L`astronomie et l`astrophysique

L’astronomie et l’astrophysique
L’astronomie et l’astrophysique sont les domaines de la physique qui étudient les astres,
c’est à dire les objets du ciel.
Il ne faut surtout pas confondre l’astrophysique et l’astrologie. Alors que
l’astrophysique est une science, qui mêle l’observation du ciel avec des télescopes aux
autres domaines de la physique, l’astrologie prétend faire des prévisions avec des
informations sur un ciel qui date d’il y a 2000 ans. Les prévisions de l’astrologie sont
donc à peu près aussi précise que la mesure du diamètre d’un cheveu avec un
décamètre...
L’astronomie observe les étoiles, les planètes, les galaxies, les
petits objets du système solaire, les nébuleuses,... Elle étudie
leur structure, leur évolution dans le temps. Elle tente de
comprendre comment les objets de l’Univers se sont formés,
comment l’Univers lui-même s’est formé,...
Vie et mort des étoiles
Les étoiles sont d’énormes boules de gaz très chaud. Elles sont
formées suite à la contraction, sous l’effet de sa propre gravité,
d’une nébuleuse protostellaire, nuage de gaz et de poussières
présent dans les galaxies. La matière de la nébuleuse se
contractant, la pression et la température au cœur du nuage
augmentent, jusqu’à atteindre les conditions d’amorçage des
réactions thermonucléaires (environ 15 millions de degrés).
L’hydrogène contenu dans le nuage se transforme alors en
hélium : la réaction dégage beaucoup d’énergie, sous forme de
chaleur et de rayonnement : le système commence à rayonner,
l’étoile est née.
Durant la majorité de sa vie, l’étoile est en équilibre entre sa gravité qui a tendance à
contracter l’étoile, et les réactions thermonucléaires qui ont tendance à pousser la
matière de l’étoile vers l’extérieur. Les réactions thermonucléaires impliquant
l’hydrogène continuent jusqu’à quasi-épuisement des réserves, moment auquel les
réactions nucléaires ne parviennent plus à compenser la contraction due à la gravité.
L’étoile se contracte, la pression et la température augmentent à nouveau en son cœur,
et on atteint les conditions de démarrage des réactions de fusion de l’hélium en carbone
(et ainsi de suite jusqu’à la formation du fer). Tous ces changements de nature des
réactions thermonucléaires s’accompagnent de flashs liés au dégagement d’énergie dans
l’espace interstellaire : la contraction du cœur de l’étoile crée une onde de choc qui
propulse les couches externes de l’étoile vers l’extérieur. C’est alors ce que l’on appelle
des supernovae, phénomènes très brefs (de l’ordre de quelques jours) pendant lesquels
l’étoile devient plus brillante que la galaxie à laquelle elle appartient.
Suivant la masse initiale de l’étoile, la supernova donne
naissance à une naine blanche (pour des masses comprises
entre 0,8 et 1,4 fois celle du Soleil), objet de la taille de la
Terre avec la masse d’une étoile. Pour les étoiles
initialement au-dessus de la limite de Chandrasekhar
(environ 1,4 masses solaires), le reste de l’étoile finit en
étoile à neutrons : objet encore plus dense, d’environ
10 km de diamètre, dans lequel la structure des atomes est
perdue : la gravité est tellement forte que les électrons ne
gravitent plus autour des noyaux, ils fusionnent avec les
protons pour fabriquer des neutrons.
Au-delà de 3,3 masses solaires, appelée limite
d’Oppenheimer – Volkoff, même les neutrons ne résistent
plus à la gravité, et un trou noir se forme. Toute la matière alentour s’effondre au cœur
du trou noir, et même la lumière ne parvient pas à s’en échapper.
Activité magnétique du Soleil
Au cours de leur vie, les étoiles ont une activité magnétique. Par exemple, le Soleil
possède un cycle d’activité de 11 ans (en 2008, il retrouve une activité importante après
une période de très faible activité). Cette activité est visible via les taches solaires, les
protubérances (voir les arcs de matière observés à la surface du Soleil sur la
photographie), les éjections de masse coronale.
Les orages magnétiques à la surface du Soleil émettent des
particules rapides et énergétiques dans le Système Solaire. Ces
particules, lorsqu’elles rencontrent la coque protectrice de la Terre
(appelée magnétosphère), sont déviées par celle-ci, et ne pénétrent
dans l’atmosphère de la Terre que par ses deux points faibles : les
pôles magnétiques. On observe alors des aurores polaires.
Grâce à un suivi précis et de longue haleine, les scientifiques ont pu mettre en évidence
des cycles solaires plus longs : 17 ans, 200 ans,... Le dernier grand minimum d’activité
du Soleil date du XVIIIéme siècle environ. En effet, au cours du règne de Louis XIV,
entre 1643 et 1715, aucune tache solaire n’a été constatée à la surface du Soleil. A la
même époque, la Terre vivait un “petit âge glaciaire”, pendant lequel les températures
avaient légèrement baissé. Les hivers étaient plus rudes, les récoltes moins fructueuses,
et les famines se sont multipliées en Europe. Ces famines sont l’une des origines de la
Révolution Française.
