3 - Académie Lorraine des Sciences

L'UNIVERS EN COULEUR
Gérard SCACCHI
Académie Lorraine des Sciences
( 30/03/2017 )
1 - LA LUMIÈRE ET LES COULEURS
Nature duale de la lumière : onde et particules (photons)
Ex. d'onde mécanique
Notions de longueur d'onde λ
et de fréquence f (ou ν)
Deux grandeurs inversement
proportionnelles :
plus λ est grande,
plus f est petite
Lumière = onde
électromagnétique
(pas de support
matériel)
Expérience de NEWTON :
décomposition de la lumière blanche par un prisme
= spectre solaire
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Spectre solaire : 7 couleurs de l'arc-en-ciel (lumière visible)
violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge
longueurs
d'onde
0,4 μ m
(400 nm)
0,7 μ m
(700 nm)
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Spectre électromagnétique complet
Toutes ces radiations sont de même nature
pm
nm
pico mètre nano mètre
grande énergie
μm
mm
micro mètre millimètre
m
mètre
km
kilomètre
faible énergie
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2 - LA RELATION COULEUR - TEMPÉRATURE
Température d'un corps
couleur
(Autres causes : cf exposé d'André Clément)
Rayonnement
du «corps noir »
(courbes théoriques)
λ
T en K = T °C + 273
ne dépend
que de T
λ max
courbes
isothermes
quand T
λ max =
(μm)
2898
T
(K)
Le spectre d'un objet
sa température
Ex : température (de surface) du Soleil
Soleil :
T = 5800 K
5800 K
2898
λ max=
5800
= 0,5 μm
(vis.)
3 – UN CIEL ÉTOILÉ MULTICOLORE
Toutes les étoiles font partie de
grandes structures = galaxies
« Notre » galaxie : la Voie lactée
Disque de 100 000 a.l. de diamètre
(1 a.l. = 10 000 Mds km)
200 Mds d'étoiles
(2 000 Mds de galaxies...)
5000
6 000 visibles à l'oeil nu
Paraissent pratiquement
toutes blanches
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(bâtonnets de la rétine)
La nuit étoilée
LaLa
nuit
nuitétoilée
étoilée (Van Gogh - 1889)
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En réalité : étoiles colorées
noms des différents types d'étoiles
Température de surface (K)
3 500
naine
noire
naine
rouge
6000
naine
jaune
naine
brune
10 000 – 50 000
naine
blanche
géante et
super-géante bleues
géante et
super-géante rouges
trou noir
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Pourquoi toutes ces couleurs ?
1 – Conditions de naissance de l'étoile
Effondrement d'un nuage de gaz (H2) interstellaire
augmentation de la T
selon la masse MG de
gaz
T différentes
couleurs différentes
2 – Evolution des étoiles durant leur vie : passage par
des tailles et des T différentes (≡ métamorphoses
des insectes)
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Détail de la Nébuleuse de l'Aigle : « Les piliers de la
création » = « pouponnière d'étoiles »
Naissance d'une étoile :
Système solaire à
cette échelle :
contraction d'un nuage
de gaz (H2) et de poussières
.
( x 10 ...)
7000 a.l. de la Terre
(en « fausses couleurs »
cf exposé de J.P. Haton)
Taille des nuages : 5 a.l.
Pour comparaison :
dimensions du système
solaire : 20 heures.l.
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Naines brunes
MG < 0,08 MS
(MS solaire)
Compression insuffisante : pas de démarrage de la réaction
thermonucléaire H ⇒ He
Etoile « avortée », intermédiaire entre une grosse planète
et une « vraie » étoile
T < 2000 K
faible rayonnement IR
Jupiter
naine brune
Soleil
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Naines rouges
0,08 MS < MG < 0,3 MS
Allumage de la réaction thermonucléaire H ⇒ He
Donc vraie étoile
T < 3500 K
émission dans le rouge
Ex : Proxima du Centaure =
étoile la plus proche du Soleil
à 4,3 a.l. ( 43 000 Mds km)
= 270 000 fois + loin que le Soleil
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Naines jaunes
0,3 MS < MG < 8 MS
5 000 K < T < 6 000 K
Ex : Soleil
Sphère gazeuse (H et He)
diamètre : 1 400 000 km
T de surface : 5800 K
T du coeur : 15 millions de K
Transformation de l'hydrogène
en hélium
= réaction thermonucléaire
énergie
Isabelle SLA
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Géantes et super-géantes bleues
MG > 8 MS
T > 10 000 K
émission bleue (et UV)
Bételgeuse
(épaule d'Orion)
Rigel
(pied d'Orion)
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Constellation d'Orion
Rigel
T = 11 000 K
brille comme 40 000 Soleils
900 a.l.
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Evolution des étoiles
Ex : sort des étoiles de type Soleil (naines jaunes)
Disparition de
la vie sur Terre
englobera les orbites
de Mercure, de Vénus
et de la Terre
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Géantes et super-géantes rouges
T ≃ 3 500 K
Bételgeuse (constellation d'Orion) en IR
T = 3 600 K
brille comme 100 000 Soleils
500 a.l.
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Naines blanches (cadavres stellaires) 8 000 K < T< 40 000 K
(lumière blanche
et UV)
Naine blanche
Nébuleuse
planétaire
(M 57 Lyre)
naine noire
(diamant)
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Naine
blanche
Nébuleuse
planétaire
de l'Oeil de
Chat
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Les 2 extrêmes : l'un des phénomènes les plus lumineux de
l'Univers : la Supernova
l'objet le plus « sombre » :
le trou noir
Géante
bleue
après
avant
Supernova 1987 A (24 février 1987) dans le GNM
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Trou noir (rayons X)
Trou noir
Gravité telle que même la lumière
ne peut s'en échapper
objet
invisible s'il est isolé
«Visible » s'il fait partie d'un
système binaire avec une étoile
ordinaire
Transfert du gaz de l'étoile
disque d'accrétion autour
du trou noir
Température du gaz : plusieurs
millions de degrés
rayons X
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Au centre de la Voie lactée : trou noir super-massif de 4 millions de
masses solaires . Vitesse du Soleil : 220 km / s
révolution en
226 millions d'années
(800 000 km / h + Terre autour du Soleil : 100 000 km / h ...)
MERCI
DE VOTRE
ATTENTION
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