Diaporama-Cosmologie-2024-2025 PDF

Rochdi 08-10-24 Cosmologie I- Généralité 1- Définitions de l’univers 2- La théorie du big...

Rochdi 08-10-24 Cosmologie I- Généralité 1- Définitions de l’univers 2- La théorie du big bang 3- Les principales étapes de l'histoire de l' univers 4- Structure de l’univers : Galaxie II- Les Etoiles 1- La vie d’une étoile 2- La Classification des étoiles III- Le Système Solaire 1- Naissance du système solaire 2- Organisation du Système solaire 1 I- Généralités sur l’univers 1- Définitions La Cosmologie : la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique , sa structure, son origine et son évolution (=histoire) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui L'Astrophysique : concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers (=astres) et qui sont :étoiles, planètes, galaxies, milieu interstellaire, … est l'étude des propriétés chimiques des corps célestes. L’Astrochimie : 2 Cours BCG 1 Rochdi 08-10-24 L'univers est : l'ensemble de ce qui existe (espace, matière, antimatière et temps). Infiniment grand, l' univers va au-delà de l'imagination humaine. Astrophysiciens En astronomie la mesure de la distance est évaluée par le temps que fait la lumière La vitesse de la lumière : pour la parcourir. VL= 3.105 Km/s, ainsi : 1AL = 3 105. 60. 60. 24. 365,25 Km 1AL =9467280000000 Km !! ~ 1013 Km 3 la lune est à environ 1,28s lumière de la terre Le soleil est à 8mn lumière de la terre et son diamètre est de l'ordre de 20s lumière. L'univers aurait un diamètre de 1 milliard d'année lumière (AL) !!! (combien en km ?) Pourquoi il n'existe pas de vision instantanée de l'univers ? 4 Cours BCG 2 Rochdi 08-10-24 2- Théorie du Big Bang : Il y a environ 14,6 Milliards d' années, toute matière composant l'univers était compressée en un unique point infiniment petit (point primordial). C'est « l'explosion » de la matière compressée, décrite par « big bang » qui marque l'origine de l' univers tel que l'ont peut le concevoir de nos jours. 5 !!!!! C’est une illustration et non une image réelle 6 Cours BCG 3 Rochdi 08-10-24 EXPANSION et non EXPLOSION Un domaine inexistant !!!! L’univers s’étant sur du néant ! 7 Histoire de la théorie du big bang : ➔ 1918, l'astronome strasbourgeois Wirtz avait mesuré un décalage systématique vers le rouge de certaines « nébuleuses » ( Effet Dopler !) ➔ En 1927, Georges Lemaître fut le premier à imaginer que l'univers ait commencé par l'explosion d'un « atome primordial. » ➔ La théorie de la relativité générale développée par Albert Einstein et David Hilbert L’univers n’est pas statique → en Expansion 8 Cours BCG 4 Rochdi 08-10-24 3- Les principales étapes de l'histoire de l' univers Figure I-1- A, B et C: Différents schémas illustrant la théorie du Big Bang 9 Etat de l’art des particules formant la matière ! Le proton n'est pas une particule élémentaire mais une particule composite. Il est composé de trois particules liées par des gluons, deux quarks up et un quark down, ce qui en fait un baryon ( plus d’infos voir la vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=NimzDLjZsko 10 Cours BCG 5  Rochdi Cours BCG 12 11 Etat de l’art des particules formant la matière ! Etat de l’art des particules formant la matière ! 6 08-10-24 Rochdi 08-10-24 Ce qu’il faut retenir : la formation de l’univers passe par 4 phases principales : Ere Stellaire Ere Radiative Ere Particulaire Ere Nucléaire Matérielle 13 Ce qu’il faut retenir : la formation de l’univers passe par 4 phases principales : La matière est organisé au sein de l’univers entre autre sous forme de galaxies 14 Cours BCG 7 Rochdi 08-10-24 Le big bang ne peut être décrit selon les équations connues de la physique qu'à partir de 10-6 seconde.  Entre 10-43 et 10-6 seconde, le big bang n'est qu'un ensemble d'hypothèses.  Avant 10-43 seconde, l'environnement de l'Univers est si extrême (masse de l'Univers concentré dans un point infiniment petit et une température infinie !?) que notre physique actuelle ne peut démonter... 