PLANÈTE TERRE A.Palacios – H. Reboul Groupe de Recherche en Astronomie et Astrophysique du Languedoc Université Montpellier II (bât 13) [email protected] Notre Terre à la fin du Jurassique © Ron Blakey, NAU Geology Notre Terre aujourd’hui… © NASA Comment la Terre s’est-elle formée? Comment les éléments chimiques sont-ils apparus? Comment les structures se sont-elles formées? Plan du cours I Introduction II L’Univers III Les étoiles IV Les planètes L’Univers est-il structuré ? Carte de champ (2 minutes de pose)5 Pas de structuration apparente Champ d’étoiles dans la constellation d'Orion Dans le fond, pas de structuration sur le devant une structure apparente: une constellation crédit : M. Spinelli Les constellations pas de réalité physique Sans Lune, loin des lumières et pollutions de la ville Les sources ne sont pas disposées au hasard L’Univers à l’oeil nu est un nuage de points lumineux épinglés sur la voûte céleste, qui semble être organisé. Mais qu’y a-t-il vraiment derrière cette voûte? L’Univers est-il grand? Est-il vraiment structuré? Au-delà de l'image projetée sur la voûte céleste, il y une organisation, une structuration Le Système Solaire est organisé Des planètes autour du Soleil, des satellites autour des planètes Le Soleil est dynamique et présente des structures à de nombreuses échelles Image Soho-EIT à 171 Angstroems NSO Soho (LASCO/EIT/MDI) Encore plus loin, des étoiles comme Proxima du Centaure Des étoiles plus lointaines, rassemblées en amas 120 anné années lumiè lumière 47 Tucanae Des nébuleuses 2, re iè m lu es é nn a 9 4 années-lumière Des nébuleuses Des nébuleuses Tous ces corps font partie de la Voie Lactée 16 000 années lumière 120 000 années-lumière Vue en proche-infrarouge de notre Galaxie La structuration apparaît aussi en observant à différentes longueurs d'ondes Au-delà de notre Galaxie, d'autres galaxies comme la galaxie d'Andromède Une échelle d’organisation au niveau des galaxies : le groupe local Des galaxies organisées en amas Des amas de galaxies structurés en superamas Superamas de la Vierge Des superamas structurés en filaments 450 millions d’années-lumière © SDSS Même le rayonnement le plus ancien observable est structuré L’Univers est peuplé d’objets qui sont regroupés de manière organisée Formes dominantes : sphéroïdes, disques, filaments Quelle force organise cette structuration? Première loi de Newton F tend vers 0 quand r tend vers ∞ La force universelle de la gravitation s’applique partout dans l’Univers et à toutes les échelles! G = 6.67428 x 10-11 m3 kg-1 s-2 Les unités de distance en astronomie • Le kilomètre (km) : la quarante millième partie d’un méridien terrestre • L’Unité Astronomique (ua) : la distance moyenne de la Terre au Soleil (“rayon” de l’orbite terrestre) 1 ua = 150 106 km • L’année-lumière (al) : la distance que parcourt la lumière en un an, à la vitesse de 300 000 km/s (ou 1,08 109 km/h) 1 al = 9,5 1012 km = 63 300 ua La distance des étoiles • Difficile à déterminer. • Indispensable pour leur étude. • Existe deux méthodes principales méthode trigonométrique méthode photométrique Parallaxe: superposition de 2 photographies simultanées de la Lune depuis 2 sites distants de 5220km. Noter les étoiles distantes dans le fond qui servent de référence Parallaxe annuelle Etoiles lointaines apparement fixes Parallaxe annuelle de l’étoile : θ = α /2 D= 2,06 x 105 d θ (‘’) α avec d = 1UA = 1,5 x 1011 m = 1,58 x 10-5 a.l. Etoile proche (D < 300 al) 3,26 D (al) = θ (‘’) θ 1 D (ua) = D θ (rad) Rappel : 1’’ = 4,848 x 10-6 rad Terre en juillet d Terre en janvier Définition du parsec Le Parsec ou parallaxe de seconde d’arc (pc) : distance (D) d’une étoile (au soleil) depuis laquelle on verrait le rayon de l’orbite terrestre (150 106 km = 1ua) sous un angle d’une seconde d'arc (1’’ = 1/206 265 radian). Donc 1 pc = 206 265 ua et 1 pc = 3,1.1013 km = 3,26 al et D (pc) = 1/ θ (en arcsec) En effet: θ(’’)=θ(rad)/206265=R/(d.206265)=R(ua)/(d(ua).206265)=R(ua)/d(pc) Étoile la plus proche du Soleil : Proxima du Centaure, composante de l'étoile triple Alpha du Centaure. Sa parallaxe = 0,76” (la plus grande parallaxe connue) D en pc, en al, en Km ? D = 1,3 pc soit 4,28 al soit 4,07 1013 km Les étoiles sont TRES LOIN ! Mission Gaia et la cartographie de notre Galaxie La distance des étoiles lointaines et des galaxies • méthodes trigonométriques non applicables CAR : • distances trop grandes et donc • base (diamètre de l'orbite terrestre) négligeable. autres méthodes • méthodes photométriques Permet de comparer deux étoiles entre elles : vues de la Terre, 2 étoiles de même luminosité intrinsèque peuvent apparaître très différentes dues à leurs distances différentes. Inversement 2 étoiles ayant un éclat apparent égal vu de la Terre, peuvent être en réalité très différentes: l’une étant plus lumineuse, mais plus lointaine. Éléments de photométrie (mesure quantitative de l’éclat des astres) Luminosité (L) d’une étoile : Quantité totale d’énergie émise par l’étoile par unité de temps, sous forme de rayonnement (dans toutes les directions de l’espace et dans tout le domaine spectral) puissance (lumineuse) unité : Watt (W) ex: Soleil L⊙ = 3,9 1026 W TGV = 8,8 MW - centrale nucléaire = 5,5 GW - décollage fusée = 70 GW Eclat (E) d’une étoile : Quantité d’énergie incidente pendant l’unité de temps par unité de surface, perpendiculairement à la ligne de visée, à la distance D de l’étoile. ce que mesure l’observateur. D=1 E = puissance / surface (W/m2) à M la quantité d’énergie se conserve pendant sa propagation dans l’espace (+ isotropie) L = (4 π D2) x E D=3 Distance! l’éclat sera d’autant plus faible que le récepteur sera placé plus loin de l’étoile. ex: Soleil L = 3,9 1026 W Que recevons-nous sur Terre? E⊙ = 1,4 kW/m2 (Constante solaire) Deux étoiles de même éclat apparent peuvent être de luminosité très différente. Cela dépend de leur distance exemple: Sirius a un éclat apparent 4 fois plus grand que Rigel Distance de Rigel = 800 a.l. Distance de Sirius = 9 a.l. E = L / (4πD2) ES / ER = 4 = LS/LR x DR²/DS² Sirius a une luminosité intrinsèque : 4 x (9/800)2 = 5.10-4 celle de Rigel. Résumé : les échelles de distance rayon de la Terre : 6 400 km rayon du Soleil : 700 000 km distance Terre - Soleil : 150 106 km ~ 8 mn.l. (1 unité astronomique U.A.) distances interstellaires : ~1 pc ~ 3 a.l. (1 parsec = 3 1016 m) rayon de la Galaxie : ~15 kpc ~ 45 000 a.l. distances intergalactiques : ~100 kpc -10 Mpc