Physique du système solaire A la recherche de la vie (l’eau) dans l’Univers Cédric Champollion 2016, v0.1 Philosophie des sciences ● La vie extraterrestre existe t’elle ? ● Sondage: 24 oui / 4 non (2016) ● Discussion: Approche scientifique ● Particularité de la Terre: – Eau sous la forme liquide, solide et gazeuse – Température – … 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 ? 1/ Chercher les exoplanètes ● Brainstorming ! 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 Occultations d’étoiles Occultations d’étoiles 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) Apport de Hubble Détection par modification de la trajectoire de l’étoile Détection par modification de la trajectoire de l’étoile ● La encore observation directe impossible ! ● Brainstorming ! Exemple du mouvement du soleil / soleil: Effet Doppler Rappel: une onde lumineuse Rappel: le spectre d’une onde lumineuse Notion de vitesse radiale Effet Doppler 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. Effet Doppler 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 Spectroscopie Doppler Limitations Les progrès techniques Relativité générale Relativité générale Relativité générale Relativité générale Où en est on? Où en est on? 2/ Chercher les traces d’eau ● Brainstorming ! 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) 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. Molécule d’eau Les modes de vibration de l’eau Spectre de vibration de l’eau Spectre rotationel de l’eau Principe de la spectrométrie Quand réaliser la spectrometry d’une exoplanète? Transit ET eclipse L’observation depuis la Terre Impact de l’atmosphère terrestre Autre source de bruit! Les planètes telluriques du système solaire Effet de lentille gravitationnelle Premier spectre d’une atmosphère planétaire hors système solaire (2014) L’hydrogène dans le système solaire Origine de l’eau ● ● Pas possible uniquement lors de l’accrétion originelle. Origine météorique (chimie : rapport isotopique de l’eau) → les comètes La comète de Hadley ● Période de retour: 76 ans ● Connue depuis l’antiquité ● Passage le plus proche en 1910 ● Prochain passage en 2062 Spectrométrie d’une comète Rapport deutérium / H2O Vue d’ensemble Rosetta ● Cf livre en 2004 et actualité en 2016 La détection de la vie ● Brainstorming ! 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) Le Voyager Golden Record La plaque de Pioneer 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. La détection de la vie Fausse alerte! Bibliographie ● ● A la recherche de l’eau dans l’Univers, T. Encrenaz, Belin, Pour la science ERRATUM TD!!