488_Feuille II-1 documents du chapitre 2

Chap. 2 : UNE PRESENTATION DE L’UNIVERS
Feuille II-1
DOCUMENTS
DOC. 1 : LE SYSTEME SOLAIRE
Une classe de seconde veut réaliser un modèle réduit du système solaire qui tiendrait dans une salle de classe de
dimensions 10m par 10m. Le Soleil sera placé au centre de la classe et la distance maximale entre le Soleil et une
planète sera donc de 5m. On a exposé dans le tableau ci-dessous le résultat de leurs calculs :
ASTRE
Soleil
Mercure
Venus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
En km
Distance au Soleil
sur le modèle
réduit
En m
57 940 000
108 270 000
149 680 000
228 060 000
778 730 000
1 427 700 000
2 872 400 000
5 914 800 000
0,05
0,09
0,13
0,19
0,66
1,21
2,43
5
Distance réelle au
Soleil
Diamètre réel
de la planète
En km
1 391 000
4 990
12 400
12 756
6 800
142 700
120 800
47 100
44 500
Diamètre de la
planète sur le
modèle réduit
En m
1,2x10-3
4,2x10-6
1,0x10-5
1,1x10-5
5,7x10-6
1,2x10-4
1,0x10-4
4,0x10-5
3,8x10-5
Objet choisi pour
représenter la
planète
Petite perle
Globule rouge
Bactérie
Bactérie
Globule rouge
Poussière
Poussière
Grain de sable fin
Grain de sable fin
1- Quels sont les nombres écrits en notation scientifique dans le tableau ?
2- En choisissant de façon raisonnée quatre valeurs dans le tableau, vérifier que les calculs des élèves de la classe
sont corrects.
3- Comparer de manière chiffrée, la distance entre deux planètes et leur diamètre. On prendra l’exemple des
planètes Mercure et Vénus.
POINT METHODE : PREFIXES, ORDRES DE GRANDEUR ET PUISSANCES DE 10.
Tout nombre peut s’écrire en NOTATION SCIENTIFIQUE. Par exemple, comme on l’a vu précédemment, le
diamètre d’une petite perle est d’environ 1,2x10-3 m, alors que celui d’un globule rouge est d’environ 5,7x10 -6 m.
Lorsque les nombres sont écrits dans la même unité et en notation scientifique, on peut très facilement les
comparer : il suffit de comparer uniquement la puissance de 10. Celle-ci donne donc un ordre d’idée de l’importance
du nombre. Rigoureusement, on appelle ORDRE DE GRANDEUR d’un nombre la puissance de 10 qui s’en
rapproche le plus. Pour un nombre écrit en notation scientifique, de la forme a x 10 p, son ordre de grandeur est 10p
si a < 5 et c’est 10p+1 si a ≥ 5. Il garde la même unité que le nombre étudié. Par exemple, l’ordre de grandeur du
diamètre est : 10-3 m pour une petite perle et 10-6+1 = 10-5 m pour un globule rouge.
Pour exprimer un nombre, on utilise souvent aussi des PREFIXES (centi, milli, micro, kilo) accolés à l’unité
de base (le mètre pour les longueurs) qui sont là pour simplifier le nombre et éventuellement éviter d’écrire la
puissance de 10. Ces préfixes sont des repères indiquant chacun un ordre de grandeur. Le diamètre d’une petite
perle est donc de 1,2 mm ; celui du globule rouge est de 5,7 µm.
Préfixe
Symbole
Puissance
de 10
associée
Giga
G
Méga
M
Kilo
k
Hecto
h
Déca
da
Déci
d
Centi
c
Milli
m
Micro
µ
Nano
n
Pico
p
Femto
f
109
106
103
102
101
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
DOC. 2 : L’ATOME D’AZOTE
Dans deux livres différents on trouve les représentations
schématiques de la molécule de diazote N2 ci-contre. Dans
une encyclopédie, on peut trouver les informations suivantes :
Rayon atomique de l’atome d’azote : 65 pm
Rayon d’un noyau d’azote 14 : 3,4 fm
.
