petit panorama astronomique : ballade dans le cosmos

1. petit panorama astronomique :ballade dans le cosmos

2. Des questions (presque) banales - comment sait on décrire l'Univers et ses objets ? - c'est quoi l'astronomie ? - pourquoi y a t il des éclipses ? - pourquoi la Lune change-t-elle d'aspect ? (phases) - les étoiles sont elles éternelles ? - à quoi sert l'astronomie ? - et bien d'autres……….

3. Etymologie : ASTRO => Astres NOMIE => Lois Astronomie : étude des lois qui gouvernent la vie des astres Note : astrologie, c'est pas la même chose (pas du tout) buts de l'Astronomie : décrire et expliquer la nature, le fonctionnement et l'histoire de l'Univers ( rien que ça !) Astronomie : une définition…

4. Les astres : c'est quoi ? Première approche : " c'est ce qu'on voit dans le ciel ??? " Pas aussi simple que ça !

5. Des choses que l'on voit dans le ciel ??? Il faut distinguer : - objets de la vie courante (oiseaux, avions, satellites,...) - phénomènes aériens (nuages, arc en ciel, aurore boréale,...) - objets naturels au-delà de l'atmosphère (Soleil, Lune, étoiles,..) mais comment distinguer ?

6. Comment distinguer astro/ pas astro ? Par le mouvement ! En astronomie : mouvement lent, régulier, mouvement d'ensemble grand manège, voûte céleste : axe de rotation, vitesse Exception : météores (étoiles filantes)

7. Astres pas ici là - objets du ciel situés au-delà de l'atmosphère terrestre - et dont le mouvement apparent est lent, régulier, périodique - ils ont un mouvement d'ensemble : leurs positions relatives semblent ne pas varier Qui provoque ce mouvement apparent ? - la rotation de la Terre sur elle-même (mvt diurne) axe de rotation voisin de la direction de l'étoile polaire - le déplacement de la Terre par rapport au Soleil (mvt annuel)

8. mais les astres, il y en a beaucoup ! et partout ! comment s'y retrouver dans ce fouillis ?? pourquoi vouloir s'y retrouver ? réponse : agriculture, navigation,.. réponse 1 : les constellations ! regroupements arbitraires par voisinage angulaire attention !! aucun autre lien que le voisinage angulaire réponse 2 : les catalogues d'étoiles (listes avec positions)

9. quelques célébrités du moment grande ourse cassiopée (le W) pléiades taureau orion

10. premier catalogue : Hipparque, 150? avant JC, 1000 étoiles autre catalogue historique : Messier, 18eme siècle, "objets diffus", environ 100 le plus récent : satellite Hipparcos 1995 : 120 000 étoiles le futur : satellite GAIA 2015 ?? : 1 milliard d'objets ! des catalogues et des cartes

11. statut de l'astronomie Astronomie = science d'observation i.e. on ne touche pas !

12. Méthodes : un peu de philo ? Recherche de la vérité : l'approche scientifique je regarde jouer les dieux à un jeu compliqué et je dois trouver les règles seulement en regardant deux attitudes : 1. je crois un gourou qui me dit "c'est comme ca , les dieux me l'ont dit" 2. j'observe, j'imagine (hypothèse), et je me dis "je crois seulement au contrôle de mon hypothèse par le déroulement du jeu" Très schématiquement : l' attitude 2 est l'approche scientifique

13. L'observation c'est le moteur de la connaissance en astro (le carburant c'est la réflexion) Observer ce n'est pas seulement contempler pour qu'il y ait observation il doit y avoir mesure (même à l'œil nu) plus de 99.999 % de ce que nous savons sur les astres a été fourni par la lumière que nous en recevons

14. mesure d'angle 4.2 unités +/- 0.1 unité mesure de longueur : 6.7 unités +/- 0.1 unité mesure d'arc 1.5 unités +/- 0.1 unité Mesurer mesurer une quantité c'est la comparer à une quantité de même nature prise comme référence (on dit : comme "unité") une mesure doit fournir un nombre ET une incertitude

15. Mais il faut des unités adaptées Exemple : longueurs, distances insecte : mm stylo : cm bateau : m voyage : km, heures de voiture, heures d'avion Nice-Paris : grossièrement 1000 km, 1h d'avion En Astro, on ne parle pas d'avion mais de lumière ! vitesse dans le vide : 300 000 km / seconde

16. Année de lumière C'est une unité de longueur elle est adaptée aux distances en astro AL : distance parcourue en un an par la lumière dans le vide AL (km) = (300 000 km/s) * (365*24*60*60 s) AL environ 10 000 000 000 000 km plus facile à retenir 10^13 km

