Histoire de la cosmologie Histoire de la cosmologie

Histoire de la cosmologie
Histoire de la cosmologie
Un cours offert aux étudiants
de la Faculté des Lettres,
de la Faculté de Biologie et de médecine,
de la Faculté des Hautes études commerciales,
de la Faculté de Géosciences et environnement,
de la Faculté des Sciences sociales et politiques et
de la Faculté de Théologie et de sciences des religions
de l’Université de Lausanne
dans le cadre de « Sciences au carré »
Histoire de la cosmologie
Prof. Georges Meylan
Laboratoire d’astrophysique
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Site web du laboratoire et du cours :
http://lastro.epfl.ch
Depuis la nuit des temps,
jusqu’en 1609,
les êtres humains
observent et contemplent,
à l’œil nu uniquement,
la Nature et l’Univers
qui les entourent
Une carte néolithique du ciel ?
(voir « Pour la Science » No. 318 avril 2004)
Le disque de Nebra, la première représentation européenne du ciel
tel que le voyaient les hommes du début de l’âge du bronze il y a 3600 ans,
est une des principales découvertes archéologiques du XXe siècle (1999).
Face aux mystères de la Nature,
ému par sa beauté,
l’homme se pose, depuis des millénaires,
les mêmes questions fondamentales
quant à la finalité de l’humanité, de l’Univers.
D’où venons-nous ?
Que sommes-nous ?
Où allons-nous ?
Malgré les religions, malgré les sciences,
les réponses définitives manquent toujours …
L’astronome
Johannes
Vermeer
1668
Paul Gauguin (1848 – 1903), huile sur toile (détails) 1897-1898, 139,1 cm × 374,6 cm
Musée des Beaux-arts de Boston, Boston, USA
Oil on canvas
51 cm × 45 cm
Musée du Louvre
Paris
Observatoire de Cerro Paranal, ESO, Chili
Grâce à la science,
de façon parfois très maladroite,
l’humanité essaie de lever
le voile étendu
sur les mystères de l’Univers
C. Flammarion
19e siècle
Recul de la religion face à la science ?
Les progrès indéniables de la science permettent au grand
physicien américain Steven Weinberg, prix Nobel de
physique en 1979, d’écrire en 2011 que « au cours de
nombreux siècles la science a affaibli l'emprise de la
religion, non pas en réfutant l'existence de dieu mais en
invalidant les arguments en faveur de dieu basés sur ce
que nous observons dans le monde naturel. »
« Over many centuries, science has weakened the hold of religion, not by disproving
the existence of God but by invalidating arguments for God based on what we observe
in the natural world. »
Steven Weinberg
cité par A.P. Lightman dans The Accidental Universe 2013 Vintage Books p. 11
une citation applicable à l’Univers ?!
« Le commencement des êtres vivants est insaisissable,
nous saisissons le milieu,
car leur destruction aussi est insaisissable.
Y a-t-il là sujet de pleurs ? »
Bagavad-Gita
cité par Alice Rivaz dans Traces de vie Carnets 1939-1982
Histoire de la cosmologie
VENDREDI 13:15 - 14:15 Cours
14:30 - 15:30 Cours
VENDREDI 15:30-17:00 Questions - discussions
liées aux travaux de semestre (10 pages) ou de séminaire (30 pages)
qui sont des travaux écrits personnels sur un sujet choisi
par l’étudiant, le professeur et l’assistante
Julia Zumthurm - faculté des lettres - email: [email protected]
Histoire de la cosmologie
Histoire de la cosmologie
VENDREDI 13:15 - 14:15 Cours
14:30 - 15:30 Cours
14 semaines pour ce semestre de printemps 2017
mais
VENDREDI 15:30-17:00 Questions - discussions
liées aux travaux de semestre (10 pages) ou de séminaire (30 pages)
qui sont des travaux écrits personnels sur un sujet choisi
par l’étudiant, le professeur et l’assistante
Vendredi 7 avril 2017 – GM à Ottawa Canada – pas de cours
Vendredi 14 avril 2017 - Vendredi Saint – congé
Vendredi 2 juin 2017 – GM à Beijing Chine – pas de cours
Julia Zumthurm - faculté des lettres - email: [email protected]
Histoire de la cosmologie
VENDREDI 13:00 – 14:00 Cours
14:05 – 15:05 Cours
VENDREDI 15:05-17:00
Questions – Discussions
liées aux travaux de séminaire
qui sont des travaux écrits personnels sur un sujet choisi
par l’étudiant, le professeur et l’assistante
Histoire de la cosmologie
examen écrit portant sur la matière du cours
vendredi 9 juin 2016
de 13h15 à 15h00
dans l’auditoire Internef # 263
délais de remise des travaux personnels : vendredi 2 juin 2016
Malika Sager - faculté des lettres – email : [email protected]
Site web du cours : http://lastro.epfl.ch
Histoire de la cosmologie
Histoire de la cosmologie
attribution des crédits
attribution des crédits
par la Faculté des Lettres
dans le cadre de « Sciences au carré »
par la Faculté de Biologie et de médecine
dans le cadre de « Sciences au carré »
