Principales figures du cours : L Univers et sa mesure

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1 Principales figures du cours : L Univers et sa mesure Cours d astronomie en LST-A S1, option Astronomie 1 L. Duriez Laboratoire d Astronomie, UFR de Mathématiques, Université des Sciences et Technologies de Lille mailto:luc.duriez@univ-lille1.fr 1 er février Introduction Figure 1 - Variations de l absorption atmosphérique du rayonnement électromagnétique en fonction de sa longueur d onde et de l altitude du lieu d observation : 1

2 Spectres de raies et spectres continus : Figure 2 Figure 3 2

3 Figure 4 - Variations de la longueur d onde par effet Doppler-Fizeau : Figure 4a - Portion du spectre de Saturne encadré par un spectre de référence (raies du Fer). L effet Doppler-Fizeau se manifeste sur le spectre du Soleil réémis par Saturne : raies penchées à cause de la rotation de la planète sur elle-même et de la rotation des anneaux autour de la planète (effet Doppler doublé à cause de la réémission). 3

4 Figure 4b - Agrandissement d une partie du spectre précédent permettant de mesurer l effet Doppler- Fizeau et de déterminer la rotation de Saturne : les raies du Fer données permettent de déterminer la dispersion du spectre (x nm par mm), puis de mesurer les décalages spectraux de quelques raies entre les deux extrêmités du bord de Saturne pour en déduire l écart de vitesse (en km/s) entre le bord qui se rapproche de l observateur et celui diamétralement opposé qui s en éloigne. En prenant le rayon du globe de Saturne égal à 60000km, déterminer la période de rotation de Saturne sur lui-même (résultat à trouver de l ordre de 10h). On pourra analyser de même la rotation des anneaux de Saturne et vérifier que cette rotation suit les lois de Kepler (vitesse variant comme la racine carrée de l inverse de la distance au centre de Saturne) 4

5 Figure 4c - 5

6 2 Le Soleil et le système solaire Figure 5 Figure 6 6

7 Figure 7 Figure 8 7

8 Figure 9 Figure 10 8

9 Figure 11 9

10 Figure 12 Figure 12a 10

11 Figure 13 Figure 14 11

12 Figure 15 12

13 3 Les étoiles et la Galaxie Figure 16 Structure de la Galaxie observée en visible par les étoiles jeunes très chaudes (cercles) et en ondes radio à 21cm issues des nuages d hydrogène atomique (carrés) 13

14 Figure 17 - Caractéristiques des types spectraux des étoiles : Figure 18 Type Température Eléments prédominants Couleur O K Forte ionisation : He+ N++ Si+++ (en émission) bleue B K He, H : raies de Balmer A K surtout H (raies de Balmer) blanche apparition des raies H et K du Ca++ F K surtout raies H et K du Ca+ renforcement des raies du Ti++ et Fe++, H (Balmer) G K surtout raies H et K du Ca++ et raies du Ca+ et Fe+ jaune apparition de bandes moléculaires CH et CN K K surtout raies H et K du Ca++ renforcement raies métaux neutres bandes mol. CH, CN et surtout Ti O M K surtout bandes moléculaires Ti O rouge 14

15 Figure 19 15

16 4 L Univers extragalactique Figure 20 16

17 Figure 21 Figure 22 17

18 Figure 23 18

19 5 La mesure des distances dans l Univers Figure 24 - Dans un repère héliocentrique, des étoiles supposées fixes par rapport au Soleil sont des points fixes et seule la Terre tourne sur son orbite autour du Soleil (dans l écliptique). Figure 25 - Dans un repère géocentrique, la Terre est fixe mais le Soleil et les étoiles supposées fixes par rapport à lui semblent maintenant décrire des orbites toutes égales à l orbite apparente du Soleil autour de la Terre, et en phase avec le mouvement du Soleil. Le rayon de chaque orbite est vu sous un angle ϖ d autant plus grand qu elle est plus proche du Soleil (angle de parallaxe). 19

20 Figure 26 - Dans le plan de l écliptique, les orbites apparentes des étoiles sont vues par la "tranche" sous forme d un petit segment vu sous l angle 2ϖ où ϖ est l angle de parallaxe de l étoile ; hors de ce plan, elles apparaissent comme des ellipses dont le petit axe vaut 2ϖ sin b (où b est la latitude céleste). Figure 27 - Exemple de trajectoire géocentrique épicycloïdale d une étoile proche (parallaxe sensible) et mobile par rapport au Soleil (mouvement propre). 20

21 Figure 28 - La direction apparente des étoiles diffère de leur direction réelle à cause du phénomène d aberration dû à la vitesse de la Terre par rapport au Soleil. 21

22 Figure 29 22