Physique du système solaire

Physique du système solaire
A la recherche de la vie (l’eau) dans l’Univers
Cédric Champollion
2016, v0.1
Philosophie des sciences
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La vie extraterrestre existe t’elle ?
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Sondage: 24 oui / 4 non (2016)
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Discussion:
Approche scientifique
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Particularité de la Terre:
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Eau sous la forme liquide, solide et gazeuse
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Température
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…
Démarche scientifique
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Existe t’il d’autres planètes (exo-planètes)
similaires à la Terre ?
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Comment les trouver ?
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Présence d’eau ? Origine de l’eau ?
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Présence de la vie ?
1/ Chercher les exoplanètes
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Brainstorming !
1/ Chercher les exoplanètes
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Observations directes: “photos” → impossible
(trop petit, trop loin, trop peu lumineux)
Observations indirectes:
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Occultations: eclipses d’étoile
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Perturbations de la position de l’étoile
Occultations d’étoiles
Occultations d’étoiles
Occultations d’étoiles
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Calcul de la différence de flux lumineux
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Flux d’une étoile # surface visible étoile (PI. R²)
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Occultation # surface cachée par la planète (PI. r²)
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Variations relatives du flux: (r²/R²)
Apport de Hubble
Détection par modification de la
trajectoire de l’étoile
Détection par modification de la
trajectoire de l’étoile
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La encore observation directe impossible !
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Brainstorming !
Exemple du mouvement du soleil / soleil:
Effet Doppler
Rappel: une onde lumineuse
Rappel: le spectre d’une onde
lumineuse
Notion de vitesse radiale
Effet Doppler
A (re)lire
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L’effet Doppler
Imaginez que vous observiez un objet qui émet des bips sonores séparés par un intervalle de
temps constant – cet intervalle s’appelle la période.
Lorsque l’objet est immobile, vous entendez les bips les uns après les autres, toujours séparés par
le même intervalle de temps.
Mais imaginez maintenant que l’objet se rapproche de vous, à une vitesse non négligeable devant
celle du son. La transmission du bip depuis l’objet jusqu’à notre oreille ne peut pas être considérée
comme instantanée et il faut tenir compte du temps nécessaire à la propagation du son.
Si le premier bip est produit à une position donnée, le deuxième est émis à une distance moindre.
Le temps de transmission du premier bip est donc plus grand que celui du deuxième. Pour notre
oreille, l’intervalle de temps entre les deux bips n’est plus égal à la période réelle du signal. Ainsi,
si l’objet se rapproche de nous, la période apparente du son est plus petite que la période réelle.
Inversement, si l’objet s’éloigne, la période apparente est plus grande que la période réelle.
Effet Doppler
En pratique
si l’émetteur s’éloigne
Avec c la vitesse de propagation de l’onde dans le milieu
Fe la fréquence de l’onde émise
Ve la vitesse de l’émeteur
F la fréquence de l’onde mesuré par l’observateur
Spectroscopie Doppler
Limitations
Les progrès techniques
Relativité générale
Relativité générale
Relativité générale
Relativité générale
Où en est on?
Où en est on?
2/ Chercher les traces d’eau
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Brainstorming !
Caractéristiques de l’eau
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(connu pour l’effet de serre et impact sur la
température)
Présence des trois états de la matière
naturellement sur Terre
Observation difficile depuis la Terre: pollution
atmosphérique
Photo-dissociation par les UV (36 h de durée
de vie)
Chercher les traces d’eau
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Solvant très efficace (sédimentation de la
calcite au fond des océans et piégeage du
CO2)
Solide (glace) plus légère que le liquide:
isolation
Un atome d’oxygène et deux atomes
d’hydrogènes
Rapport Deutérium / H20 stable dans le temps.
Molécule d’eau
Les modes de vibration de l’eau
Spectre de vibration de l’eau
Spectre rotationel de l’eau
Principe de la spectrométrie
Quand réaliser la spectrometry
d’une exoplanète?
Transit ET eclipse
L’observation depuis la Terre
Impact de l’atmosphère terrestre
Autre source de bruit!
Les planètes telluriques du système
solaire
Effet de lentille gravitationnelle
Premier spectre d’une atmosphère
planétaire hors système solaire (2014)
L’hydrogène dans le système solaire
Origine de l’eau
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Pas possible uniquement lors de l’accrétion
originelle.
Origine météorique (chimie : rapport isotopique
de l’eau) → les comètes
La comète de Hadley
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Période de retour: 76 ans
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Connue depuis l’antiquité
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Passage le plus proche en 1910
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Prochain passage en 2062
Spectrométrie d’une comète
Rapport deutérium / H2O
Vue d’ensemble
Rosetta
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Cf livre en 2004 et actualité en 2016
La détection de la vie
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Brainstorming !
La détection de la vie
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Observations directes: émission d’un signal à
1420 Hz (bande d’absorption de l’hydrogène,
l’élément le plus commun).
CD à bord de Voyager et Pioneer (Corps
humain « nu », structure de l’ADN, 5ième de
Beethoven, ...)
Observations directes: Ecoute à 1420 Hz
(programme SETI)
Le Voyager Golden Record
La plaque de Pioneer
La détection de la vie
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Observations indirectes: mesure de l’O3
(ozone) produit par l’impact du rayonnement
UV sur l’O2 (oxygène) produit par la respiration.
La détection de la vie
Fausse alerte!
Bibliographie
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A la recherche de l’eau dans l’Univers, T.
Encrenaz, Belin, Pour la science
ERRATUM TD!!