Partie I – L`Univers L`Univers, du très grand au très petit préfixe

Lycée Paul CEZANNE – Aix-en-Provence 2nde – Réforme 2010 http://www.stardustlabs.fr
Partie I – L’Univers L’Univers, du très grand au très petit
préfixe symbole puissance de 10
déca da 1
hecto h 2
kilo k 3
méga M 6
giga G 9
téra T 12
peta P 15
exa E18
MULTIPLES DE L'UNITE
préfixe symbole puissance de 10
déci d -1
centi c -2
milli m -3
micro μ-6
nano n-9
pico p -12
femto f -15
atto a -18
SOUS-MULTIPLES DE L'UNITE
La notation scientifique est l’écriture d’un nombre sous la forme :
n
a 10
ou
n
a.10
.
Avec
1 a 10
et
n
L’ordre de grandeur d’un nombre est la puissance de 10 la plus proche de ce nombre.
Exemples :
Le diamètre de la Voie Lactée est de
m10.47,9 20
, l’ordre de grandeur de son diamètre est
m1021
.
Le rayon de l’atome d’hydrogène vaut
m10.2,1 10
, l’ordre de grandeur de son rayon est
m10 10
.
Il existe un système international des unités, utilisé par tous les scientifiques de la planète. Dans ce système
d’unités, on exprime :
 Une distance en mètre (m) ;
 Un volume en mètre cube (m3) ;
 Une masse en kilogramme (kg) ;
 Une tension électrique en Volt (V), etc.
Implicitement, toutes les grandeurs doivent être exprimées en unités SI dans un calcul, le résultat sera aussi en
unité SI.
Nous vivons dans un univers où tout est parfaitement organisé : à notre échelle, et en augmentant celle-ci, nous vivons sur
la planète Terre. Les planètes tournent autour d’une étoile (ici le Soleil), elle-même tournant autour du centre d’une
galaxie (la Voie Lactée).
Les dimensions du système solaire sont de l’ordre de
m1012
, le diamètre de notre galaxie est de
m1021
. Notre galaxie
fait partie d’un amas de galaxies appelé Groupe Local, dont fait aussi partie la galaxie M31 d’Andromède.
Plusieurs amas de galaxies sont regroupés en super amas : nous faisons partie du Super Amas Local, dans lequel se
trouve aussi l’Amas de la Vierge, situé à 20 mégaparsecs de nous. Les super amas s’organisent en sortes de filaments,
l’univers est comme une éponge, avec des zones vides et des zones pleines. Les dimensions visibles de notre univers sont
de 13,6 milliards d’années-lumière.
Lorsqu’on revient à l’homme, celui-ci est constitué de cellules (ordre de grandeur
m10 6
, elles-mêmes constituées de
molécules (de l’ordre de
m10 9
). Les molécules sont des assemblages d’atomes dont les dimensions sont proches de
m10 10
.
L’Univers, de l’infiniment petit à l’infiniment grand, a une structure lacunaire.

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Partie I – L’Univers L’Univers, du très grand au très petit
La lumière se propage de manière rectiligne dans un milieu homogène.
La vitesse – ou célérité – de la lumière dans le vide a une valeur constante :
1
c 299 792 458 m.s
On retiendra la valeur suivante :
81
c 3,00.10 m.s
La lumière voyage très vite, mais sa vitesse n’est pas infinie : elle ne se propage pas de manière instantanée et
met donc un certain temps pour se déplacer. Ce temps dépend de la distance à parcourir.
Le lien entre la distance d parcourue, la vitesse v et le temps t mis pour parcourir cette
distance est le suivant :
d v t
Avec d en mètre (m), t en seconde (s) et v en mètre par seconde (
1
m.s
)
Exemple : le Soleil est situé à une distance
6
d 149,6.10 km
. Sachant que la lumière voyage à la vitesse
81
c 3,00.10 m.s
, combien de temps met-elle pour nous parvenir ?
8
1s 3,00.10 m
11
t d 1,496.10 m
11
8
d 1,496.10
t 499s 8min19s
c 3,00.10
La distance entre la Terre et le Soleil est déjà énorme à notre échelle, les distances entre les autres étoiles ou
les galaxies dépassent l’entendement lorsqu’elles sont exprimées en mètres ou en kilomètres :
Distance en m Distance en km
Distance entre le Soleil et Proxima
du Centaure, l'étoile la plus proche
Diamètre de la Voie lactée
Distance entre notre galaxie et
Andromède, galaxie la plus proche
16
3,99.10 m
20
7,57.10 m
19
2,3.10 km
Une unité bien spécifique à l’astronomie est donc utilisée : l’année-lumière. L’année
lumière est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année (julienne).
Calcul d’une année-lumière :
8 15
1a.l. c T 3,00.10 365,25 24 3600 9,5.10 m      

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Partie I – L’Univers L’Univers, du très grand au très petit
Distance en m Distance en km distance en a.l.
Distance entre le Soleil et Proxima
du Centaure, l'étoile la plus proche
4,2 a.l.
Diamètre de la Voie lactée 80000 a.l.
Distance entre notre galaxie et
Andromède, galaxie la plus proche
2,4 millions
d'a.l.
16
3,99.10 m
20
7,57.10 m
19
2,3.10 km
13
3,99.10 km
17
7,57.10 km
22
2,3.10 m
Cela signifie par exemple que la lumière met 2,4 millions d’années pour parcourir la
distance entre Andromède et notre galaxie. Autre conséquence : lorsque cette lumière
nous parvient, on voit la galaxie d’Andromède telle qu’elle était il y a 2,4 millions
d’années !!!
Les objets les plus lointains que l’on a observés sont situés à 13,7 milliards d’années-
lumière, on les voit donc tels qu’ils étaient il y a 13,7 milliards d’années, ce qui
correspond à l’âge de notre univers.