SuperCosmique

27 août 2017

La vitesse de la lumière

romer

C'est en étudiant les éclipses des satellites de Jupiter que Römer (1644 - 1710) fit, pour la première fois, une mesure de la vitesse de la lumière. Quelle est sa valeur ?

Jusqu'à la fin du XVIe siècle, on a cru que la lumière se popageait instantanément : dès que l'on allumait une bougie, la lumière éclairait ausitôt tous les objets situés autour.

Galilée (1564 - 1642) pensa que cette vitesse était finie et semble être le premier à avoir voulu la mesurer. La tentative de Galilée est simple. La nuit, deux hommes munis d'une lanterne sont placés à une distance de quelques kilomètres, de part et d'autre d'une vallée. Le premier découvre sa lanterne en déclenchant une horlaoge, le second découvre la sienne dès qu'il apercoit le signal lumineux. Le premier arrêt son horlaoge lorsqu'il voit la lanterne éclairée de l'autre. Galilée oensait pouvoir mesurer ainsi la durée mise par la lumière pour effectuer un aller et retour entre les deux personnages. Les expériences ne donnèrent pas de résultats probants.

Il fallut attentendre 1676 pour que le savant danois Römer, étudiant la périodicité des éclipses des sattellites de Jupiter, trouve la valeur de 225 000 km/s. [en fait 48 203 lieues communes (1 lieue commune = 4 445 m)]

Depuis, d'autres mesures, beaucoup plus précises, ont été réalisées. On a trouvé que la lumière se propageait, dans le vide et dans l'air, avec une vitesse proche de 300 000 km/s [= 3. 108 m/s]. Dans les autres milieux transparents, la vitesse est toujours plus petite. Dans l'eau, elle est égale à 225 000 km/s.

[La lumière issue du Soleil, situé à une distance de 150 millions de kilomètres de la Terre, met environ 8 minutes pour nous parvenir.]

[La lumière met environ 1h 20 min pour aller du Soleil sur Saturne.]

[Neptune, située à 4,5 milliards de km du Soleil, est la planète la plus éloignée du système solaire. Quelle durée met la lumière pour aller du Soleil à Neptune ?]

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les trous noirs

trou noir

Un trou noir est une région de l'espace dans laquelle se concentre une masse très compacte et où règne une attraction gravitationnelle telle que rien ne pourrait s'en échapper, pas même la lumière, d'où son appellation. Il est impossible d'observer directement un trou noir, mais on peut déceler sa présence par son action gravitationnelle sur l'environnement. Les dernières théories sur le trou noir sont en train de faire évoluer les connaissances sur la matière et son origine.

2004 : Stephen Hawking, physicien anglais, établit une nouvelle théorie sur les trous noirs.

à lire...

  • Une brève histoire du temps, du big bang aux trous noirs. Stephen Hawking.

une breve histoire du temps

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Le big-bang

big bang

Le big-bang est souvent associé à la genèse de l'Univers. Or, il s'agit d'un modèle physique qui reconstitue l'évolution de l'Univers sur 13,7 milliards d'années. En-deçà, les théories n'opèrent plus. Description d'un Univers en expansion qui se refroidit et dont les particules élémentaires s'assemblent au fur et à mesure en des structures de plus en plus complexes : noyaux, atomes, étoiles...

1) Particules élémentaires. Il y a 13,7 milliards d'années , l'Univers est une "soupe primordiale" très dense de 1043 degrés Kelvin (K) [Kelvin - unité de température : K = °C + 273,15]. Il est constitué de photons, électrons, quarks et gluons. Son expansion abaisse la température à 1032 K, favorable à la condensation des quarks et des gluons qui forment les premiers protons et neutrons.

2) Noyaux atomiques. Une seconde après et pendant trois minutes, la température chute à 1010 K : les neutrons et protons forment les premiers noyaux d'hydrogène et d'hélium. C'est la période de "nucléosynthèse primordiale". ensuite, l'univers n'est plus assez dense et chaud pour occasionner les collisions de particules qui formeraient des noyaux plus lourds.

3) Atomes. 380 000 ans plus tard, la température est de 3000 K : les électrons se lient aux noyaux pour former les premiers atomes neutres. Les photon, jusque là prisonniers de la soupe primordiale, se propagent en un rayonnement dit "fossile", le fond diffus cosmologique, observable aujourd'hui dans la gamme des micro-ondes [les micro-ondes se situent entre les infrarouges et les ondes de radiodiffusion].

4) Au bout de 700 millions d'années, la matière se structure progressivement, sous l'influence de la gravité, en étoile, galaxies, amas de galaxies... Aujourd'hui, la température de l'Univers est de 3 K et il compte 100 milliards de galaxies, dont la Voie Lactée qui contient plus de 200 milliards d'étoiles.

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Observation. Les télescopes peuvent restituer des images de l'Univers dans toutes une gamme de longueurs d'onde, sauf avant le rayonnement fossile car à cette époque la matière était opaque à la lumière.

Expérimentation. Les physiciens cherchent alors à recréer les conditions physiques de l'Univers primordial sur des collisionneurs de particules (comme le LHC).