3 ECTS pour le cours (28 h) validés par la réussite de l'examen de fin de semestre
3 ECTS pour le séminaire validés par la rédaction d’un rapport de 24’000 caract.
6 ECTS
European Credit Transfer and Accumulation System (ECTS)
2 ECTS pour le cours (28 h) validé par la réussite de l'examen de fin de semestre
2 ECTS pour le travail de semestre validé par un rapport écrit de 16’000 caract.
European Credit Transfer and Accumulation System (ECTS)
Histoire de la cosmologie
Histoire de la cosmologie
attribution des crédits
attribution des crédits
par la Faculté des Hautes études commerciales
dans le cadre de « Sciences au carré »
par la Faculté de Géosciences et environnement
dans le cadre de « Sciences au carré »
3 ECTS pour le cours (28 h) validés par la réussite de l'examen de fin de semestre
3 ECTS pour le séminaire validés par la rédaction d’un rapport de 24’000 caract.
6 ECTS
European Credit Transfer and Accumulation System (ECTS)
2 ECTS pour le cours (28 h) validé par la réussite de l'examen de fin de semestre
2 ECTS pour le travail de semestre validé par un rapport écrit de 16’000 caract.
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attribution des crédits
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par la Faculté des Sciences sociales et politiques
dans le cadre de « Sciences au carré »
par la Faculté de Théologie et de sciences des religions
dans le cadre de « Sciences au carré »
3 ECTS pour le cours (28 h) validé par la réussite de l'examen de fin de semestre
3 ECTS pour le travail de semestre validé par un rapport écrit de 24’000 caract.
3 ECTS pour le cours (28 h) validé par la réussite de l'examen de fin de semestre
3 ECTS pour le travail de semestre validé par un rapport écrit de 24’000 caract.
European Credit Transfer and Accumulation System (ECTS)
European Credit Transfer and Accumulation System (ECTS)
European Credit Transfer and Accumulation System (ECTS)
Histoire de la cosmologie
Histoire de la cosmologie
Pour tout ce qui concerne
les examens, rattrapages et acquisition de crédits
liés au cours et au séminaire
contactez systématiquement
votre faculté
et
la secrétaire de Sciences au carré
Cécile Roy email: [email protected]
plan général du cours
01 Introduction
02 Système solaire A
03 Système solaire B
04 Des mythes à la réalité A
05 Des mythes à la réalité B
06 Copernic - Brahe - Kepler
07 Galilei - Newton - Halley - Loÿs de Cheseaux
08 Lunettes et télescopes
09 Herschel W & J
10 Etoiles et galaxies
11 Einstein RR & RG Mirages
12 Expansion de l’Univers
13 Invention du Big Bang
14 La vie dans l’Univers
Histoire et philosophie des sciences
Trois livres
à lire pendant le semestre
Galilée (1564-1642) fut l'un des premiers
à soumettre la connaissance de la nature
à la méthode expérimentale, en même temps
qu'il montrait l'efficacité des mathématiques
pour la compréhension des phénomènes
physiques. Il fut l'un des premiers aussi à
tenter de faire partager ses découvertes à
ses contemporains. Galilée est ainsi devenu
le symbole de la pensée scientifique
se dégageant du carcan de la tradition.
Ludovico Geymonat recrée le climat
intellectuel de l'Italie du XVIIe siècle et
nous entraîne sur les pas du grand précurseur
de la science moderne. Il nous montre toute
la complexité du personnage: le "messager
des étoiles" assailli de problèmes financiers,
le savant persuadé qu'il n'est pas de preuve
absolue d'une vérité scientifique, et le vieil
homme accablé par l'échec de son programme
culturel, mais assistant dans le même temps
à l'inéluctable triomphe
de ses idées scientifiques.
