Herculina est en forme - Olympiades de Physique

Introduction
Notre projet se résume en l'étude des astéroïdes dans le cadre du club astronomie
du lycée. La première partie du projet consiste en la présentation des astéroïdes en
général. La seconde partie est basée sur l'étude de courbes de luminosité d'astéroïdes
centimétriques en représentant au mieux les conditions réelles d'observation. Ensuite
nous avons étudié les astéroïdes de façon réelle et en particulier l'astéroïde Herculina.
Nous l'avons observé plusieurs nuits pour obtenir une courbe de luminosité valable que
nous avons comparé avec les courbes obtenues en laboratoire. Lors du projet nous avons
aussi fait appel à deux astrophysiciens, dont un travaillant à l'observatoire de Genève.
Notre dossier présente toutes les étapes de notre démarche ainsi que les problèmes
rencontrés pour répondre à la question : « Comment déterminer la forme d'un astéroïde à
partir de sa courbe de luminosité ? ».
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Sommaire
I- Le monde fascinant des astéroïdes, petits corps du ciel remplis de
mystères ... (pages 3 à 4)
II- Une envie de passer à la pratique : le montage (page 5)
III- Les modèles et leurs courbes de luminosité (pages 6 à 7)
IV- La pratique sur le terrain ! (page 8)
V- Le pré-traitement des photos de Herculina ... (page 9)
VI- … Le traitement des photos et la courbe de luminosité de Herculina
(pages 10 à 12)
VII- Problème de comparaison et résolution (pages 13 à 14)
VIII- Détermination de la forme de Herculina (pages 15 à 16)
IX- Conclusion (page 17)
X- Bibliographie (page 18)
XI- Glossaire (page 19)
N.B. : tous les mots suivis d'un « * » sont définis et présentés dans le glossaire.
Dossier réalisé par :
Titouan Coislier, Corentin Pasquier et Florian Livet, élèves de terminale S, dans le
cadre du club astronomie du lycée Léonard de Vinci.
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I- Le monde fascinant des astéroïdes : petits corps
du ciel, remplis de mystères …
1- La découverte des premiers astéroïdes :
Le premier janvier 1801, Giuseppe Piazzi découvre par
hasard alors qu'il observe la constellation du taureau, un objet non
identifié en mouvement très lent. Il décide de suivre pendant
plusieurs nuits son déplacement. Une fois son orbite et sa
distance par rapport à la Terre mieux déterminées, Piazzi et son
collègue, Carl Friedrich Gauss, concluent que cet objet se trouve
entre Mars et Jupiter. Piazzi lui donne le nom de Cérès en
l'honneur de la déesse protectrice de la Sicile. Cette découverte
marque le début de l'exploration et de la recherche scientifique sur
les astéroïdes.
De 1802 à 1807, 3 autres objets furent
découverts, ils furent nommés Pallas, Junon et
Vesta. Ces 3 corps et Cérès furent longtemps
considérés comme des planètes. Par la suite,
les recherches concernant les astéroïdes furent
abandonnées jusqu'en 1845, date de la
découverte de l'astéroïde Astrée par Karl Ludwig
Hencke, relançant l'activité.
En 1868, on connaissait 100 astéroïdes. En 1921, on en
connaissait 1000 et en 1989, 10000. Autrement dit, les recherches
au cours du dix-neuvième et du vingtième siècles se sont
multipliées de manière fulgurante. Aujourd'hui, on connait plus de
cinq-cents mille astéroïdes, ce chiffre est en augmentation
continue.
2- La définition du mot « astéroïde » :
Cela veut dire : comme un astre ou petite planète. Ce sont des « petits » corps
célestes rocheux et/ou métalliques souvent de formes irrégulières et de diamètre variable.
