Comment arpenter l Univers?

Documents pareils
Seconde MESURER LA TERRE Page 1 MESURER LA TERRE

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Audioprothésiste / stage i-prépa intensif -

Les objets très lointains

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

Celestia. 1. Introduction à Celestia (2/7) 1. Introduction à Celestia (1/7) Université du Temps Libre - 08 avril 2008

La Mesure du Temps. et Temps Solaire Moyen H m.

FORMATION DES PERSONNES-RESSOURCES EN SCIENCE ET TECHNOLOGIE LE CYCLE DU JOUR ET DE LA NUIT (CYCLE DIURNE)

Erratum de MÉCANIQUE, 6ème édition. Introduction Page xxi (milieu de page) G = 6, m 3 kg 1 s 2

Magnitudes des étoiles

Le second nuage : questions autour de la lumière

Étude et modélisation des étoiles

COTTAZ Céline DESVIGNES Emilie ANTHONIOZ-BLANC Clément VUILLERMET DIT DAVIGNON Nicolas. Quelle est la trajectoire de la Lune autour de la Terre?

Les moyens d observations en astronomie & astrophysique

Chapitre 9 : Applications des lois de Newton et Kepler à l'étude du mouvement des planètes et des satellites

TP 03 B : Mesure d une vitesse par effet Doppler

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

Si la source se rapproche alors v<0 Donc λ- λo <0. La longueur d onde perçue est donc plus petite que si la source était immobile

Explorons la Voie Lactée pour initier les élèves à une démarche scientifique

DURÉE DU JOUR EN FONCTION DE LA DATE ET DE LA LATITUDE

Le Soleil. Structure, données astronomiques, insolation.

TP 2: LES SPECTRES, MESSAGES DE LA LUMIERE

Chapitre 2 : Caractéristiques du mouvement d un solide

La magnitude des étoiles

Notre galaxie, la Voie lactée

Le satellite Gaia en mission d exploration

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

REPRESENTER LA TERRE Cartographie et navigation

MESURE DE LA MASSE DE LA TERRE

Cours IV Mise en orbite

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

SYSTEME DE PARTICULES. DYNAMIQUE DU SOLIDE (suite) Table des matières

C est un mouvement plan dont la trajectoire est un cercle ou une portion de cercle. Le module du vecteur position OM est constant et il est égal au

DM n o 8 TS Physique 10 (satellites) + Chimie 12 (catalyse) Exercice 1 Lancement d un satellite météorologique

GAIA Dossier d information. Arpenteur de la Galaxie

Quantité de mouvement et moment cinétique

Parcours Astronomie. Cher Terrien, bienvenue à la Cité des sciences et de l industrie! Voici tes missions :

Seconde Sciences Physiques et Chimiques Activité ère Partie : L Univers Chapitre 1 Correction. Où sommes-nous?

La révolution des satellites de Jupiter

Gaz moléculaire et formation stellaire dans les galaxies proches : maintenant et à l'époque ALMA Jonathan Braine

Correction ex feuille Etoiles-Spectres.

FORD C-MAX + FORD GRAND C-MAX CMAX_Main_Cover_2013_V3.indd /08/ :12

I - Quelques propriétés des étoiles à neutrons

Chapitre 6 : les groupements d'étoiles et l'espace interstellaire

«Les Variabilistes II» Mission T60

M6 MOMENT CINÉTIQUE D UN POINT MATÉRIEL

Panorama de l astronomie. 7. Spectroscopie et applications astrophysiques

TS Physique Satellite à la recherche de sa planète Exercice résolu

LA TERRE TOURNE-T-ELLE VRAIMENT? Ernst Mach, le pendule de Foucault et l origine des forces d inertie

1 Mise en application

Michel Henry Nicolas Delorme

Atelier : L énergie nucléaire en Astrophysique

Découvrir la voûte céleste c est avant tout une balade dans le ciel qui nous entoure. Mais pour se promener d une étoile ou d une galaxie à une