Histoire récente de la cosmologie
Aventure humaine et scientifique
Le Big Bang,
une des rares théories savantes ayant accédé
à la consécration populaire, fait désormais
partie de notre cosmogonie moderne.
Son double statut de théorie scientifique et
de récit quasi mythologique
de l'origine de l'univers découle
très logiquement de sa double origine
chez un mathématicien russe,
Alexandre Friedmann,
et un chanoine belge, Georges Lemaître.
Viendra s'adjoindre à eux,
dans les années cinquante,
l'éclectique physicien George Gamow,
qui fera du Big Bang une théorie respectable.
Cette passionnante histoire,
très largement ignorée de l'histoire des sciences,
est ici retracée, textes originaux à l'appui,
par un astrophysicien
qui suit avec succès la voie ouverte
par ces valeureux pionniers.
En 1735, trois spécialistes
de l'Académie royale des sciences de Paris,
Godin, Bouguer et La Condamine,
sont envoyés au Pérou pour y mesurer
un arc méridien terrestre.
L'expédition doit durer quelques mois,
mais c'est compter sans les rivalités politiques,
les ambitions personnelles
et la faiblesse des hommes.
La bonne entente cède bientôt le pas
à la jalousie et à la haine.
Puis l'Académie des sciences coupe
les crédits. Forcés de vivre d'expédients,
les savants français vont se lancer
dans d'incroyables aventures.
Seuls deux membres rentreront en France ;
les autres mourront ou
sombreront dans la folie.
Histoire de la cosmologie
Histoire de la cosmologie
01 – Introduction
01 – Introduction
01.1 L’approche scientifique : réductionnisme et falsifiabilité
01.2 L’impressionnant contenu des notations scientifiques
01.3 L’impressionnant contenu des notations musicales
01.4 Quelques définitions
01.5 Les distances en astronomie
01.6 Les positions des objets astronomiques sur la sphère céleste
01.7 Les mouvements apparents des objets astronomiques sur la sphère céleste
01.8 Le spectre électromagnétique
Bibliographie succincte
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Voir le fichier 01-Introduction.pdf sur le site web du laboratoire et du cours : http://lastro.epfl.ch
KOYRE, Alexandre. Du monde clos à l’univers infini. Paris : Editions
Gallimard, 2001.
KRAGH, Helge S. Conceptions of Cosmos : From Myths to the Accelerating
Universe : A History of Cosmology. Oxford : OUP, 2007.
LACHIEZE-REY, Marc. Initiation à la Cosmologie. Paris : Dunod, 2004.
LIDDLE, Andrew, LOVEDAY, John. Oxford Companion to Cosmology.
Oxford : OUP, 2009.
VERDET, Jean-Pierre. Une histoire de l’astronomie. Paris : Editions du
Seuil, 2010.
01.1
L’approche scientifique:
réductionnisme et falsifiabilité
Reductionism
In fact, I do not think that most people who believe
in astrology imagine that it works the way it does because of
gravitation or any other agency within the scope of physics ;
I think they believe that astrology is an autonomous science,
with its own fundamental laws, not to be explained in terms
of physics or anything else.
One of the great services provided by the discovery of the
pattern of scientific explanation is to show us that there are
no such autonomous sciences.
Les sciences physiques reposent sur
des déductions logiques basées
sur les mathématiques
L’intuition n’est présente
que pour être contrainte
par un processus de pensée rationnel
Paradigme du Hot Big Bang
Un univers en expansion accélérée
Comment en arriver là ?
Weinberg, Steven, 1992, in Dream of a final theory, p. 49
Tout ensemble de pensées, tel que l’astrologie, ne se rapportant pas à la logique
des déductions des lois de la physique mathématique, ne constitue pas une science
Un exemple compliqué de déductions rationnelles
Un exemple simple de déductions rationnelles
Un exemple de déductions rationnelles
La somme de leurs âges donne le numéro de la maison d'en face
• 
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Arthur :
Jules :
Arthur :
Jules :
Arthur :
J'ai trois filles. Quels sont leurs âges.
Je ne sais pas, évidemment !
Je te dis que le produit de leurs âges est égal à 36.
Cela ne me permet pas de détermination.
Je te dis encore que la somme de leurs âges donne
le numéro de la maison d'en face.
Jules (après avoir regardé la maison d'en face) :
Je ne sais toujours pas.