Un lien entre l’activité magnétique du Soleil et le climat sur Terre semble indéniable.
C’est pourquoi les scientifiques cherchent à comprendre tous les phénomènes
observables sur le Soleil.
Il est maintenant certain que le réchauffement climatique terrestre de ces dernières
décennies n’est pas dû à l’activité du Soleil, mais bien à celle des Hommes.
Allure du Soleil et de son
atmosphère dans la raie H
alpha de l’hydrogène
Saturne observée par la
sonde Cassini
Aurore polaire
La supernova SN 1994D (point
brillant en bas à droite) dans la
galaxie spirale NGC 4526

L’astronomie et l’astrophysique
Les planètes du Système Solaire
Depuis le 24 août 2006, l’Union Astronomique Internationale (UAI) a donné une
nouvelle définition à la notion de planète. Ainsi, est désigné comme planète un objet qui
répond aux critères suivants :
✔l’objet est en orbite autour du Soleil ;
✔il possède une masse suffisante pour que sa gravité l’emporte sur les forces de
cohésion du corps solide et la maintienne en équilibre hydrostatique (ce qui lui
donne une forme sphérique) ;
✔il a éliminé tout corps se déplaçant sur une orbite proche.
Huit objets du Système Solaire répondent à cette définition : Mercure, Vénus, la Terre,
Mars (planètes telluriques), Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune (planètes géantes
gazeuses), dans l’ordre de distance croissante au Soleil.
En complément, l’UAI a défini une autre catégorie d’objets, les
planètes naines, dont les premiers éléments sont Pluton, Cérès
(précédemment classé dans les astéroïdes situés entre Mars et
Jupiter) et Eris (situé au-delà de Neptune, comme Pluton).
Historiquement, la notion de planète était opposée à celle d’étoile :
l’étoile émet sa propre lumière, alors que la planète ne fait que
réfléchir la lumière qu’elle reçoit de son étoile. Ainsi, elle n'est
brillante que du côté de l’étoile, l’autre côté de la planète est
sombre, dans la nuit.
Les autres objets du Système Solaire
Outre le Soleil et les planètes, on trouve dans le Système Solaire de nombreux autres
petits corps. Autour de certaines planètes orbitent des satellites (exemple : la Lune
autour de la Terre). Entre Mars et Jupiter se trouve une ceinture d’astéroïdes, petits
corps sphériques ou non. Au-delà de Neptune se trouvent également
des milliers d’objets, dits transneptuniens, dont les trajectoires sont
plus ou moins circulaires autour du Soleil, regroupés dans ce que
l’on appelle la ceinture de Kuiper.
Bien au-delà de la ceinture de Kuiper se trouve une coquille
sphérique, gigantesque réservoir de roches glacées, le Nuage de
Oort. Il est situé à environ 50 000 unités astronomiques du Soleil.
Lorsqu’une perturbation se produit dans ce nuage, les trajectoires de
quelques objets sont modifiées, et certains d’entre eux se
rapprochent du centre du Système Solaire : on parle alors de
comètes : en se rapprochant du Soleil, les glaces se subliment,
créant une longue chevelure de plusieurs dizaines de millions de
kilomètres de long.
Les exoplanètes
Les objets en orbite autour d’autres étoiles que le Soleil sont appelés des planètes
extrasolaires, ou des exoplanètes. La première exoplanète a été découverte à
l’Observatoire de Haute-Provence par les astronomes suisses Michel Mayor et Didier
Queloz, le 6 octobre 1995. Depuis, plus de 250 exoplanètes ont été découvertes.
Les galaxies
Les étoiles sont regroupées dans de gigantesques ilôts de
matière, tournant sur eux-mêmes : les galaxies. Celle à laquelle
appartient le Soleil s’appelle la Voie Lactée. C’est une galaxie
spirale contenant des milliards d’étoiles, avec des nuages de
poussière et de gaz. Les astronomes ont la preuve indirecte
qu’un trou noir supermassif est logé au cœur de notre galaxie.
Dans une galaxie, les étoiles peuvent “vivre” seules ou en groupe : ce sont des amas
d’étoiles (ouverts ou globulaires selon leur taille et le nombre d’étoiles).
Il ne faut pas confondre les amas d’étoiles avec les
constellations. Les constellations viennent de l’imaginaire des
Hommes, qui ont cherché à regrouper les étoiles qu’ils voyaient
dans le ciel pour se raconter des histoires. Les constellations
varient donc d’une civilisation à une autre. En revanche, les
amas sont de vrais groupements d’étoiles, qui tournent les unes
autour des autres.
Les galaxies contiennent, en plus des étoiles, des nuages de
gaz et de poussières, formés par une explosion d’étoile en
fin de vie, et dans lesquels naissent les nouvelles étoiles.
On les appelle les nébuleuses.
Vénus
Comète Hale-Bopp,
passée près du Soleil
en 1997
Galaxie d’Andromède,
seul objet hors de la Voie
Lactée, visible à l’œil nu
Amas ouvert des Pléiades
Nébuleuse de la Tête de Cheval