ULCO/Cours d`Astronomie Palais de L`Univers et des Sciences L1

ULCO/Cours d’Astronomie Palais de L’Univers et des Sciences
L1, L2, L3
Le 07 octobre 2016. Travail à effectué en binôme ou trinôme. Il est conseillé de manipuler les
expériences de découverte car elles accélèrent la compréhension. Chacun essaiera de répondre au 3/4
des questions au moins.
Espace de l’histoire.
1. Que décrit le modèle de Copernic ? Quel instrument a
utilisé Galilée ?
Le modèle de Copernic décrit le mouvement héliocentrique des
planètes autour du Soleil. Galilée utilise une lunette astronomique,
donc un réfracteur.
2. Comment agit le déplacement de la source de lumière par
rapport à l’observateur sur la couleur donc la fréquence du rayonnement ?
Comment appelle-t-on ce phénomène ?
Si la source s’éloigne de l’observateur, celui-ci voit une lumière à une
fréquence plus petite, donc une longueur d’onde plus grande, et donc plus rouge.
Si la source se rapproche de l’observateur, la fréquence vue est plus grande,
donc la longueur d’onde plus petite, donc la lumière plus bleue. Ce phénomène
s’appelle l’effet Doppler
3. Expliquer en quelques phrases la méthode de la parallaxe ?
Un observateur regarde un objet O éloigné depuis une position P1 et note sa
direction. Puis il change de place et va en P2, en ayant soin de mesurer la
distance parcourue d. De nouveau il note la direction de l’objet. Ainsi il définit
un triangle (O, P1, P2) où P1P2=d. Un simple calcul trigonométrique permet
alors d’obtenir la distance de l’objet O.
Espace des distances.
1. Que veulent dire les symboles UA et al ? Pour les systèmes planétaires on
utilise UA ou al ? Même question pour les systèmes stellaires.
UA=Unité astronomique utilisée pour mesurer les systèmes planétaires. al
année lumière, utilisée pour mesurer les système stellaires.
2. Une céphéide est une étoile super
géante pulsante. Une mesure de sa période de
pulsation permet d’obtenir sa distance. Pouvez
vous expliquer comment ? (question difficile)
La luminosité (puissance) moyenne de la
céphéide est reliée à sa période de pulsation
par une relation simple. L’observation donne
la période et l’éclat apparent (m) et la relation donne la luminosité (M) . Le
module de distance m-M=5log(d)-5donne ensuite la distance.
3. Qu’est-ce que le spectre d’une étoile ? La comparaison des spectres d’étoiles
semblables, les unes proches et les autres dans des galaxies lointaines, montre

un décalage des raies spectrales vers le rouge en faveur des étoiles les plus
éloignées. Le décalage a-t-il lieu vers une augmentation ou une diminution des
longueurs d’onde ? Que pouvez-vous en déduire sur les distances entre les
galaxies lointaines tout au long de l’histoire de l’Univers ?
Le spectre d’une étoile est la décomposition de sa lumière en ses différentes
couleurs (longueurs d’onde). Une augmentation de la longueur d’onde. Elle
augmente.
Espace du Big-bang.
1. Puisque le Big-bang n’est pas la naissance de l’Univers à partir de rien, que
représente-t-il ?
Une transformation à partir d’un état inconnu à ce jour.
2. Le contenu de l’Univers est à tout moment
de son histoire essentiellement composé
de matière et de lumière. On peut donc lui
donner une température. Comment évolue
cette température avec le temps ?
Elle diminue.
3. En utilisant l’analogie que l’eau liquide est
moins organisée que l’eau gelée, comment
évolue la matière dans l’Univers depuis sa
« naissance » ?
La chute de température va permettre une organisation de plus en plus
importante de la matière avec le temps.
4. On se place ici dans le cadre du modèle standard du Big-bang. Qu’est que la
nucléosynthèse primordiale ? Quand a-t-elle eu lieu et pendant combien de
temps ?
La nucléosynthèse primordiale est la formation des premiers noyaux atomiques
à partir des nucléons. Elle s’est déroulée durant les premières minutes après le
Big-bang.
5. Après la nucléosynthèse primordiale le gaz qui forme tout la matière de
l’Univers est essentiellement formé de photons, de noyaux atomiques et
d’électrons libres et est opaque. Que s’est-il passé au bout de 380 000 ans ?
Comment appelle-t-on le rayonnement détectable qui en est la conséquence ?
Au temps tr=380 000 ans, la température étant suffisamment froide, les
électrons se sont associés aux noyaux (essentiellement sous l’effet de la force
électromagnétique) laissant ainsi les photons plus libres de leur mouvement. Le
gaz est donc devenu transparent. Le rayonnement Planck.