Arthur :
Je te dis encore que l'aînée a les yeux bleus…
Jules :
Ah ! Maintenant cela marche !
Les trois âges sont...
• 
Décomposition en facteurs premiers avec sommes des différentes possibilités :
1 × 1 × 36
1 × 2 × 18
1 × 3 × 12
1×4× 9
1×6× 6
2×2× 9
2×3× 6
3×3× 4
=
=
=
=
=
=
=
=
36
36
36
36
36
36
36
36
avec
avec
avec
avec
avec
avec
avec
avec
1 + 1 + 36 = 38
1 + 2 + 18 = 21
1 + 3 + 12 = 16
1 + 4 + 9 = 14
1 + 6 + 6 = 13
2 + 2 + 9 = 13
2 + 3 + 6 = 11
3 + 3 + 4 = 10
Quels sont les âges de ces trois filles ? !
Un univers en expansion accélérée
Un autre exemple, beaucoup plus riche et
subtile de déductions rationnelles
Le modèle cosmologique actuellement en faveur,
appelé Cosmologie du Big Bang Chaud,
( Hot Big Bang Cosmology )
procède d’une démarche intellectuelle semblable :
se basant sur toutes les connaissances utiles fournies par
les mathématiques, physique, l’astrophysique, la chimie.
Ce modèle est celui qui explique de la façon actuellement la plus satisfaisante
(ou la moins mauvaise)
les faits observationnels acquis dont les trois principaux sont :
(i) l’expansion de l’Univers (1927)
(ii) la nucléosynthèse cosmologique (1964)
(iii) le fond de rayonnement diffus cosmologique (1965)
Du caractère scientifique d’une théorie
•  Le caractère réfutable (aussi appelé parfois falsifiable) est un
concept important de l'épistémologie des sciences.
•  Une théorie est dite réfutable s'il est possible de consigner une
observation ou de mener une expérience qui démontre que
l'affirmation est fausse (voir Karl Popper et Steven Weinberg).
•  Une proposition réfutable est réputée être scientifique tant que
l'observation qui permet de la réfuter n'a pas été faite.
•  En revanche, une proposition non réfutable (irréfutable au sens
logique) est considérée comme non scientifique (par exemple
l’astrologie ne constitue pas une théorie scientifique).
Se méfier parfois de l’intuition
“La question de l’origine de l’Univers,
comme la question de la chute de corps,
nécessite une réponse
fournie par des méthodes scientifiques,
des observations suggérées par la théorie
et
des théories vérifiées par les observations,
mais ne peut être résolue
ni par la pensée pure ni par une autorité religieuse.”
Steven Weinberg , 1992, in L’Anno Galileiano
De la beauté des notations scientifiques
Les équations de Friedman qui décrivent l’évolution dynamique de notre Univers
01.2
L’impressionnant contenu
des notations scientifiques
« Relativity, Thermodynamics and Cosmology », R.C. Tolman, OUP, 1934, pp. 404-405
De la beauté des notations musicales
Soave sia il vento
01.3
L’impressionnant contenu
des notations musicales
W. A. Mozart Così fan tutte
Componiert im Jahre 1789-1790. Zum ersten Male aufgefürht im National-Hoftheater zu Wien am 26. Januar 1790 unter Leitung des Komponisten
Le sens caché des notations mathématiques et musicales
01.4
Quelques définitions
Gustav Mahler 2. Sinfonie in c-Moll
Componiert im Jahre 1888-1894. Zum ersten Male aufgefürht in Berlin am 13 Dezember 1895 unter Leitung des Komponisten
Qu’est-ce que la cosmologie ?
•  Définition du Petit Robert Edition 2004
Cosmologie :
1582 : théorie (philosophique ou scientifique) de la
formation et de la nature de l’Univers.
1950 : théorie générale de la matière dans l’espace-temps.
•  Définition du Collins Edition 1980
Cosmology :
The philosophical study of the origin and nature of the
Universe. The branch of astronomy concerned with the
evolution and structure of the Universe.
Qu’est-ce que l’Univers ?
•  Définition du Petit Robert Edition 2004
Univers : ensemble de tout ce qui existe, considéré selon
les philosophes comme la totalité des choses créées, la
totalité de êtres, l’ensemble des choses perçues, comprenant ou non la conscience humaine.
•  Définition du Collins Edition 1980
Universe : the agregate of all existing matter, energy,
and space.