Théorie. A partir d'un seuil, les théories ne peuvent plus décrire les conditions qui régnaient au-delà d'une énergie de 1019 GeV et en deçà de 10-43 seconde après le big-bang. C'est le "mur de Planck".

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23 août 2017

Les galaxies

Si tu regardes le ciel par une nuit sans nuages et sans Lune, tu apercevras une sorte de trainée blanche : c’est la Voie lactée. En réalité, ce sont des centaines de milliards d’étoiles qui constituent une partie de notre galaxie, vue de l’intérieur. Toutes les étioles visibles dans le ciel font partie de notre galaxie. Vue de l’extérieur, la Voie lactée a la forme d’un escargot : c’est une galaxie « spirale ».

Il existe des milliards de galaxies dans l’Univers aux formes diverses : certaines sont ovales (elliptiques), d’autres sont toutes rondes (lenticulaires) ou prennent la forme d’un spirale. D’autres enfin n’ont pas de forme précise et sont dites « irrégulières ».

La Voie lactée tourne sur elle-même en 250 millions d’années !

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L’univers : un immense jeu de construction

L’Univers est extrêmement bien rangé : les planètes sont organisées en système (comme notre système solaire), et tournent autour d’une étoile ; les étoiles se regroupent en galaxie, les galaxies se rassemblent en amas et super amas ; ces super amas de galaxie forment des murs de galaxie, les plus grandes structures de l’Univers connues aujourd’hui ? Cette organisation a débuté il y a plus de 13 milliards d’années, dans une sorte de soupe pleine de grumeaux. Ces grumeaux forment par la suite les galaxies, à l’intérieur desquelles apparaissent les étoiles. Il semble que l’espace entre les galaxies gonfle, un peu à la manière d’un gâteau. Les galaxies paraissent s’éloigner les unes des autres : c’est l’expansion de l’Univers.

Dans l’espace, il y aurait aussi de la « matière noire » : une matière invisible, mais qui constitue plus de 95 % de la masse totale de l’Univers !

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Vie et mort d’une étoile

ucamelopardalis

Une géante rouge, U Camelopardalis, un astre de magnitude 7,35 observé par le télescope Hubble

Tout commence au cœur de gigantesques nuages de gaz et de poussière : les nébuleuses. Les étoiles  y naissent et se mettent à briller. Le gaz qui les constitue grande partie, l’hydrogène, se transforme en un autre gaz : l’hélium. Toute la vie de l’étoile se passe ainsi.

Lorsqu’il n’y a plus d’hydrogène à transformer, les étoiles refroidissent et grossissent : on les appelle alors des géantes rouges. Plus tard, les étoiles de petite taille deviennent des naines blanches, qui ne brillent presque plus. Les étoiles plus grosses éjectent violemment leur atmosphère. Ce sont les supernovae.

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Des milliards d’étoiles

Le Soleil est l’étoile la plus proche de nous : 150 millions de km seulement ! Mais il suffit de lever les yeux par une nuit sans nuage pour s’apercevoir qu’il existe des milliards d’étoiles. Certaines sont brillantes, d’autres bien plus pâles. Les unes apparaissent bleutées, les autres rougeâtres. Les étoiles sont, tout comme le Soleil, des boules de gaz très chaud qui fabriquent de l’énergie et la diffusent sous forme de lumière. Pour les reconnaitre et les « apprivoiser », les premiers astronomes les ont regroupées en constellations : ces dessins relient les étoiles entre elles et sont fort utiles si l’on cherche à se repérer. Mais dans l’espace, bien entendu, ils n’existent pas !

=> étoile polaire ; Petite Ourse ; Grandes Ourse ; Cassiopée => voir le post.

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22 août 2017

Charon

Charon est le plus grand satellite de la planète naine Pluton. Il se serait formé à la suite d'un impact de météorite sur Pluton il y a 4,5 milliards d'années. Avant sa découverte, on pensait que Pluton et Charon étaient un suel corps, les images ne permettant pas de les distinguer. Ils forment en réalité un système qui tourne autour d'un même point.

distance au soleil 5 heures-lumière
diamètre 1 214 km
température -233 °C
découverte 1978

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Makémaké

Planète naine rougeâtre de la ceinture de Kuiper (zone située au-delà de l'orbite de Neptune, composée de petits corps glacés et d'objets plus importants comme Charon, Pluton...), Makémaké est probablement recouverte de méthane gelé. De forme légèrement allongée, elle est contrairement à Pluton, dépourvue d'atmosphère et ne possède aucun satellite naturel connu..

distance au soleil 7 heures-lumière
diamètre 750 km
température -243 °C
découverte 2005

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Quaoar

Quaoar est un objet massif appartenant à la ceinture de Kuiper (zone située au-delà de l'orbite de Neptune, composée de petits corps glacés et d'objets plus importants comme Charon, Pluton...). Il fut, jusqu'à la découverte de Sedna, le plus grand astéroïde connu. Il fait le tour du Soleil en 288 ans environ, sur un cercle presque parfait. Il possède un petit satellite nommé Weywot.

distance au soleil 6 heures-lumière
diamètre 1 070 km
température -215 °C
découverte 2002

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