Espace de la gravitation et des galaxies.
1. Newton (1643-1727) et Einstein (1879-1955) ont deux interprétations
différentes de la gravitation. Lesquelles ?
Pour Newton, la gravitation est une force qui relie les masses. Pour Einstein elle
est la conséquence d’une déformation de l’espace-temps par les masses.
2. Une galaxie est un vaste système contenant des milliards d’étoiles, des millions
de planètes et des milliers de nébuleuses. Quel est le nom de notre galaxie ?
Est-elle la seule de notre Univers ? Qu’est-ce qu’un superamas ?
La Galaxie ou Voie Lactée. Non, il y en a des milliards. Un superamas et un
assemblage de plusieurs milliers de galaxies dans une même zone de l’Univers
sous l’effet de la gravitation.
3. Quel est le nom de la force qui la tient en cohésion et en mouvement ?
La gravitation.
4. Donner les chiffres essentiels qui caractérisent notre galaxie la Voie lactée. A
quelle distance nous situons nous de son centre ? En combien de temps le Soleil
en fait-il le tour ?
Nous sommes à 28 000 al du centre. Le Soleil en fait le tour en 240 000 000
années. Paramètres de la galaxie : environ 200 milliards de masse solaire.
100 000 al de diamètre. Plusieurs milliards de planètes.
Espace des étoiles.
1. Toutes les étoiles sont-elles identiques ? La vie d’une étoile dépend de sa masse.
Résumer en quelques lignes la vie d’une étoile de petite masse, et celle d’une
étoile de grande masse.
Non toutes les étoiles ne sont pas identiques. Une étoile nait à partir d’un nuage
de gaz froid qui s’effondre sous l’effet de la gravitation et s’échauffe. A partir
de 10 millions de degrés il transforme sa matière par nucléosynthèse stellaire
en émettant beaucoup de lumière. C’est la phase de sa vie appelée séquence
principale. Si l’étoile a une petite masse, elle deviendra ensuite une géante, puis
une naine blanche en émettant une nébuleuse post stellaire. Si sa masse est
importante, après un stade de géante ou super-géante, elle exposera et finira en
étoile à neutron ou trou noir.
2. Une étoile est une boule de gaz où la matière se transforme à haute température.
C’est l’évolution de la matière stellaire qu’on appelle la nucléosynthèse

stellaire ? Que fabrique-t-elle et jusqu’à quel élément chimique cette synthèse
est-elle possible ?
La nucléosynthèse stellaire fabrique à partir de l’hydrogène des éléments
chimiques (les noyaux) de plus en massifs et complexes ( c’est le stade dit de la
séquence principale de la vie de l’étoile). Cette synthèse est possible jusqu’au
fer.
3. On classe les étoiles en fonction de
leur couleur et de leur luminosité de surface.
On obtient un diagramme nommé
diagramme H-R, le diagramme le plus
important de toute la physique stellaire.
Décrire la répartition des étoiles dans ce
diagramme, puis le chemin évolutif d’une
étoile comme le Soleil, d’une faiblement
massive et enfin d’une très massive.
La répartition des étoiles (modèle simplifié)
se fait selon des zones d’abondances plus
fortes. La séquence principale, les géantes
et les naines. Une étoile peu massive
comme le Soleil sera d’abord sur la
séquence principale durant quelques
milliards d’années, puis une géante et enfin
une naine blanche. Une très massive passera quelques millions d’années sur la
séquence principale et finira en étoile à neutron ou trou noir si sa masse est
vraiment grande.
4. On associe la température de surface d’une étoile et sa classe spectrale. Quelle
est la classe spectrale de Rigel ? Et sa luminosité ?
Rigel : B8(Ia), Luminosité=40 000 Luminosité du Soleil.
5. Quel est le processus qui existe dans toutes les
étoiles et qui permet au Soleil de briller depuis
plus de 4.6 milliards d’années ?
La nucléosynthèse de l’hélium à partir de
l’hydrogène (séquence principale).
6. Qu’est-ce qu’une tache solaire ? Qu’est-ce
qu’une protubérance solaire ?
Une tâche solaire est une zone plus froide à la
surface du Soleil. Une protubérance est un jet de gaz chaud qui s’élève au
dessus de la surface solaire et qui la plupart du temps y retombe en formant une
arche.
7. Qu’est-ce que le vent solaire ? A quel phénomène de toute beauté donne lieu sa
rencontre avec la Terre ?
Le vent solaire est un flux de particules, essentiellement des protons et des
électrons venus du Soleil. La lumière émise lors de la rencontre de ces
particules avec les molécules de l’air s’appelle une aurore boréale.