Qu’est-ce que la cosmogonie ?
•  Définition du Petit Robert Edition 2004
Cosmogonie :
1585 : théorie (scientifique ou mythique) expliquant la
formation de l’Univers ou de certains objets célestes.
•  Définition du Collins Edition 1980
Cosmogony :
The study of the origin and development of the Universe
or of a particular system in the Universe, such as the solar
system. A theory of such an origin or evolution.
Le contenu de l’Univers
• 
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• 
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des planètes et des étoiles
des amas d’étoiles
des galaxies
des amas de galaxies
des amas d’amas de galaxies
des structures à grandes échelles
du gaz et des poussières
les atomes, les photons, toutes les particules de toute sorte,
la matière sombre et l’énergie sombre
Les observations des objets proches et lointains
dévoile la formation et l’évolution des galaxies
Premiers résultats de Planck
5%
Notre univers est en expansion
à partir d’une phase dense et chaude
qui a eu lieu voilà environ 14 milliards d’années
avant le satellite Planck
décembre 2012
Mars 2013
27%
68%
après le satellite Planck
mars 2013
Les distances en astronomie
les unités de base pour les distances sont
l’unité astronomique [UA] et le parsec [pc]
01.5
Les distances en astronomie
La distance Terre – Soleil = 150 millions de km
1 rayon solaire = 700 000 km
Vitesse de la lumière = 300’000 km s-1
1 al = 9,5 1012 km
Un parsec correspond à la distance
depuis laquelle le demi-grand axe
de l’orbite terrestre est vu
sous un angle de 1 seconde d’arc.
1 pc = 3,085’677’581’282 = 3,1 1013 km
1 pc = 206’265 UA
1 pc = 3,26 al
Les distances en astronomie
Une seconde d’arc : une pièce de un franc vue de 4,7 km
les unités de base pour les distances sont
l’unité astronomique [UA] et le parsec [pc]
4,7 km
1 UA = 1,495 978 706 91 × 1011 m
1 pc = 206264,8062 × 1.495 978 706 91 × 1011 m
1pc = 3,085 677 581 282 × 1016 m
1 seconde d’arc = 1"
La distance relative entre
le Soleil et la Terre
Les distances relatives entre les étoiles sont
énormes
..
10 cm
1 mm
10 cm
~ 3000 km
10 m
10 cm
Messier 31 ≡ NGC 224 ≡ galaxie d’Andromède
Messier 31 ≡ NGC 224 ≡ galaxie d’Andromède
1 pc = 3.26 al = 31’000’000’000’000 km = 3.1 1013 km
M 32 ≡ NGC 221
en 1925, 1926, 1929
(NGC6822, M33, M31)
Hubble fait passer
ces 3 objets du rang
de nébuleuses locales
à celui de
systèmes stellaires
«
extragalactiques
M 110 ≡ NGC 205
~ 200 milliards d’étoiles
Cela confirme la théorie des Univers-îles »
diamètre = 50 kpc
= 50’000 pc
= 1’600’000’000’000’000’000 km = 1.6 1018 km
Ole Christensen Rømer
1644 - 1710
Danemark
distance des étoiles filantes : environ 10 à 20 km
Rømer démontre
que la vitesse de la lumière
est finie
c = 220’000 km/s
c = 299’792,458 km/s
Grâce à la vitesse finie
de la lumière, en observant des
objets de plus en plus éloignés,
on étudie
les étoiles et les galaxies
du temps présent en remontant
dans le passer jusqu’aux
premières phases de l’Univers
Ole Rømer vers 1700
peint par Jacob Coning
Un ciel nocturne avec des étoiles filantes
distance de la Lune : environ 380’000 km = 1,26 sl
distance des galaxies : de quelques 105 al à quelques 1010 al
1 al ~ 63’000 UA
Voie lactée
Centre galactique à 28’000 al
GNM à ~160’000 al
Comète à ~ 30 ml
PNM à ~ 200’000 al
La plus grande pleine lune de 2009 (12 janvier) observée de Breil-sur-Roya, France.