Schéma 1
Schéma 2
1- Convertir et écrire en notation scientifique les rayons de
l’atome et de son noyau.
2- Déterminer l'ordre de grandeur des rayons de l'atome et de son noyau.
3- Lequel des deux schémas reflète le mieux les ordres de grandeur des tailles de l'atome et de son noyau ?
Justifier.
4- Peut-on dire que la répartition de la matière est lacunaire à l'échelle atomique ?
DOC. 3 : Le premier CONTACT est établi avec TITAN
A 1,2 milliard de kilomètres de la Terre, la sonde européenne Huygens s'est posée, le 14 janvier, sur le satellite de
Saturne. Grâce à cet exploit, elle a transmis des centaines d'images
« On a entendu le bébé pleurer ! » Au Centre des opérations spatiales européennes (ESOC) de Darmstadt (Allemagne), le cri de
joie de Jean-Pierre Lebreton, responsable de la mission Huygens, déclenche un tonnerre d'applaudissements. Il est 11 h 25
(heure de Paris), vendredi 14 janvier, et la sonde européenne vient d'émettre un signal sur sa fréquence porteuse. Un signal
infime, tout juste un murmure, que seul le radiotélescope géant (110 m de diamètre) de Green Bank, à l'affût en Virginie de
l'Ouest, a capté et s'est empressé de retransmettre. Mais ce souffle ténu, cette lointaine respiration, est une délivrance. Huygens
est en vie !
Depuis que la petite sonde (2,7 m de diamètre pour 350 kg) s'est séparée, le 25 décembre 2004, du puissant orbiteur Cassini avec lequel elle a voyagé pendant plus de sept ans pour venir graviter autour de Saturne, à 1,2 milliard de kilomètres de la Terre tout contact a été interrompu. Pour économiser ses batteries électriques, les ingénieurs l'ont placée en « mode dormant ». Si bien
qu'elle est restée muette pendant toute la durée de son approche de sa destination finale : Titan, la plus grosse des lunes de
Saturne.
Quatre heures seulement avant qu'elle n'atteigne son objectif, des horloges internes ont réactivé ses fonctions vitales. Et, ce
premier signal en est la preuve, la belle endormie s'est réveillée et a débuté sa mission. (…)
L'attente sera longue et éprouvante, avant que l'on sache si l'engin s'est acquitté de sa tâche. Car, si Huygens communique en
temps réel avec Cassini, en lui transmettant au fur et à mesure les données collectées, ce n'est qu'une fois la mission
complètement achevée que l'orbiteur orientera son antenne vers la Terre, pour les émettre vers les « grandes oreilles » du Deep
Space Network de la NASA, qui les reçoit avec une soixantaine de minutes de délai. (...)
Pierre Le Hir, Le Monde, extrait de l'article paru dans l'édition du 16.01.05
La mission sur Titan de la sonde Huygens est un succès
(…) Selon des scientifiques, Huygens semble avoir survécu au moins 90 minutes à la surface de Titan.
(…) C'est pour percer les mystères de Titan, mystérieuse lune et plus gros satellite de Saturne, qu'a été investi dans le projet
Huygens un total de 3,2 milliards de dollars (2,46 milliards d'euros). Jamais un engin spatial terrestre n'était parvenu à se poser
aussi loin de la Terre. (...)
Pendant les deux heures et demie de sa descente vers Titan, la sonde était chargée de collecter des échantillons pour déterminer
la composition atmosphérique, mesurer vents, pression et précipitations, capter des sons inédits et prendre des photos de la
surface de Titan, qui reste l'objet le plus mystérieux du système solaire. (...)
Les scientifiques pensent que l'environnement de Titan est sans équivalent, et proche de ce que fut l'atmosphère de la Terre
primitive. "C'est comme une machine à remonter le temps, nous devrions trouver sur Titan les conditions qui ont prévalu sur Terre
il y a 3,8 milliards d'années, avant l'apparition de la vie", selon Jean-Pierre Lebreton, directeur de la mission Huygens à l'ESA.
