Feuille II-2 EVALUATION DU CHAP. 2 DEVOIR À RENDRE SUR

Feuille II-2 EVALUATION DU CHAP. 2
DEVOIR À RENDRE SUR FEUILLE POUR LE LUNDI 15 NOVEMBRE
Compétences évaluées :
- écrire un nombre en notation scientifique
- savoir déterminer et utiliser l’ordre de grandeur d’un
nombre
- reconnaître et exploiter une situation de proportionnalité
- extraire l’information pertinente
Notions abordées :
- la répartition lacunaire de la matière
- la vitesse de la lumière
- l’année de lumière
Pour toutes les questions du devoir, on pourra s’aider des documents du chapitre 2 donnés en classe et d’un dictionnaire.
I- ORDRES DE GRANDEUR.
On propose 5 longueurs exprimées dans des unités différentes. Chacune correspond à la taille d’un objet peuplant l’Univers :
a- diamètre de notre galaxie : 1018 km
b- diamètre du Système Solaire : 823x1010 m
c- longueur d’une cellule végétale : 30 µm
d- épaisseur d’un cheveu : 0,08 mm
e- Diamètre d’un atome : 0,1 nm
1) Convertir ces longueurs en mètre, puis les écrire en notation scientifique.
2) Déterminer leur ordre de grandeur exprimé en mètre.
3) Comparer de manière chiffrée le diamètre du système solaire et le diamètre de la galaxie.
4) L’affirmation suivante est-elle vraie ? « Si le système solaire avait la taille d’un atome, alors notre galaxie aurait un diamètre
grand comme l’épaisseur d’un cheveu. » On justifiera soigneusement la réponse.
II- LE LASER TERRE-LUNE.
La distance Terre-Lune est mesurée de nos jours par télémétrie laser à partir de trois observatoires dans le monde, parmi lesquels
la station Cerga (Centre d’études et de recherche géodynamiques et astronomiques), située près de Grasse en Provence. Un
faisceau de lumière laser émis depuis la Terre est réfléchi par des réflecteurs déposés sur le sol lunaire. Ils y ont été déposés par
des missions américaines Apollo et des sondes soviétiques Lunakhod.
Le faisceau réfléchi est recueilli par la station émettrice. La durée de l’aller-retour, mesurée avec une très grande précision, permet
de calculer la distance Terre-Lune à quelques centimètres près.
1) Faire un schéma de la situation décrite. On y fera apparaître les rayons de la Terre et de la Lune, le trajet effectué par la
lumière laser, l’émetteur laser et le réflecteur.
2) Rappeler la définition et la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide.
3) Si la durée mesurée est 2,564 s, quelle est la distance parcourue par la lumière laser au cours de l’aller-retour ?
4) Pourquoi la connaissance de la durée de l’aller-retour du faisceau laser ne suffit-elle pas pour connaître la distance du
centre de la Terre au centre de la Lune ?
III- L’UNIVERS A L’ECHELLE COSMIQUE : LES AMAS DE GALAXIES.
Un aspect très important de l'astronomie
extragalactique est l'étude de la répartition
des galaxies dans l'univers. Dès les
premières observations, les astronomes se
rendirent compte que la répartition des
galaxies n'était pas du tout homogène. Au
contraire, celles-ci ont une forte tendance à
se regrouper pour former des ensembles
dont la population et la taille sont très
variables. Un ensemble de moins de 100
galaxies est appelé groupe de galaxies. Notre galaxie fait ainsi partie d’un groupe d’une vingtaine de galaxies appelé Groupe Local
dont elle est le membre le plus massif avec la Galaxie d'Andromède (M31), ses autres membres étant de masse plus faible (voir
tableau ci-contre).
On parle d'amas de galaxies pour des ensembles contenant plus d’une centaine de galaxies. Les ensembles les plus
gigantesques peuvent contenir plus de 10 000 galaxies ! L'amas auquel appartient notre galaxie est appelé amas de la Vierge, du
nom de la constellation dans laquelle se trouve son centre. Les amas ne sont pas constitués que de galaxies, ils sont remplis de
gaz extrêmement chaud (10-100 millions de degrés) et de faible densité (1000 particules/m3). Ce gaz est distribué de façon
beaucoup plus diffuse et étendue que les galaxies. Il remplit l'espace entre les galaxies et représente une masse bien plus
importante que les galaxies elles-mêmes.
A une échelle encore plus grande, les superamas contiennent des dizaines de milliers de
galaxies, elles-mêmes isolées ou regroupées en amas et en groupes. Des travaux récents utilisant
des simulations numériques ont permis de faire de nouvelles hypothèses quant à la structure de
l’Univers et à son évolution. À cette échelle, la matière composant l’Univers, initialement
homogène, se serait répandue en une structure filiforme de gaz chauds raréfiés, sorte de "toile"
cosmique. Entre ces fils, on observerait de grandes zones de vide. On peut comparer cette
structure à de la mousse de savon où on observe davantage de matière à l'intersection des bulles
qu’à leur surface. Dans l’Univers, la densité de matière serait aussi plus élevée aux intersections
de la toile. C'est donc à ces endroits que les amas de galaxies prendraient naissance.
1) Expliquez l’expression « astronomie extragalactique ».
2) Comparez de manière chiffrée la taille d’une galaxie et la distance entre deux galaxies au sein d’un groupe ou d’un amas
de galaxies.
3) Donnez deux arguments permettant d’affirmer qu’à l’échelle d’un amas de galaxies, la répartition de la matière n’est pas
vraiment lacunaire.
4) Qu’appelle-t-on un superamas ? La répartition de la matière serait-elle lacunaire à l’échelle des superamas d’après les
dernières hypothèses proposées par certains astrophysiciens ?
Galaxie
Masse (en
masses solaires)
Distance (en
millions d’al)
Diamètre (en
milliers d’al)
Voie Lactée
15x1010
-
100
Grand Nuage
1x1010
0,17
23
Petit Nuage
2x109
0,20
9,8
M31 Andromède
30x1010
2,3
160
M32 Andromède
3x109
2,2
3,3
NGC 205 Andromède
1x1010
2,1
6,5
M33 Triangle
1x1010
2,3
26
Simulation de la structure de
l’univers – Virgo Consortium