17. Faire de l’astronomie sans télescope : des histoires d’angle

18. ciel nocturne, coup d'oeil en passant

19. le ciel à l'œil nu, on peut voir quoi ? Points lumineux : éclats différents couleurs différentes scintillement (ou pas) Objets diffus : Voie lactée, amas d'étoiles, nébulosités, comètes Objets étendus (disques) : Soleil, Lune (et les croissants ?) On peut remarquer : - mouvement d'ensemble - constellations - phases de la Lune, éclipses, météores - et l'on peut distinguer étoiles et planètes ( comment ? + tard)

20. La faune astronomique : - quelques spécimens- et des jalons de distance

21. tailles relatives correctes distances fausses Mars Neptune Terre Pluton Charon Vénus Uranus Jupiter Saturne Mercure Coup d'œil synthétique sur le système solaire Le Soleil (une étoile), des planètes avec leurs satellites et des petits corps (planétésimaux)

22. La Terre, notre Terre coup de chance ?? ou pas ? circonférence : 40 000 km diamètre : environ 12 800 km masse : 6. 10^24 kg

23. soleil

24. Soleil Diamètre : 1 390 000 kilomètres, disons environ 1 500 000 km A retenir : plus de 100 fois le diamètre de la Terre. combien de Terres pour remplir le volume du Soleil ? Masse : environ 2.10^30 kg, disons environ 300 000 fois celle de la Terre Température : 5800 K (surface) 15 000 000 K (noyau) Le Soleil est, et de loin, l'objet le plus gros du système solaire. Il contient plus de 99.8% de la masse totale du système solaire (Jupiter comptant presque tout le reste).

25. Taches solaires La surface du Soleil (photosphère) est à une température de 5800 K. Les taches solaires sont des régions plus froides à seulement 3800 K. Les taches peuvent être très larges, jusqu'à 50 000 km de diamètre.

26. La Lune, notre satellite naturel la Reine de la Nuit probablement la plus grande célébrité du ciel nocturne

27. Lune Diamètre : environ 1/3 de celui de la Terre Masse : 8. 10^22 kg , environ 100 fois moins que celle de la Terre A quelle distance de la Terre ? environ 400 000 km plus facile à retenir : environ 1 seconde de lumière

28. Eclipse : passage dans l'ombre éclipse de Lune éclipses éclipse de Soleil : terme impropre , on devrait dire : occultation la Lune occulte le Soleil

29. le système solaire "interne"les planètes telluriques (cailloux)

30. le système solaire "externe"les planètes joviennes

31. entre les deux, les astéroïdes

32. et tout à fait à la périphérie, un réservoir à comètes

33. Et au niveau des distances ? Terre Lune : 400 000 km 1 seconde de lumière Terre Soleil : 150 000 000 km 8 min de lumière il faut s'attendre à des nombres de km avec beaucoup de zéros et les années de lumière ne sont pas adaptées ici on introduit une nouvelle unité de distance : l'Unité Astronomique : distance moyenne Terre-Soleil 1 U.A. = 150 millions de km c'est avec elle que nous arpenterons le système solaire

34. Mercure 0.4 UA 3 min de lumière 0.05 masse Terre rayon 0.4 RTerre Vénus 0.7 UA 6 min de lumière 0.8 masse Terre rayon  RTerre Terre 1 UA 8 min de lumière 6. 10^24 kg R = 6400 km Mars 1.5 UA 12 min de lumière 0.1 masse Terre rayon 0.5 RTerre en partant du Soleil la ceinture d'astéroïdes 2.9 UA

35. 40 min de lumière 300 masse Terre rayon 11 RTerre Jupiter 5 UA 80 min de lumière 100 masse Terre rayon 9 RTerre Saturne 10 UA 3 h de lumière 14 masse Terre rayon 4 RTerre Uranus 20 UA 6 h de lumière 17 masse Terre rayon 4 RTerre Neptune 30 UA 8 h de lumière 0.2 masse Terre rayon 0.4 RTerre Pluton-Charon 40 UA En s’éloignant du Soleil…

36. pléiades, amas ouvert étoiles jeunes 400 AL Nébuleuse d'orion pouponnière d'étoiles 1500 AL Soleil, étoile adulte une parmi d'autres amas globulaire étoiles vieilles supernovae mort explosive cataclysme après la mort explosive les restes se diluent nébuleuse du crabe 6000 AL nébuleuse planétaire une mort plus douce 5000 AL Les étoiles : elles naissent, vivent et meurent autres spécimens : étoiles doubles, supergéantes, naines blanches,pulsars, étoiles à neutrons