TRAVAUX DIRIGÉS DE M 6

Etoiles doubles (et autres systèmes de deux points matériels)

1S Modèles de rédaction Enoncés

Application à l astrophysique ACTIVITE

Chapitre 1 Cinématique du point matériel

Chap 8 - TEMPS & RELATIVITE RESTREINTE

TEMPÉRATURE DE SURFACE D'UNE ÉTOILE

Puissances d un nombre relatif

Mesure d angles et trigonométrie

Lancement de la mission GAIA, jeudi 19 décembre 2013 au LUPM à partir de 9h15

Voyage autour (et a l inte rieur) d un trou noir

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Eléments de Relativité générale

EFFET DOPPLER EXOPLANETES ET SMARTPHONES.

Fonctions de deux variables. Mai 2011

TD 9 Problème à deux corps

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

FORMATION ET FONCTIONNEMENT D'UNE ETOILE

Mécanique du Point Matériel

Le monde fascinant des galaxies

Exo-planètes, étoiles et galaxies : progrès de l'observation

Panneau solaire ALDEN

Une application de méthodes inverses en astrophysique : l'analyse de l'histoire de la formation d'étoiles dans les galaxies

Comment dit-on qu'une étoile est plus vieille qu'une autre ou plus jeune qu'une autre?

Université de Caen. Relativité générale. C. LONGUEMARE Applications version mars 2014

TD de Physique n o 1 : Mécanique du point

Qu est-ce qui cause ces taches à la surface du Soleil?

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Notice de paramétrage Version 1.1

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL

Pourquoi la nuit est-elle noire? Le paradoxe d Olbers et ses solutions

Le Système solaire est-il stable?

Le théorème de Thalès et sa réciproque

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

Chapitre 6 La lumière des étoiles Physique

Éclairage naturel L5C 2009/2010. Aurore BONNET

Structure et Evolution des étoiles

1S9 Balances des blancs

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

Ondes gravitationnelles de basses fréquences et relativité

LE CATALOGUE MESSIER

DIFFRACTion des ondes

Travauxpratiqueset stage d observation

Mesure du rayon de la Terre par la méthode d'eratosthène

La gravitation universelle

TOUT CE QUE VOUS AVEZ VOULU SAVOIR SUR MERCURE

Transcription:

Comment arpenter l Univers?

L explosion de la sphère des fixes Vers 1610, Galilée pointe sa lunette vers la voie lactée et voit des myriades d étoiles Panorama à 360 de la Voie Lactée du point de vue terrestre

1. Méthodes trigonométriques Pour l œil, «Grand» = Grand angle Plus un objet est proche, plus il semble grand Relation Angle-distance

Triangulation Base de triangulation a Thalès ~ 624-547 ACN c d? b Plus d est grand, plus a doit être grand b a g + b + g = 180 sin sin b sin g = = a b c d = a/(cotb+cot g)

base

Mesure du Rayon de la Terre

Eratosthène ~ 284 193 ACN d = 5000 Stades Circonf.: 252000 stades = 39740 km

Angle (7 ), distance Alexandrie-Syène Rayon de la terre Alexandrie 7 7 d Syène

Abbé Picard 1670 Arc de méridien Paris Amiens Delambre et Méchain 1796 Arc de méridien Dunkerque Paris Barcelone R terre,eq = 6378 km

Mesure de la forme de la terre Plusieurs expéditions pour mesurer l arc d un méridien Newton a-t-il raison? conclusions différentes Finalement, expéditions de Maupertuis en Laponie et Godin, Bouguer et La Condamine au Pérou (1736-1737) prouvent l aplatissement prédit par Newton Voltaire : «Vous avez confirmé dans des lieux pleins d ennuis ce que Newton connut sans sortir de chez lui.»

