Echelles de temps! Univers devient transparent! T < 3000 K (recombinaison)! 0! 1 sec - 3 mn: nucléosynthèse primordiale! ans! présent!

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1 Echelles de temps Univers devient transparent T < 3000 K (recombinaison) 0 1 sec - 3 mn: nucléosynthèse primordiale ans -14 x 10 9 ans présent formation des galaxies et étoiles Système solaire x 10 9 ans -0.7 x10 9 ans présent vie (marine) C0 2 --> 0 2 animaux marins (datation radio-isotopes dans météorites primitives) -0.7 x10 9 ans présent animaux marins vie sur terre ferme dinosaures une extinction massive

2 -200 x 10 6 ans dinosaures (+mammifères) extinction massive et brutale primates bipèdes -3 x10 6 ans bipèdes outils feu Néanderthal ans Néanderthal Cro-Magon rites funéraires paléolithique néolithique métaux agriculture ans récoltes, guerres, riches, pauvres cuivre, étain, classes sociales, villes, politique, Histoire écritures astrologie --> astronomie exploration spatiale

3 inflation Zhang, Nature 461, (2009)

4 suite: - formation des galaxies et des étoiles 13.2 billion light-years away

5 quelques curiosités: - Age estimé de l'univers: 13.7 ± 0.2 milliards d'années -Inflation: à sec après le Big Bang, l'univers s'expand d'un facteur ± 8 milliers d'années après le Big Bang: recombinaison, l'univers devient transparent WMAP 2010

6 suite: - il y a millliards d'années: formation des météorites primitives (durée: 3 millions d années, cf. Science 2 nov. 2012) milliards d'années: vie abondante dans les océans - il y a plus de 460 millions d'années: insectes et crustacés millions d'années: apparition des poissons millions d'années: premières mousses hors de l'eau, puis premiers arthropodes sur terre ferme millions d'années: premiers vertébrés à pattes millions d'années: premiers reptiles millions d'années: apparition dinosaures et mammifères

7 suite: millions d'années: premières fleurs - il y a 65 millions d années: disparition des dinosaures, conquête de la Terre par les mammmifères - il y a ~ millions d années: apparition des fleurs, de l'herbe - il y a 3 millions d années: liaison des Amérique Nord et Sud par l isthme de Panama disparition marsupiaux sudaméricains - il y a 2 millions d années: premiers outils (Tanzanie) - il y a ans: maîtrise du feu - entre à ans: dernière période glaciaire (Würm)

8 il y a 3.8 milliards d'années: vie dans les océans et marécages atmosphère: essentiellement CO 2 illustration tirée de "The History of Earth", W.K. Hartmann & R. Miller, 1991

9 jusqu'à -420 millions d'années: les terres émergées sont stériles (UV solaires ne sont pas filtrées par l'ozone O 3 ) illustration tirée de "The History of Earth", W.K. Hartmann & R. Miller, 1991

10 après 420 millions d'années: les plantes conquièrent les terres émergées (protection par l'ozone O 3 ) illustration tirée de "The History of Earth", W.K. Hartmann & R. Miller, 1991

11 230 millions d'années: les reptiles et mammifères conquièrent les terres sèches illustration tirée de "The History of Earth", W.K. Hartmann & R. Miller, 1991

12 il y a plus de 120 millions d'années: les plantes à fleurs, et plus tard l'herbe (70-50 millions d'années) apparaisent illustration tirée de "The History of Earth", W.K. Hartmann & R. Miller, 1991

13 65 millions d'années: extinction massive crétacé-tertiaire illustration tirée de

14 THE EFFECTS & LIKELIHOODS OF ASTEROID IMPACTS bombes atomiques

15 2 millions d'années: des hominidés bipèdes utilisent des outils illustration tirée de "The History of Earth", W.K. Hartmann & R. Miller, 1991

16 Ph. Geluck, Le Chat,

17 Ph. Geluck, Le Chat,

18 les mesures de distance - taille de notre planète? - distance de la Lune, des autres planètes? - distances des étoiles? - distances des galaxies? - taille de l'univers?

19 Difficultés: - les distances sont énormes et très différentes: il y a un facteur entre la distance Terre-Lune et la taille de l'univers - les méthodes directes (parallaxes) ne fonctionnent que pour le "voisinage" du système solaire - les méthodes indirectes deviennent de plus en plus imprécises à mesure que l'on s'éloigne dans l'univers

20 The known universe (American Museum of natural history) Distance Himalya Tibet Satellites artificiels (GPS) Lune Saturne Système Solaire Etoile la plus proche (sigma centaure) Signal radio Longueur de la Galaxie Galaxie la plus proche (GNM) Galaxies proches Structure amas CMB Années Lumières 1 seconde 1 heure 1 jour 4.3 al 70 al al al al

21 le rayon de la Terre Eratosthène (~ -275) α A (Alexandrie) rayons solaires R T α α =AB/R T B (Syene) AB ~ 5000 stades R T ~ stades ~ 6500 km

22 le rayon de la Terre XVIII ème siècle: même méthode, mais plus précise Expéditions en France, Laponie et Pérou aplatissement de la Terre. R P R E R E = 6378 km R P = R E - 21 km

23 petit rappel historique: lors de sa création (Révolution française), le mètre était défini comme la 1/ ème partie de la distance pôle-équateur. Donc par définition: circonférence de la Terre (le long d'un méridien) = km, et donc R T = 40000/2π = 6366 km En fait (aplatissement), le rayon équatorial vaut 6378 km Aujourd'hui: 1 mètre = distance parcourue par la lumière dans le vide pendant 1/ seconde. Donc on a exactement (et par définition): c = m sec -1