l’Univers :
véritable machine à remonter le temps
conséquence
de la vitesse finie de la lumière
Observer des objets
de plus en plus lointains
revient à les considérer
tels qu’ils étaient
en des temps de plus en plus reculés
Comète Lovejoy observée le 22 déc. 2011 depuis Paranal Chili
La Voie Lactée et les Nuages de Magellan sont également visibles
01.6
Les positions
des objets astronomiques
sur la sphère céleste
Les positions en astronomie
Les positions en géographie
dépendantes du lieu d’observation et du temps
La position d’un point à la surface de la Terre est définie par deux coordonnées :
la longitude et la latitude
La position d’un point sur la sphère céleste est définie par deux coordonnées :
L’azimut a et la hauteur h ou la distante zénithale z
Les positions en astronomie
Les positions en astronomie
indépendantes du lieu d’observation et du temps
indépendantes du lieu d’observation et du temps
Point vernal
La position d’un point sur la sphère céleste est définie par deux coordonnées :
L’ascension droite α ou l’angle horaire H et la déclinaison δ
L’ascension droite est mesurée à partir du point vernal γ
La position d’un point sur la sphère céleste est définie par deux coordonnées :
L’ascension droite α ou l’angle horaire H et la déclinaison δ
Le point vernal γ est l’intersection entre l’équateur céleste et l’écliptique
Les positions en astronomie
Les positions en astronomie
indépendantes du lieu d’observation et du temps
indépendantes du lieu d’observation et du temps
La position d’un point sur la sphère céleste est définie par deux coordonnées :
L’ascension droite α ou l’angle horaire H et la déclinaison δ
La position d’un point sur la sphère céleste est définie par deux coordonnées :
L’ascension droite α ou l’angle horaire H et la déclinaison δ
La constellation de la Grande Ourse
Globe céleste de Gérard Mercator (1512 – 1594)
La sphère des étoiles fixes est vue de l’extérieur
Une constellation est un groupe apparent d’étoiles qui représente un aspect reconnaissable.
Les étoiles d’une constellation (ici la Grande Ourse) peuvent en réalité se situer
à des distances considérablement différentes de la Terre.
Une constellation n'est donc qu’un schéma induit par la projection des positions sur la sphère céleste.
L’axe de rotation du globe passe à travers les pôles nord et sud de la sphère céleste.
50 constellations sont représentées.
Les 1022 étoiles de l’Almageste de Ptolémée sont toutes dessinées.
01.7
Les mouvements apparents
des objets astronomiques
sur la sphère céleste
Révolution de la Terre
autour du Soleil
une ellipse presque circulaire
La Terre tourne autour du Soleil en un cercle presque parfait.
De plus, l’axe de rotation de notre planète est incliné sur son orbite
et conserve cette inclinaison tout au long de son orbite (gyroscope).
Ensoleillement
de la Terre
Le Soleil éclaire
une moitié de la Terre,
mais cette moitié change
continuellement car
notre planète tourne
sur elle-même.
La Terre est en rotation
autour de son axe nord-sud
et effectue une révolution
autour du Soleil en un an.
Solstices d’été et d’hiver
Au cours de l’année, le Soleil ne se lève et
ne se couche pas exactement au même endroit.
Il atteint ses positions extrêmes de lever et de coucher
les jours de solstice.
Solstices d’été et d’hiver
Comme l’axe de rotation de la Terre est incliné, les rayons du Soleil nous parviennent
avec des inclinaisons différentes suivant la position de la Terre par rapport au Soleil. En été, le
pôle Nord est penché vers le Soleil et l’angle entre le zénith (le point situé juste au-dessus de
nos têtes) et les rayons du Soleil est minimal. Comme la Terre tourne sur elle-même, notre
position au fil des heures change : elle est notée ci-dessus par le cercle rouge. On remarque que
nous passons alors peu de temps du côté nuit, mais que les journées sont au contraire très
longues (voir histogramme jaune/noir ci-dessus). En hiver, la situation s’inverse.
Il faut également noter que les saisons dans l’hémisphère Nord et l’hémisphère Sud sont
inversées. En effet, lorsque le pôle Nord est penché vers le Soleil, c’est l’été pour nous
mais lorsque c’est l’hiver pour nous, c’est au tour du pôle Sud d’être penché vers le Soleil :
c’est alors l’été en Australie !
Les phases de la Lune
Les phases de la Lune
Le Soleil est la seule source de lumière du Système solaire.
A tout instant, il éclaire une moitié de la Terre et une moitié de la Lune.
Toutefois, la partie éclairée de la Lune n’est pas toujours observable.
Sa visibilité dépend des positions exactes de la Lune et du Soleil par rapport à la Terre.