15 4- Structure de l’univers : Galaxie L’Univers est constitué majoritairement de vide, ce qui confère une structure dite : " Structure Lacunaire". La matière est organisée selon des galaxies. Les galaxies sont rassemblées dans des structures encore plus grandes appelées amas. Les amas sont reliés entre eux par des filaments de galaxies et forment d’immenses structures : les superamas. Les galaxies regroupent des milliards d’étoiles Certaines étoiles forment des systèmes stellaires = une étoile + des planètes Simulation très détaillée d’une structure cosmique très vaste, créée dans le cadre du projet Illustris → 16 Cours BCG 8 Rochdi 08-10-24 4- Structure de l’univers : Galaxie Galaxie = un assemblage d’étoiles, de gaz, de poussières, de vides et aussi de la matière noire et contenant parfois un trou noir à son centre Notre Galaxie : La voie Lactée L'univers est formé de complexes célestes dits galaxies qui regroupent plusieurs centaines de milliard d'étoiles. Ex. d’étoile : le soleil Schéma d’une vue de profil de la Voie Lactée S= Système Solaire La Voie Lactée a la forme d'un disque aplati d'environ 100.000 AL de diamètre et d'une épaisseur de 6000 AL 17 Images de la forme de notre galaxie 18 Cours BCG 9 Rochdi 08-10-24 = Système Solaire 19 Positions de notre soleil et des autres étoiles connues au niveau de la galaxie ainsi que les positions du soleil dans le temps ! Modèle de simulation réalisé à partir de données physiques Exercice : calculer la vitesse de rotation des bras spiralés de la galaxie 20 Cours BCG 10 Rochdi 08-10-24 21 II- Les Etoiles 1- la vie d’une étoile La classification des étoiles se fait selon deux paramètres : la température de surface et la luminosité. Si l'on place les étoiles dans un graphique qui donne la luminosité en fonction de la température de surface, on constate que les étoiles ne sont pas distribuées de manière uniforme. Ce graphique est appelé diagramme HR, en l'honneur des astronomes Hertzsprung et Russel qui firent cette découverte Dans sa vie une étoile passe par plusieurs stades ce qui permet aux astronomes de distinguer 5 classes d'étoiles en fonction de leur luminosité et leur T° 22 Cours BCG 11 Rochdi 08-10-24 2- Classification des étoiles Les étoiles se présentent dans une variété de couleurs déterminées par leur température. Les étoiles chaudes sont bleues, tandis que celles plus froides sont rouges. Dans un ordre croissant de température, une étoile est rouge, orange, jaune, blanche, bleue ou violette. 23 1- la vie d’une étoile Une nébuleuse est un nuage interstellaire de gaz et de poussières. Les nébuleuses brillantes rayonnent la lumière du gaz qui les composent (nébuleuse à émission) ou reflètent la lumière des étoiles (nébuleuse à réflexion), voire les deux. Les nébuleuses planétaires sont de grands nuages de gaz créés par des étoiles géantes en fin de vie qui deviennent instables et se mettent à éjecter leurs couches supérieures. Elles constituent finalement une enveloppe de gaz en expansion autour d'une naine blanche. 24 Cours BCG 12 Rochdi 08-10-24 2- Classification des étoiles 25 III- Le Système Solaire 1- Naissance du système solaire Définition : Un système planétaire= une étoile accompagnée des planètes, des satellites, des astéroïdes, des comètes et de la poussière qui gravitent autour. Ainsi le Système solaire est un système planétaire ✓ Depuis longtemps plusieurs hypothèses ont été émises concernant l'origine et le mode de formation du système solaire. ✓La plus acceptée est celle qui rapporte qu'il y a 4,6 milliards d'années loin du centre de la galaxie sur l'un des bras spiralés, le soleil et les planètes sont nés en même temps à partir d'un nuage interstellaire. ✓Ce nuage riche en gaz principalement de l’Hélium et de l’Hydrogène et de poussière s'est contracté pour former une protoétoile en tournant autour de lui- même de plus en plus vite. 26 Cours BCG 13 Rochdi 08-10-24 27 2- Organisation du Système solaire http://system.solaire.free.fr/sommaire.htm Le système solaire est une communauté ordonnée formée d'une étoile, le soleil, et 8 planètes depuis le 24/08/2006 (après que l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale (UAI) a décidé à Prague que Pluton n’est pas une planète), 61 satellites et des myriades d'astéroïdes, de comètes et d'autres petits corps célestes. 