3- L'origine des astéroïdes :
Les astéroïdes ne sont pas nés de l'éclatement d'une planète mais sont issus de la
fragmentation des planétésimaux* provenant de l'agglomération de poussières au cours
de phénomènes cosmiques violents. Les astéroïdes se sont formés en même temps que
le Soleil car ils proviennent de la condensation de la nébuleuse proto-solaire*. Ainsi, les
astéroïdes ont un lien étroit avec le Soleil, mais ont également des liens avec les planètes
puisqu'elles résultent du groupement de petits astéroïdes. A cause de la proximité de
Jupiter, l'agglomération des astéroïdes entre eux a été interrompue empêchant ainsi la
formation d'une cinquième planète entre Mars et Jupiter. Pourtant, en 1766, le physicien,
astronome et biologiste prussien, Johann Daniel Titius prédisait l'existence d'une planète à
cet endroit, en vertu de la loi de Titius-Bode*.
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Photo de Pallas
Photo de Vesta
Photo de Cérès
Photo de Junon

4- Leur dimension :
La dimension des astéroïdes est très variable, elle va de quelques dizaines de
mètres à plus de mille kilomètres de diamètre. Les plus grands sont exceptionnels,
puisque la plupart des astéroïdes ne dépassent pas un kilomètre de diamètre. Plus un
astéroïde est gros et plus il est sphérique. En effet, au dessus de cent soixante kilomètres
de diamètre, leur forme devient de plus en plus sphérique du fait de la gravité.
5- Leur localisation :
La plupart des astéroïdes du système solaire se
trouvent entre Mars et Jupiter, à plus de 3 UA* du Soleil, ils
forment la ceinture principale. Les astéroïdes Troyens*,
évoluant en dehors de la ceinture principale*, constituent
d'autres spécimens particuliers d'astéroïdes. Enfin, il existe
des astéroïdes beaucoup plus éloignés du Soleil qui
gravitent au delà de l'orbite de Neptune et qui composent la
ceinture de Kuiper*. Leur orbite est parfois très excentrée,
cela leur permet de traverser l'orbite de la Terre, de Mars ou
d'autres planètes, on parle alors d'astéroïdes géocroiseurs*.
6- Les trois types d'astéroïdes :
Les astéroïdes sont classés grâce à leur albédo, c'est la quantité d'énergie solaire
(= lumière) réfléchie par la surface de l'astéroïde dans l'espace, permettant ainsi
d'identifier leur composition chimique. Il existe trois familles d'astéroïdes qu'on trouve très
souvent et d'autres bien plus rares :
–les astéroïdes de type C : cette catégorie regroupe 75% des astéroïdes connus. Ils
sont carbonés et très sombres à cause de leur importante teneur en hydrocarbures
(albédo inférieur à 0,05). Il sont associés à la classe des météorites chondrites
carbonées.
–Les astéroïdes de type S : cette catégorie regroupe 17% des astéroïdes. Ils sont
silicatés et absorbent fortement la lumière bleue et les ultraviolets (albédo de 0,1 à
0,2). Ces astéroïdes sont composés principalement de silicate de fer et de
magnésium.
–Les astéroïdes de type M : cette catégorie regroupe peu d'astéroïdes (environ 5%).
Ils sont métalliques et réfléchissent très bien la lumière (albédo supérieur à 0,2). Ils
sont composés principalement de fer et de nickel.
7- Leur observation :
Les astéroïdes sont observés à partir de la Terre à l'aide de télescopes ou de
lunettes astronomiques, par des professionnels ou par des amateurs. Ils peuvent
également être observés depuis l'espace avec des télescopes spatiaux comme Hubble.
Ou encore pendant les missions spatiales passant à proximité d'un astéroïde comme lors
de la mission Galiléo, où la sonde Galiléo est passée très près de l'astéroïde Ida alors
qu'elle faisait route vers Jupiter. Dernièrement, la sonde japonaise Hayabusa a rapporté
sur terre des poussières de l'astéroïde Itokawa, c'est la première fois que des échantillons
d'un astéroïde sont ramenés sur Terre.
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