Si la Lune se trouve entre le Soleil et la Terre (Nouvelle Lune), on ne pourra rien
en voir depuis la Terre puisque c’est le côté non éclairé qui nous fait face.
Au contraire, l’ensemble de la face éclairée est visible depuis nos contrées
si la Lune se trouve derrière la Terre (Pleine Lune).
Dans les autres cas, seule une portion sera observable.
Les positions déterminent également les moments des levers et couchers.
Au premier et dernier quartiers, l’ensemble Lune-Terre-Soleil forme un angle droit,
et les phénomènes liés à la Lune seront décalés d’un quart de jour par rapport au Soleil.
Lors de la pleine Lune, la Lune se trouve exactement dans la direction opposée au Soleil
et leur lever et coucher respectif sont donc décalés d’un demi-jour.
Les éclipses de Soleil et de Lune
Les éclipses se produisent quand la Terre, le Soleil et la Lune sont parfaitement alignés.
Cela n’arrive que rarement car l’orbite de la Lune est inclinée
par rapport au plan de l’orbite de la Terre autour du Soleil.
Total solar eclipse observed
from MIR space station
Les éclipses de Soleil
The shadow of the moon covers part of Earth on August 11, 1999 (Mir space station).
This shadow raced across the Earth at a speed of about 2000 km/h.
On ne voit pas toute l’année les mêmes constellations
car le Soleil nous en cache certaines à chaque instant.
abc
abc
Jour sidéral et période sidérale de la Lune
Puisque la ligne zénithale est perpendiculaire à l’horizon,
la hauteur de la polaire par rapport à l’horizon vaut la latitude géographique λ,
soit la hauteur du lieu par rapport à l’équateur.
01.8
Le spectre électromagnétique
Toutes les observations astrophysiques
nous proviennent directement ou indirectement
du spectre électromagnétique par la détection de photons
(particules fondamentales du champ électromagnétique)
faiblement ou fortement énergétiques
Le mouvement des étoiles dans le ciel
diffère selon l’endroit où l’on se trouve sur Terre.
Depuis le 12 février 2016, en addition
des ondes électromagnétiques, nous pouvons également
observer l’Univers grâce aux ondes gravitationnelles
http://www.caltech.edu/gwave
Le spectre électromagnétique
Le spectre électromagnétique
Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique
selon ses différentes composantes en termes de fréquence (ou période), d'énergie des
photons ou encore de longueur d’onde associée, les quatre grandeurs que sont
ν (fréquence), T (période), E (énergie) et λ (longueur d’onde) étant liées deux à deux par :
Ÿ la constante de Planck h (approx. 6,626069×10-34 J s) et
Ÿ la vitesse de la lumière c (exactement 299 792 458 m/s),
selon les formules :
Ÿ E = h ν = h/T pour l’énergie transportée par le photon et
Ÿ c = λν = λ/T pour le déplacement dans le vide du photon,
d’où aussi :
Ÿ E = h c/λ
Un spectre d’étoile du violet (400 nm = 4000 Å) au rouge (800 nm = 8000 Å)
Un spectre d’étoile du violet (400 nm = 4000 Å) au rouge (800 nm = 8000 Å)
Spectre
à basse résolution
Introduction à l’astrophysique:
astronomie classique
Spectre à haute résolution
Sujets de semestres et séminaires
Réfraction ≈ 35 ' près de l’horizon
≈ un diamètre solaire
≈ un diamètre lunaire
réfraction
Travail écrit personnel à rendre le vendredi 2 juin 2017
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Astronomie (?) mégalithique
Stonehenge
Dolmens et menhirs
Egypte, Mésopotamie, Grèce
Amérique, Chine
Les globes de Mercartor
NEOs ou géocroiseurs
Comètes et astéroïdes
Les planètes Neptune et Uranus
La nucléosynthèse dans les étoiles
Nébuleuses ou galaxies
La vie dans l’Univers
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Nicolas Copernic
Tycho Brahe
Johannes Kepler
Galileo Galilei
Isaac Newton (+ Voltaire)
Jean-Philippe Loÿs de Cheseaux
William et John Herschel
Alexandre Friedmann
Georges Lemaître
Edwin Hubble
Fritz Zwicky
Albert Einstein
Cette liste n’est pas exhaustive ; toute variante peut être discutée
le vendredi après le cours entre 15h30 et 17h ou lors d’une entrevue
à fixer par courriel à [email protected] et [email protected]