PLANÈTE TERRE

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