37. Galaxies : des étoiles et de la matière interstellaire la nôtre : la Galaxie diamètre 100 000 AL plusieurs centaines de milliards d'étoiles nos proches voisins ( à 150 000 AL) les deux nuages de Magellan galaxie d'Andromède cousine, à 2 millions d'AL il n'y a pas que des spirales galaxie du sombrero

38. nébuleuse North-America la tète de cheval, célébrité, vers Orion nébuleuse du sablier nébuleuse trifide matière interstellaire, diverses nébuleusesdes formes spectaculaires : l'imagination au pouvoir

39. Les amas de galaxies l'amas de la Vierge à 50 millions d'AL plusieurs centaines de galaxies la nôtre est dedans (sur le bord) il y a d'autres amas, et il y a des super amas "jusqu'où s'arrèteront-ils " amas d'Hercule, 650 millions d'AL et plus loin , les quasars, à des milliards d'années de lumière probablement des galaxies avec un trou noir au milieu qui provoque une gigantesque libération d'énergie

40. Soleil : une étoile parmi d'autres Récapitulons ! Cosmos : vision ordonnée de l'Univers minutes et heures de lumière toute une population d'étoiles = galaxie nous habitons la Voie Lactée ou la Galaxie (majuscule) une parmi d'autres centaines et milliers d'années de lumière tout plein de galaxies = amas de galaxie centaines de millions d'années de lumière des amas d'amas, des super-amas des univers-iles milliards d'années de lumière

41. Astronomie sans télescope : antiquité, un palmarès éblouissant et des histoires d'angles * positions, constellations, mouvement d'ensemble * le gnomon et le cadran solaire * le temps, les calendriers * catalogues, cartes * des astres indisciplinés : planètes * mesures fondatrices (géométrie + mesures angulaires) la Terre est ronde, diamètre de la Terre, diamètre de la Lune, distance Terre Lune distances relatives Terre-Lune et Terre Soleil les étoiles sont "très loin"

42. angle au centre : a R1 R2 A(R2,a) = longueur de l'arc pour angle a et rayon R2 A(R1,a) = longueur de l'arc pour angle a et rayon R1 histoire d'angles : les radians Radian = nouvelle façon d'exprimer les angles ce serait sympa de pouvoir écrire A(R1,a) = R1* (nombre réel) avec les degrés, on peut pas ! si a est exprimé en radians, on peut !

43. les radians : suite en astro, on a souvent des angles et arcs TRES petits plus petits que 1° … minute d'arc : 1°/60 1 ' ==>2p /(360°. 60 '/°) radian 1 '  2*3.14 / (400*50)  3. 10E(-4) radian seconde d'arc : 1 ' / 60 = 1°/3600  5. 10 E (-6) radian à connaître sans hésitation 1 arcmin = 3. 10 E(-4) radian 1 arcsec = 5. 10 E(-6) radian

44. premières mesures : des angles le gnomon (baton vertical) : ombre portée L connu M mesuré a L L/M = tg a ==> a M œil nu : pas précis, équation personnelle

45. oeil a L M premières mesures : des angles œil assisté : arbalète ou baton de Jacob plus précis impersonnel (presque) une vraie mesure (nombre) séparations angulaires (on dit aussi distances angulaires) L/M= tg a ==> a il y a aussi le quadrant et d'autres..

46. oeil a L M encore des angles : diamètre apparent L/M= tg a ==> a a lune : 32 arcmin soit environ 1/100 radian illustration commode pour 1 arcsec : petit pois à 1 km 5 mm 1 km ou 1E6 mm

47. un p'tit tour chez les Grecs ? samos

48. Aristarque de Samos (270 av JC)géométrie du système Terre-Lune-Soleil Diamètre Lune/Diamètre Terre éclipse distance Lune/ Diamètre Terre éclipse distance Terre-Soleil / dist.Terre-Lune quartier diamètre du Soleil éclipse totale de Soleil à l'époque résultats faux (insuffisance des instruments de mesure) mais raisonnements justes ( et beaux)

49. L D 2p.L / D = T / t rapport : dist Terre-Lune / Diam Terreéclipse et chronométrage un tour : durée T (lunaison) éclipse : durée t T et t mesurés => L/D = (1/2p).(T / t) on peut aussi avoir le rapport DiamètreLune/Diamètre Terre

50. T t ombre Terre approx D Terre x*D (x+1)*D rapport (DiamètreLune / Diamètre Terre) évaluation par chronométrage La Lune parcourt un arc égal à son diamètre D pendant "t" (1 h environ) on mesure le temps "T" entre le premier et le dernier contact Ce temps "T" correspond à (X+1) diamètres lunaires On a T(heures) = (X+1). t (heures) On en tire DTerre/Dlune = X