Distances Terre Lune et Terre - Soleil

Aristarque de Samos 310-230 ACN 1ère observation : Eclipse de Soleil s/s = l/l = sin L l S s

Aristarque de Samos 310-230 ACN 2ème observation :lune dikhotome L f S f L / S = cos f

Aristarque de Samos 310-230 ACN 3ème observation : éclipse de lune s-t s-t S S t L d l s D Comme 2 diamètres lunaires remplissent le cône d ombre de la terre, on en déduit d/l = 2 sur cette figure. En outre, les triangles rouges et bleus sont semblables, ce qui donne : D/S = t / (s-t) (1) Les triangles bleus et verts sont semblables, ce qui donne : (D-L)/D = d/t (2) L équation (2) donne D/L = t/(t-d) (3) Le rapport entre les équations (1) et (3) donne L/S = (t-d)/(s-t) (4) Le rapport x=s/l a été déterminé par l observation de la Lune dikhotome. L égalité des diamètres angulaires (observation 1) nous donne aussi x = s/l. Enfin, d/l est mesuré par l éclipse de lune, je note n=d/l (n=2 selon Aristarque). On a donc : x = (s-t)/(t-d) = (x-t/l)/(t/l-n). En isolant l/t dans cette équation, nous trouvons : l/t = (x+1)/(x(1+n)) Le membre de droite étant connu, on en déduit l/t. Ceci étant fait, on peut obtenir toutes les distances en unité de rayon terrestre : L/t = (L/l) (l/t) (L/l est connu par la mesure du diamètre angulaire, observation 1). S/t = x (L/t) s/t = x (l/t)

Parallaxe diurne Angle entre la direction topocentrique et la direction géocentrique de l astre Base de triangulation = R Terre Terre Mars d R d = R Terre sin z / sin

Parallaxe diurne de Mars Cassini et Richer 1672 A. Paris B. Cayenne Distance de mars = 53 10 6 km

Distance Terre - Soleil Troisième loi de Kepler T²/a³ = constante d a a M =1 UA Soleil Si orbites circulaires : (T M /T T )² = {(d + a )/ a }³

L unité astronomique UA T T = 1 an T M = 1.88 an La Terre est à son aphélie et Mars à son périhélie d = 53 10 6 km (T M /T T )² = {(d + 1.0167a )/(0.9066 a }³ d a a M =1 UA x (1 + 0.0167) Soleil x (1-0.0934) a = 1 UA =149.598 x 10 6 km

Distance Terre-Lune Lalande et La Caille 1751 Parallaxe Berlin Cap de Bonne Espérance d Terre-Lune = 384 400 km

Parallaxe annuelle Base de triangulation = distance Terre-Soleil

Parallaxe annuelle tg = a/d = 1/d UA Si petit : d UA = 1/ rad d = (rad). { (360. 60. 60) /2 } = rad. 206 264.8 d UA = 206 264.8 / a Bessel 1838-61 Cyg = 0.3

Le parsec 1 pc = distance d une étoile dont la parallaxe annuelle est de 1 d UA = 206 264.8/ 1 Parsec = 1 Pc = 206 264.8 UA 3 x 10 13 km 3.26 AL d θ a d pc = 1/

L aberration La direction de la vitesse d un objet dépend de la vitesse de l observateur Vitesse de l objet dans un référentiel «fixe» V o Observateur V 1 = V 1 e y V 1 Objet e y e x Vitesse de l objet du point de vue de l observateur : V = V 1 V o = V 1 e y V o e x Direction de l objet : V 1 tg( ) = V o /V 1 V 1 V o Dans le cas de la lumière : V 1 = c Si la vitesse de l obs. est non-relativiste : V o << c ~ V o /c V o

L aberration Dans le cas de la lumière : V 1 = c Si la vitesse de l obs. est non-relativiste : V o << c rad ~ V o /c Révolution de la terre autour du soleil : V = (GM 0 /UA) 1/2 = 29.79 km/s 1 ère mesure par Bradley (1725) c V/c = (GM 0 /UA) 1/2 / c ~ 10-4 ~ 20.5 Preuve du mouvement «absolu» de la terre autour du soleil V Déplacement apparent dû à l aberration (ellipse). Il faut retirer celui-ci pour ne garder que celui dû à la parallaxe.

