Description de l`Univers
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Activités pédagogiques Lycée Description de l'Univers Niveau Seconde Objectif Utiliser le logiciel Aladin créé par l'Observatoire de Strasbourg pour observer et étudier différents objets astronomiques afin de mieux comprendre la structure de l'Univers à différentes échelles. Compétences Utiliser les puissances de 10 dans l’évaluation des ordres de grandeur, dans les calculs, et dans l’expression des données et des résultats. Repérer un angle. Exprimer le résultat avec une unité adaptée. Connaître la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide et savoir qu’il s’agit d’une vitesse limite. Connaître la définition de l'année de lumière et son intérêt. Connaître les ordres de grandeur des dimensions des différentes structures des édifices organisés. Pré requis Savoir comment se propage la lumière dans le vide. Connaître la relation entre la vitesse, la distance et le temps. Connaître les bases de la trigonométrie au collège. Durée Lecture du texte « de la Terre aux galaxies lointaines » à la maison en travail préparatoire. Utilisation du logiciel Aladin en séance de travaux pratiques : 1h20 Déroulement L’objectif est de montrer aux élèves qu'il est possible d'observer facilement l'Univers à grande échelle, c'est à dire à l'échelle astronomique. Nous utiliserons l'interface Aladin, créée par le Centre de Données de Strasbourg, pour afficher et analyser des images de divers objets astronomiques, des étoiles proches aux galaxies lointaines. Le but étant d'avoir un ordre de grandeur des différentes structures de l'Univers à grande échelle. Activités pédagogiques Lycée De la Terre aux galaxies lointaines Depuis l'invention de la lunette astronomique, notre vision de l'Univers a énormément évolué. Grâce aux différentes observations avec les lunettes astronomiques puis les télescopes, nous avons observé que notre environnement proche, le système solaire, n'était qu'une partie infime de l'Univers tel que nous le connaissons aujourd'hui. Dans notre système solaire dont la taille est d’environ une année de lumière, et au-delà, on trouve du gaz atomique, ionisé et moléculaire, de la poussière qui forment ce que l’on appelle le milieu interstellaire. C’est dans ce milieu que se forment les étoiles. Vu de la Terre, le milieu interstellaire nous apparaît, lorsque des étoiles vont le chauffer et ioniser le gaz atomique, constitué essentiellement d’Hydrogène, donnant ainsi naissance à un rayonnement observable dans le rouge. Les régions riches en poussières vont nous apparaître sombres, leur opacité va empêcher le rayonnement des étoiles situées derrière de nous parvenir. Certains de ces nuages auront des formes bien connues des astronomes, comme la tête de cheval dans la constellation d’Orion ou encore le sac à charbon dans la constellation de la Croix du Sud. Ces gaz, poussières et étoiles font partie d’une grande structure, appelée galaxie. Notre galaxie, la Voie Lactée, comporte plus de cent milliards d’étoiles. Pour mesurer les distances à l’échelle galactique il a fallu trouver une unité de mesure adaptée, l’année de lumière. C’est la distance que parcourt la lumière pendant une année. La lumière a une vitesse finie, qui, dans le vide, vaut environ 300 000 km.s-1. Comme la lumière des étoiles met beaucoup de temps à nous parvenir, ce que nous voyons à l’heure actuelle correspond en réalité à un passé lointain. Plus nous observons des objets lointains, plus nous les voyons loin dans le passé. Il est donc probable que beaucoup d’étoiles que nous voyons le soir en levant les yeux au ciel n’existent plus. Et réciproquement, certaines étoiles qui sont nées ne nous apparaissent pas encore, car leurs lumières ne nous sont pas encore parvenues. Notre galaxie est loin d’être seule, puisqu’il y a plus de cent milliards de galaxies dans l’Univers, la plupart d’entre elles étant regroupées en amas. Activités pédagogiques Lycée Dimension de quelques objets astronomiques Nous allons utiliser le logiciel Aladin pour étudier quelques objets célestes connus qui vont nous permettre de comprendre un peu mieux la structure de l’Univers. La tête de Cheval dans la constellation d’Orion La nébuleuse planétaire de la Lyre M57 Les amas stellaires M35 et NGC La galaxie spirale M51 2158 dans la constellation des Gémeaux Dans Aladin, nous allons charger une première image astronomique en utilisant les données du Digitized Sky Survey (DSS). Dans la fenêtre « position », on commence par choisir la position (ou l’objet). Pour cela il suffit de rentrer la dénomination de l’objet, par exemple M57 pour la nébuleuse de la Lyre. Vous pouvez ensuite zoomer ou dézoomer avec la souris pour adapter la taille de l’objet astronomique observé. Pour chaque objet observé, nous allons utiliser l’outil graphique d’Aladin nous permettant de mesurer la taille angulaire de celui-ci. Le but est de mesurer cette taille, puis, connaissant la distance de l’objet, on peut en déduire sa dimension spatiale. Pour calculer la dimension, en année de lumière, de l’objet astronomique observé, nous allons faire l’approximation suivante : D=d Où : D est la taille de l’objet en année de lumière, est la taille angulaire de l’objet, donnée en minute d’arc avec Aladin qu’il faut convertir en radian. d est la distance de l’objet en année de lumière. Cette approximation est valable car les angles que nous obtenons sont petits, bien inférieur à 1°. Pour les quatre objets présentés précédemment, vous devez afficher l’image dans Aladin, mesurer la taille angulaire puis calculer la dimension spatiale de l’objet. Activités pédagogiques Lycée Astre Nébuleuse de la Lyre Amas stellaire Nuage de la tête de cheval Galaxie spirale Nom M57 M35 Barnard 33 M51 2,0 103 2,8 103 1,5 103 3,1 107 Distance (a.l.) Taille angulaire (arcmin) Dimension (a.l.) Les différentes échelles Nous allons désormais comparer les tailles des objets précédents à celles de la Terre et du Soleil pour définir les différentes échelles de l’Univers astronomique. Dans un premier temps, sachant que la vitesse de la lumière est d’environ 300 000 km.s-1, donner l’année de lumière en kilomètres. Puis en déduire les tailles (en km) des objets étudiés précédemment en utilisant la notation scientifique : Astre Taille ( km) Terre Soleil 1,28 104 1,4 106 Nébuleuse de Amas stellaire la Lyre M57 M35 Nuage de la tête de cheval Barnard 33 Placer sur un axe, judicieusement gradué, ces différents objets étudiés. Galaxie spirale M51