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28 distance Terre-Lune Aristarque de Samos ( ~ 300) Observation des éclipses de Lune: Ombre de la Terre sur la Lune Φ L Lune D ombre sur la Lune:R L ~ R T /3 (en fait R T /3.7) & diamètre angulaire lunaire: Φ L ~ 2R L /D ~ 1/2 degrés Terre D ~ 2R T /3Φ L ~ 75 R T (en fait D ~ 60 R T ~ km)

29 ombre de la Terre photo Arthur Beales,

30 distance Terre-Lune Renaissance et après: utilisation de la parallaxe diurne (ou terrestre) A (Paris) B (Le Cap) α D étoiles à l infini D = AB/α

31 1969 mission Apollo 11 Réflecteur sur la Lune Télémétrie Laser Lune TELEMETRIE LASER-LUNE Lunakhod Station Laser sur Terre

32 Principe télémétrie Laser-Lune (T. Murphy)

33 distance Terre-Lune) Terre Lune R ~ 6400 km R ~ 1700 km distance moyenne Terre-Lune ~ km (~ 60 rayons terrestres) ~ 1.3 seconde-lumière

34 distance Terre-Lune distance moyenne Terre-Lune ~ km (~ 60 rayons terrestres) ~ 1.3 seconde-lumière

35 unité d angle: la seconde d arc rappel: π radian = 180 (degré) 1 = 60 (arcmin) 1 = 60 (arcsec) donc: 1 = 3600 et: 1 = π/( ) ~ rad

36 quelques ordres de grandeur: - diamètre angulaire du Soleil ~ diamètre angulaire de la Lune ~ 30 arcmin - limite de résolution de l œil humain ~ 2 arcmin - diamètre angulaire de Vénus ~ 1 arcmin - étalement des images stellaires par turbulence atmosphérique ~ 1 arcsec («seeing»)

37 unité astronomique (UA) Soleil Terre 1 UA = distance moyenne Terre-Soleil ~ 150 millions km ( m) ~ 8 minutes-lumière depuis août 2012 définition de l Union Astronomique Internationale (UAI) : 1 UA= m exactement

38 UA: unité naturelle pour distances dans le système solaire demi grand-axe orbites: Mercure: 0.4 UA Vénus: 0.7 UA Mars: 1.5 UA Jupiter: 5.2 UA... Pluton: 40 UA (~ 5.5 heures)

39 distance Terre-Soleil mesure des distances entre planètes et utilisation de la 3ème loi de Kepler: (a /a) 3 = (T /T) 2 α donne a - a on déduit a et a Etoiles à l infini a Mars α ~ 20 au plus nécessite des télescopes a α Terre Soleil

40 distance des étoiles étoiles lointaines + méthode de parallaxe annuelle: étoile proche Terre π" Soleil 1 UA mouvement de la Terre autour du Soleil

41 π" près du pôle écliptique π" position quelconque π" près du plan écliptique

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43 mouvements de Véga dans le ciel (déduit de la mission ESA/Hipparcos)

44 définition du parsec (parallax second) Terre parallaxe annuelle en seconde d arc 1 UA Soleil d π" Objet d parsec = 1/π"

45 quelques valeurs typiques de distances 1 parsec (pc) = 1 UA/(1 arcsec en radian) = 1 UA ( )/ π ~ UA quantités utiles: 1 pc ~ mètres ~ 3.3 années-lumière (al) ex. Proxima du Centaure: (plus proche étoile connue) π ~ 0.76 arcsec d ~ 1.3 pc ~ 4.2 al

46 observations du sol: limite > ~ 0.05 d < ~ 20 pc quelques centaines d étoiles mission ESA/Hipparcos (début 1990 s): limite > ~ = 1 mas d < ~ 1000 pc (1 kpc) environ étoiles mission ESA/Gaia (> 2010): limite > ~ 10-5 arcsec d < ~ pc = 100 kpc

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52 nuage de Oort

53 les limites du système solaire ~ UA ~ 1 année-lumière nuage de Oort (comètes) proxima du Centaure ~ 4.2 a.l.

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57 distances interstellaires ~ 1 pc

58 notre Galaxie («Voie Lactée») diamètre ~ pc = 30 kpc ~ al épaisseur disque ~ 2 kpc + ~ 8.5 kpc position Système Solaire volume accessible Hipparcos

59 Gaia

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61 diamètre ~ a.l., ou pc révolution du Soleil ~ 230 millions d années vitesse ~ 225 km sec -1 population ~ 100 milliards d étoiles

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63 Echelle des distances Galaxies brillantes Étoiles brillantes Amas globulaires 1000 Mpc Étoiles RR Lyrae et Céphéides 50 Mpc Étoiles ordinaires Parallaxes Et cinématique 0,2 Mpc 2 Mpc Distance 200 pc

64 ~ 50 kpc

65 Voisinage galactique local

66 Distances inter-galactiques: une autre galaxie qqs millions pc étoiles de notre Galaxie une galaxie

67 Le groupe local

68 La galaxie d Andromède

69 Le super-amas de la Vierge

70 Zoologie des galaxies

71 Super-amas

72 un «trou de serrure» à travers notre galaxie: une seule étoile, des centaines de galaxies distances intergalactiques ~ plusieurs Mpc

73 galaxies

74 Super-amas de galaxie Quelques centaines de millions d années lumière

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