Les étoiles du voisinage solaire 117 étoiles connues à moins de 20 A.L. (en 2006) Représentation 3D des étoiles les plus proches

Hipparcos (1989-1993) 120 000 étoiles Précision 0.002 Un homme sur la lune vu de la terre 500 parsecs (<< galaxie)

GAIA Mission ESA, lancée le 19 déc. 2013, 5 ans, catalogue: 2020 Précision: 7 x 10-6 (V=10) GAIA 1 milliard d étoiles 20 kpc

Les points de Lagrange Soient 2 corps en orbite circulaire autour de leur centre de masse. Soit un 3 ème corps de masse négligeable % aux 2 autres On se place dans un référentiel en rotation, fixe % 2 corps massifs Les points de Lagrange sont les points où s équilibrent les forces exercées sur le 3 ème corps: Force d attraction gravifique par le 1 er corps + Force d attraction gravifique par 2 ème corps + Force centrifuge = 0

2. Méthodes astrophysiques

Luminosité et éclat d une étoile Plus un objet est éloigné, moins il est brillant Eclat b : Puissance transmise à travers une surface unitaire (sur terre) perpendiculaire aux rayons lumineux, c est donc un flux [W/m 2 ] Distance Eclat Luminosité L : Puissance totale émise par l étoile (W)

Luminosité et éclat d une étoile Luminosité L : Puissance totale émise par l étoile Si pas d absorption : L = puissance transmise à travers une surface sphérique centrée sur l étoile (rayon quelconque) Cas particulier : distance terre-étoile = rayon de la sphère : r b L = b S = 4 d 2 b b = L / (4 d 2 ) Pour une luminosité donnée, l éclat décroît comme le carré de la distance. Si b et L sont connus, on obtient d : d = (L / (4 b)) 1/2

Détermination des distances 1) Calibration sur un objet proche : b 1, d 1 L = 4 d 12 b 1 2) Objet éloigné : b 2, même L (même type d objet) d 2 = (L/(4 b 2 )) 1/2 = d 1 (b 1 /b 2 ) 1/2

Les étoiles variables Céphéides Les céphéides sont des étoiles variables : Leur luminosité varie périodiquement : L(t) = L + f(t) WVir Fonction périodique

Les Céphéides Henrietta Leavitt (1868-1921) Découvre en 1908 la relation Période-éclat pour les Céphéides du Grand Nuage de Magellan (LMC) It is worthy of notice that the brighter variables have the longer periods. (Leavitt 1908)

Détermination de la distance du Grand Nuage de Magellan 1) Observation de la relation période-éclat dans les céphéides du Grand Nuage de Magellan b = f(p) 2) Calibration sur base de céphéides proches b 1, d 1, P 1 L 1 = 4 d 12 b 1 3) Imaginons que je transporte la céphéide proche jusqu au nuage de Magellan elle garde la même luminosité L 1 et son éclat est donné par la relation période éclat : b=f(p 1 ) On en déduit la distance du nuage de Magellan : L 1 = 4 d LMC2 f(p 1 ) d LMC = {L 1 /[4 f(p 1 )]} 1/2 = d 1 {b 1 /f(p 1 )} 1/2 = 50 000 pc

Détermination de la distance du Grand Nuage de Magellan 3) On en déduit la distance du nuage de Magellan : d LMC = {L 1 /[4 f(p 1 )]} 1/2 = 50 000 pc 4) On a une relation Période Luminosité calibrée L(P) = 4 d LMC2 f(p) Utilisable pour déterminer les distances des céphéides de l univers (galaxies lointaines, ) b, P L(P) d = (L(P)/(4 b)) 1/2