Physique du système solaire

Transcription

1 Physique du système solaire A la recherche de la vie (l eau) dans l Univers Cédric Champollion 2016, v0.1

2 Philosophie des sciences La vie extraterrestre existe t elle? Sondage: 24 oui / 4 non (2016) Discussion:

3 Approche scientifique Particularité de la Terre: Eau sous la forme liquide, solide et gazeuse Température

4 Démarche scientifique Existe t il d autres planètes (exo-planètes) similaires à la Terre? Comment les trouver? Présence d eau? Origine de l eau? Présence de la vie?

5 1/ Chercher les exoplanètes Brainstorming!

6 1/ Chercher les exoplanètes Observations directes: photos impossible (trop petit, trop loin, trop peu lumineux) Observations indirectes: Occultations: eclipses d étoile Perturbations de la position de l étoile

7 Occultations d étoiles

8 Occultations d étoiles

9 Occultations d étoiles Calcul de la différence de flux lumineux Flux d une étoile # surface visible étoile (PI. R²) Occultation # surface cachée par la planète (PI. r²) Variations relatives du flux: (r²/r²)

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11 Apport de Hubble

12 Détection par modification de la trajectoire de l étoile

13 Détection par modification de la trajectoire de l étoile La encore observation directe impossible! Brainstorming! Exemple du mouvement du soleil / soleil:

14 Effet Doppler

15 Rappel: une onde lumineuse

16 Rappel: le spectre d une onde lumineuse

17 Notion de vitesse radiale

18 Effet Doppler

19 A (re)lire L effet Doppler Imaginez que vous observiez un objet qui émet des bips sonores séparés par un intervalle de temps constant cet intervalle s appelle la période. Lorsque l objet est immobile, vous entendez les bips les uns après les autres, toujours séparés par le même intervalle de temps. Mais imaginez maintenant que l objet se rapproche de vous, à une vitesse non négligeable devant celle du son. La transmission du bip depuis l objet jusqu à notre oreille ne peut pas être considérée comme instantanée et il faut tenir compte du temps nécessaire à la propagation du son. Si le premier bip est produit à une position donnée, le deuxième est émis à une distance moindre. Le temps de transmission du premier bip est donc plus grand que celui du deuxième. Pour notre oreille, l intervalle de temps entre les deux bips n est plus égal à la période réelle du signal. Ainsi, si l objet se rapproche de nous, la période apparente du son est plus petite que la période réelle. Inversement, si l objet s éloigne, la période apparente est plus grande que la période réelle.

20 Effet Doppler

21 En pratique si l émetteur s éloigne Avec c la vitesse de propagation de l onde dans le milieu Fe la fréquence de l onde émise Ve la vitesse de l émeteur F la fréquence de l onde mesuré par l observateur

22 Spectroscopie Doppler

23 Limitations

24 Les progrès techniques

25 Relativité générale

26 Relativité générale

27 Relativité générale

28 Relativité générale

29 Où en est on?

30 Où en est on?

31 2/ Chercher les traces d eau Brainstorming!

32 Caractéristiques de l eau (connu pour l effet de serre et impact sur la température) Présence des trois états de la matière naturellement sur Terre Observation difficile depuis la Terre: pollution atmosphérique Photo-dissociation par les UV (36 h de durée de vie)

33 Chercher les traces d eau Solvant très efficace (sédimentation de la calcite au fond des océans et piégeage du CO2) Solide (glace) plus légère que le liquide: isolation Un atome d oxygène et deux atomes d hydrogènes Rapport Deutérium / H20 stable dans le temps.

34 Molécule d eau

35 Les modes de vibration de l eau

36 Spectre de vibration de l eau

37 Spectre rotationel de l eau

38 Principe de la spectrométrie

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41 Quand réaliser la spectrometry d une exoplanète?

42 Transit ET eclipse

43 L observation depuis la Terre

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45 Impact de l atmosphère terrestre

46 Autre source de bruit!

47 Les planètes telluriques du système solaire

48 Effet de lentille gravitationnelle

49 Premier spectre d une atmosphère planétaire hors système solaire (2014)

50 L hydrogène dans le système solaire

51 Origine de l eau Pas possible uniquement lors de l accrétion originelle. Origine météorique (chimie : rapport isotopique de l eau) les comètes

52 La comète de Hadley Période de retour: 76 ans Connue depuis l antiquité Passage le plus proche en 1910 Prochain passage en 2062

53 Spectrométrie d une comète

54 Rapport deutérium / H2O

55 Vue d ensemble

56 Rosetta Cf livre en 2004 et actualité en 2016

57 La détection de la vie Brainstorming!

58 La détection de la vie Observations directes: émission d un signal à 1420 Hz (bande d absorption de l hydrogène, l élément le plus commun). CD à bord de Voyager et Pioneer (Corps humain «nu», structure de l ADN, 5ième de Beethoven,...) Observations directes: Ecoute à 1420 Hz (programme SETI)

59 Le Voyager Golden Record

60 La plaque de Pioneer

61 La détection de la vie Observations indirectes: mesure de l O3 (ozone) produit par l impact du rayonnement UV sur l O2 (oxygène) produit par la respiration.

62 La détection de la vie

63 Fausse alerte!

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65 Bibliographie A la recherche de l eau dans l Univers, T. Encrenaz, Belin, Pour la science ERRATUM TD!!