La réussite de la mission Huygens a été accueillie par des applaudissements, des embrassades et parfois même par des
sanglots de joie à Darmstadt chez les scientifiques qui travaillent depuis plus de deux décennies à ce projet. "C'est vingt-cinq ans
de ma vie, vingt-cinq ans de relations" entre scientifiques de l'ESA et de la NASA, a déclaré, très ému, Alfonso Diaz, un
responsable de l'Agence spatiale américaine, qui a été partenaire de ce projet. (...)
Avec AFP et Reuters, LEMONDE.FR : Article publié le 14.01.05
1- Quelle est la mission de la sonde Huygens ? Quel est son intérêt ?
2- A quel type de publique s'adressent ces articles ? Quelle est l’impression qui s’en dégage ?
3- Expliquer pourquoi il existe un décalage d'une soixantaine de minutes (passage souligné) entre le moment de
l'émission des données et celui de leur réception sur Terre.
4- Sachant que l'information se propage à la même vitesse que la lumière, calculer la valeur de la vitesse de la
lumière dans le vide en km/s, puis en m/s. On considèrera que le décalage temporel est de 67 minutes
(données ESA).
DOC. 4 : L'ANNEE DE LUMIERE.
Les astronomes expriment en années de lumière les distances gigantesques entre étoiles ainsi que les tailles des
galaxies. L'année de lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une durée d'un an. La lumière
reçue d'une étoile située à 50 années de lumière a mis 50 ans pour nous parvenir. Elle a donc été émise 50 ans
avant son observation depuis la Terre.
1. Extraire du texte une définition de l'année de lumière.
2. Calculer la valeur d'une année de lumière en mètre, puis en km.
3. Serait-il pertinent d'exprimer la distance Terre – Titan en années de lumière ? La distance Terre – Etoile Polaire
(environ 4x1015 km) ? Si oui, exprimer la distance en années de lumière.
DOC. 5 : LES PREMIERS PAS DES GALAXIES.
Quelques centaines de milliards d'étoiles, une importante masse de gaz, le tout saupoudré de poussières : voilà une galaxie, de
ces « îlots » où se concentrent la matière visible de l'Univers. Pour reconstituer leur évolution et leur origine, les astronomes
comptent sur la lumière, puisque dans l'Univers, âgé de 14 milliards d'années, le rayonnement qui arrive de loin nous renseigne
sur le passé. « Or, plus on observe au loin, et moins les galaxies ressemblent à la nôtre », explique Pierre-Alain Duc, du
laboratoire AIM1.
Loin très loin, à la fois en distance et dans le temps, à une époque où l'Univers n'avait qu'un ou deux milliards d'années, et où les
observations sont encore trop peu nombreuses, se bousculeraient des galaxies naines bleues, des petites structures riches en
étoiles chaudes contenant beaucoup de gaz. Puis, un peu plus près de nous, lorsque l'Univers était deux fois plus jeune
qu'aujourd'hui, les galaxies présentant des formes irrégulières et ne sont pas regroupées. Encore plus près de notre Voie lactée,
elles se rassemblent en amas qui peuvent contenir parfois jusqu'à un millier de ces structures. Au sein de ces amas, s'attirent et
se stabilisent mutuellement une majorité de galaxies spirales, de structures complexes et évoluées avec un renflement central –
appelé le bulbe – et des bras qui s'étendent à travers l'espace.
« Cela traduit le modèle d'évolution générale de l'Univers, reprend Pierre-Alain Duc. Les objets élaborés d'aujourd'hui comme les
spirales regroupées en amas sont le résultat de fusions de galaxies isolées et plus petites qui sont nées peu de temps après le
Big Bang. »
Extrait du Journal du CNRS2, janvier – février 2009
1AIM
: Astrophysique, Instrumentation et Modélisation
2
CNRS : Centre National de la Recherche Scientifique
1. Expliquer la phrase soulignée.
2. A quelle distance de la Terre se trouvent les galaxies qui nous renseignent sur l'état de l'Univers âgé d'un milliard
d'années ?
3. Quel est l'intérêt d'observer des galaxies à des distances très différentes ?