Chap. 1 Description de l’Univers I. Activité documentaire et investigation 1-Analyse du document Projection du diaporama de la NASA 2- Questions Quel est le point commun entre un atome et le système solaire ?et une différence ? Réaliser une échelle graduée avec les différentes longueurs observée au cours du diaporama. Cette échelle est elle « linéaire ? » II. L’atome 1- L’atome d’hydrogène L’atome d’hydrogène est le plus simple des atomes, il peut être représenté par une sphère de rayon atomique ra = 5,3.10-11 m. Il y a au centre le noyau de rayon rn = 1,2.10-15 m autour duquel se trouve son unique électron qui se déplace de façon aléatoire dans la sphère de rayon ra. 2- Structure de l’atome Les autres atomes ont une structure semblable à celle de l'atome d'hydrogène : un noyau très petit, séparé du cortège électronique par beaucoup de vide. Le mot lacune signifiant espace vide, on dit que : L'atome a une structure lacunaire. III. L’infiniment grand 1- La Terre et le système solaire a. la Terre La Terre ressemble à une boule aplatie aux pôles de rayon RT = 6,4.103 km et de masse proche de 6,0.1024 kg. Elle tourne sur elle même en 86140 s (1 jour sidéral) et autour du Soleil en 365,25 jours sur une orbite quasi circulaire de rayon 150 million de kilomètres, cette distance est appelée unité astronomique et on a : 1 u.a. = 1,5.1011 m b. le système solaire Le Soleil et l'ensemble des objets en révolution autour de lui constituent le système solaire. Les planètes et leurs satellites, les astéroïdes, et les comètes font partie du système solaire. Le soleil est l’étoile la plus proche de la Terre et son rayon est RS = 7.105 km. Le système solaire s’étend sur à peu près 1010 km. Mercure Vénus Terre Mars astéroïdes Jupiter Saturne Uranus Neptune Page 1 sur 3 2- Les galaxies Le Soleil appartient à un groupe d’une centaine de milliards d’étoiles appelée la Galaxie, disque plat de 9,5.1017 km de diamètre renflé au milieu ; l’épaisseur du renflement est 1,5.1017 km. Il existe des milliards d’autres galaxies, les plus proches de la Terre sont les 18 nuage de Magellan à 1,5.10 km visibles dans le ciel austral et Andromède à 1,8.10 18 km visible dans l’hémisphère nord. IV. L’univers 1- Echelle des longueurs - Pour exprimer les différentes distances rencontrées dans l’univers, on utilise l'écriture scientifique a.10n (a 10n ) d'un nombre, les seuls chiffres significatifs étant ceux de a (a est compris entre 1 et 10). PUISSANCES DE 10 ET PREFIXE Puissances 1015 Préfixes Peta Symboles P 1012 Tera T 109 Giga G 106 103 Méga kilo M k 102 101 hecto déca h da 10-1 déci d 10-2 centi c 10-3 milli m 10-6 10-9 micro nano n 10-12 pico p 10-15 femto f - Pour comparer des valeurs entres elles, on utilise leurs ordres de grandeur avec la même unité. 2- Structure lacunaire de la matière Dans un atome, le noyau et le cortège électronique sont séparés par un vide important. Dans le système solaire, le Soleil et les planètes occupent des volumes de matière extrêmement petits, si on les compare aux volumes vides immenses qui les séparent. Le même vide existe entre les étoiles dans la Galaxie, et entre les galaxies entre elles. Que l'on se place au niveau de l'atome ou à l'échelle cosmique, on peut donc faire la même observation : e remplissage de l'espace par la matière est essentiellement lacunaire. V. L’année lumière 1- Vitesse de la lumière La vitesse de la lumière dans le vide, notée c, est une constante universelle indépendante du référentiel dans lequel on la mesure. Sa valeur est : c = 299 792 458 m.s-l. C'est une vitesse limite. Aucun objet, aucun signal ne peut aller plus vite que la lumière dans le vide. La lumière se propage dans l'air pratiquement à la même vitesse que dans le vide. Pour les applications numériques courantes, nous prendrons la valeur c = 300 000 km.s-l ou c = 3,0.105 km.s-1 = 3,0.108 m.s-l. Page 2 sur 3 2- En astronomie En astronomie, les distances sont très grandes et la lumière se propage à une vitesse finie. La durée mise par la lumière pour parcourir de telles distances donne des éléments de comparaison plus commode que les distances elles mêmes. On défini alors l’année lumière (ou année de lumière) comme unité de longueur pour les très grandes distances, l’a.l. est la distance parcourue par la lumière en une année: 1 an = 365,25 jours 1 jour = 24 h 7 24 60 60 = 3,15 10 s c = 3.108 m.s-1 1 h = 60 min 1 min = 60 s Donc 1 an = 365,25 1 a.l. = c t = 3.108 3,15.107 = 9,46.1012 km soit à peu prés 1013 km 3- Voir loin c’est voir le passé Proxima du Centaure est l’étoile la plus proche du soleil se trouve à 4,3 a.l. Andromède qui se situe à 1,8.1018 km de la Terre se trouve donc à 1,9.105 a.l.; cela signifie que ce que nous voyons de cette galaxie, c’est ce qu’était la galaxie il y a 190 000 années. La nébuleuse d’Orion se trouve à 1800 a.l. de la Terre, un être vivant qui regarde notre planète aujourd’hui nous contemple à l’époque Gallo-romaine..... Les galaxies les plus éloignées de nous sont situées à environ 15 milliards d'années de lumière et continuent de s'éloigner : la lumière que nous en recevons les a quittées il y a 15 milliards d'années (15.109 années). Cette durée correspond à l'âge que l'on attribue à l'Univers depuis l'explosion dont il est issu (le Big Bang). La distance d parcourue par la lumière depuis cette explosion est donc : d = 15.109 × 1,0.1013 = 1,5.1023 km, soit d = 1,5.1026 m. 4- L’ordre de grandeur L’ordre de grandeur est la puissance de 10 la plus proche de la valeur donnée Cela permet de comparer des grandeurs ayant les mêmes unités. Page 3 sur 3