28 Cours BCG 14 Rochdi 08-10-24 Disposition des planètes dans le SS Les planètes du SS n’ont pas la même taille ni la même composition ! 29 Disposition des planètes dans le SS Le soleil est à 150 106 km de la terre, cette distance est appelée unité astronomique (UA) 30 Cours BCG 15 Rochdi 08-10-24 Figure I-3 : Organisation du système solaire. !!! attention échelle non respectée 31 Présentation du système solaire (échelle non réelle). A retenir ! Disposition des planètes dans le SS ✓ Le soleil représente 99,8% de la masse totale du système solaire. ✓ De l'intérieur vers l'extérieur on trouve : Mercure, Venus, Terre, Mars, Astéroïdes, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton (!). ✓ Toutes ces planètes tournent autour d'elles même dans le même sens (dextre) sauf Uranus. ✓ Il y a deux groupes de planètes: les petites internes, telluriques, rocheuses et denses : Me,V, T et Ma les géantes, gazeuses et peu denses externes à l'exception de Pluton ! : J, S, U et N 32 Cours BCG 16 Rochdi 08-10-24 A retenir ! Disposition des orbites ✓ L'écliptique est le plan géométrique qui contient l'orbite de la terre autour du soleil. ✓ Toutes les planètes tournent autour du soleil dans le même sens et dans le même plan dit écliptique et selon des orbites elliptiques presque circulaires, à l’exception de Pluton ! 33 Disposition des planètes dans le SS Le soleil est à 150 106 km de la terre, cette distance est appelée unité astronomique (UA) Les planètes ne sont pas disposées au hasard par rapport au soleil mais suivant une certaine ordonnance qui suit une progression géométrique de raison 2 (BODE). Opération Distances Cette ordonnance des Terme de la +4 /10 Planète réelles planètes mise en progression Planète/Soleil évidence par BODE en en UA 1772 a permis de 0 4 0.4 Mercure 0.39 découvrir en 1781 la 3 7 0.7 Venus 0.72 planète Uranus. 6 10 1 Terre 1 12 16 1.6 Mars 1.52 24 28 2.8 Astéroïdes 2.65 48 52 5.2 Jupiter 5.2 Rq : Les distances réelles de Neptune et de Pluton 96 100 10 Saturne 9.54 ne sont pas en accord avec 192 196 19.6 Uranus 19.19 les valeurs obtenues par la 384 388 38.8 Neptune 30.07 loi de BODE, on a 768 772 77.2 Pluton 39.59 longtemps supposé que Pluton est un satellite de Neptune ??!! 34 Cours BCG 17 Rochdi 08-10-24 Le système solaire est enveloppé dans une immense bulle que l’on appelle l’héliosphère. Composé de particules chargées générées par le Soleil, l’héliosphère protège les planètes et les autres objets des rayonnements cosmiques, qui sont des particules interstellaires à énergie élevée. Au sein de cette héliosphère, certaines planètes sont également enveloppées dans leurs propres bulles, les magnétosphères, qui les protègent des formes plus nocives de rayonnements solaires. La Terre est dotée d’une magnétosphère très puissante, tandis que Mars et Vénus n’en ont pas du tout. 35 La plupart des grandes planètes ont aussi des atmosphères. Celle de la Terre est majoritairement composée d’azote et d’oxygène : la clé pour garantir la vie sur notre planète. Les atmosphères de Vénus et de Mars contiennent principalement du dioxyde de carbone. Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, leur atmosphères est plus épaisses, sont surtout composées d’hydrogène et d’hélium. Mercure n’a pas du tout d’atmosphère : les scientifiques qualifient plutôt d’exosphère sa très fine couche d’oxygène, d’hydrogène, de sodium, d’hélium et de potassium. 36 Cours BCG 18