggère qu'il possède une taille infinie et que son expansion va se poursuivre indéfiniment. Même si l'univers n'est pas infini, notre univers visible n'est sans doute qu'un grain de poussière par rapport à l'univers complet. Nombre de superamas de l'univers visible = 10 millions Nombre de groupes de galaxies de l'univers visible = 25 milliards Nombre de grandes galaxies de l'univers visible = 350 milliards Nombre d'étoiles de l'univers visible = (2x10²²) Résumé : A la campagne, dans de bonnes conditions, en tenant compte des restrictions de visibilité vers l'horizon, on peut espérer observer 2000 étoiles. Notre galaxie comporte 200 milliards d'étoile (100 millions de fois ce que nous voyons à l œil nu). Notre groupe de galaxies contient 35 galaxies L'univers visible comporte 25 milliards de groupes L'univers visible n'est qu'un grain de poussière par rapport à l'univers complet. Analogie : Si à chaque étoile de l'univers visible correspond un grain de sable. Le tas de sable obtenu, répandu uniformément sur la France entière, attendrait une hauteur d'environ m (en prenant 10 grains de sable par mm3). Que représentons nous dans l'univers?

4 La gravitation Deux corps ponctuels de masse M A et M B s'attirent avec une force proportionnelle à chacune des masses, et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Cette force a pour direction la droite passant par le centre de gravité de ces deux corps. La gravitation d'un corps s'exerce également sur lui même, d'où la forme sphérique naturelle. Un équilibre est atteint entre l'attraction et la résistance à la compression des matériaux constituant le corps. Exemple particulier «Le soleil» Les scientifiques estiment qu au centre du soleil la température atteint 15 millions de degrés. Plus qu il n en faut pour déclencher les réactions de fusion thermonucléaire qui fourniront l énergie solaire. Pour faire simple, le Soleil est analogue à une phénoménale bombe H. Il consomme son hydrogène le transformant en Hélium. Chaque seconde, le Soleil transforme 4 millions de tonnes de sa masse (soit l'équivalent de la masse d'un million d'éléphants) en énergie. Nous ne devons pas craindre que le Soleil épuise son combustible dans un avenir proche tout au moins car ses réserves devraient lui permettre de briller pendant encore 5 milliards d'années. Cette énorme bombe à Hydrogène n'explose pas car s'oppose à elle la force de la gravitation, et un équilibre est trouvé. La gravitation apporte les conditions de pression nécessaire à la réaction nucléaire et empêche le soleil d'exploser. L'explosion à son tour empêche le soleil de s'effondrer sur lui même sous les effets de la gravitation.

5 Cycle de vie d'une étoile Les étoiles ne sont pas éternelles, elles naissent, évoluent et meurt. La durée de vie d'une étoile est de plusieurs Millions à plusieurs Milliards d'années. Leur naissance. Les étoiles naissent d'un nuage tourbillonnant de gaz et de poussière. Ce nuage est appelé nébuleuse. Lorsque le nuage et le gaz contenus dans la nébuleuse se concentrent en son milieu, une protoétoile se crée. La transformation de l'hydrogène en hélium donne vie à l'étoile en la faisant briller. Une étoile est née Leur évolution. Pendant sa phase d'évolution, une étoile consomme de l'hydrogène ce qui la rend chaleureuse et lumineuse. L'étoile s'élargit et perd en chaleur jusqu'à ce que la totalité de l'hydrogène disponible soit brulé. Lorsqu'il n'y a plus d'hydrogène disponible, une phase d'instabilité s'installe. Une réaction beaucoup plus dense que la précédente rend l'étoile plus lumineuse. L'astre est alors nommé géante rouge. Leur extinction. Des Milliards d'années après sa naissance, l'étoile s'effondre sur elle même. La réaction qui intervient alors, dépend de la masse initiale de l'étoile mourante. En fin de vie, les étoiles les moins massives se dilatent et rougissent. En explosant, elles éjectent de la matière et produisent des nébuleuses planétaires. Ce qui reste de l'étoile morte est appelé naine blanche. En fin de vie, les étoiles les plus massives se transforment en supergéantes. Elles finissent par exploser en une supernova. Il existe deux phénomènes résultant de la formation d'une supernova. Soit la matière situé dans le noyau de l'étoile se transforme en "étoile à neutrons" ; soit un trou noir se forme. L'étoile à neutrons est peu brillante et de petite taille. Peu visible, les astronomes la détecte grâce aux pulsations radioélectriques qu'elle émet : les pulsars. Le trou noir est difficilement définissable. Il n émet pas de lumière mais peut être détecté à l'aide des rayons X qui sont émis autour du trou. Affolant Une naine blanche atteint une densité d'une tonne par cm 3 (un verre de matière pèse 100 tonnes) Dans une étoile à neutrons un morceau de la taille d'un sucre pèse 4 milliards de tonnes Le trou noir a une densité bien supérieure, sa gravitation est extrême et attire même la lumière... aucune lumière ne pouvant s échapper le trou noir est donc invisible.

6 Sommes nous seuls? En février 2011 la Nasa publiait les résultats d'observation de son satellite Kepler (Recherche d'exo-planètes*) : étoile observées 1235 possèdent des exo-planètes* 54 exo-planètes présentent des conditions d'habitabilité (taille et distance à l'étoile permettant la présence d'eau liquide et d' atmosphère). Ce qui pour notre galaxie (comptant 200 milliards d'étoiles) une probabilité de 70 millions de planètes «habitables». (et pour l'univers visible des centaines de milliards de fois plus...) * Exo-planètes : Planètes étrangères à notre système solaire, ce sont donc les planètes orbitant autour d'autres étoiles. Paradoxe de Fermi* Le Soleil est plus jeune que beaucoup d'étoiles situées dans notre galaxie. Des civilisations plus avancées auraient dû apparaitre parmi ces systèmes solaires plus âgés et laisser des traces visibles depuis la Terre au moins au niveau des ondes radio. Mais où sont-ils? Fermi : Enrico Fermi (29 septembre 1901 à Rome - 28 novembre 1954 à Chicago) est un physicien italien. Ses recherches serviront de socle à l'exploitation de l'énergie nucléaire.