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Notre place à l´univers 2

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  • 1.Notre place lunivers

2. Les mots cls: Gocentrisme. Hliocentrisme. Lunivers. Le Big-Bang. Galaxie. Systme solaire. toile. Plante.La Terre. La lune. Un satellite. Un astrode. Une comte. Un mtorite. La vie. Un stromatolithe. La chimiosynthse. La photosynthse. 3. I. Du Gocentrisme au Hliocentrisme. II. Lorigine du Systme Solaire. III. IV. Lorigine de la Lune. IV Lorigine de lunivers. V. Lorigine de la Vie. 4. Les hommes observaient dj le ciel il y a des dizaines de milliers dannes. Des phnomnes tels que le dplacement du Soleil dans le ciel ou les changements daspects de la Lune leur taient familiers. La mesure du temps: Peu peu, ils commencrent utiliser ces phnomnes leur avantage. Le mouvement du Soleil dans le ciel, depuis lest laube jusqu louest au crpuscule, pouvait leur servir mesurer le temps au cours de la journe. Le cycle des phases de la Lune leur permettait dtablir un calendrier trs utile pour fixer la date de ftes religieuses. 5. Construction de Stonehenge Des archoastronomes ont prtendu que Stonehenge reprsentait un ancien observatoire , bien que son utilisation cette fin soit conteste. Beaucoup pensent galement que le site peut avoir eu une valeur astrologique ou spirituelle. 6. I. Du Gocentrisme au Hliocentrisme. 7. Aristarque de Samos (env. 310 230 av. J.C.), n Samos, en Grce, est un astronome et un mathmaticien. De ses crits ne nous est parvenu que l'ouvrage Sur les dimensions et des distances du Soleil et de la Lune. Samos suggre que la Terre tourne autour du Soleil et fournit la premire valuation de la distance Terre-Soleil. 8. Mthode d'Aristarque de Samos pour calculer la distance Terre-SoleilAristarque commence douter de la thorie du gocentrisme : il lui semble plus logique que les plantes plus petites tournent autour des plantes plus grandes. Il place donc le Soleil au centre de l'univers et dcrit le mouvement de la Terre comme une rotation sur elle-mme combine avec un mouvement circulaire autour du Soleil. 9. Le gocentrisme La Terre est inmobile au centre de l univers. Les mouvements des plantes sont parfaits, donc seul le cercle est autoris. Au-del des plantes (astre errants en grec) se trouve un plafond circulaire o sont accroches des toiles fixes (en rotacin). 10. ARISTOTE Est un philosophe grec n en 384 av. J.-C. Macdoine, et mort en 322 av. J.-C. Aristote introduisit aussi un concept plus philosophique qui allait tre accept jusquau XVIe sicle : la distinction entre la Terre et les cieux. Pour lui, lintrieur de lorbite lunaire, ce qui incluait la Terre et son atmosphre, reprsentait le rgne de limperfection et du changement. Au-del de la Lune, se trouvait le royaume de la perfection et de limmuabilit. 11. Dogmes fondamentaux d Aristote: - La Terre est immobile au centre de l'Univers - Il y a sparation absolue ente le monde terrestre imparfait et changeant et le monde cleste parfait et ternel (la limite tant l'orbite de la Lune) - Les seuls mouvements clestes possibles sont les mouvements circulaires uniformes. 12. Claude Ptolme : vers 85 vers 165. Le principal dfaut du systme dAristote tait son incapacit expliquer les variations dclat des plantes. Pour cette raison, un astronome dAlexandrie, Claude Ptolme, modifia ce systme au IIe sicle de notre re, mais sans remettre en cause les principes poss par Platon et Aristote. 13. Pour Ptolme, les corps clestes ntaient pas lis des sphres cristallines centres sur la Terre. En fait, chaque plante se dplaait sur un petit cercle, appel picycle, dont le centre lui-mme se dplaait en suivant un grand cercle centr sur la Terre, appel dfrent. 14. Modle geocentrique de Plolome 15. Lheliocentrisme Le Soleil est le centre de lunivers. Les mouvements des plantes sont parfaits, donc seul le cercle est autoris. Au-del des plantesse trouve un plafond circulaire o sont accroches des toiles fixes (en rotation). 16. Nicolas Copernic (1473-1543) Un chanoine et astronome polonais, va remettre en cause le modle gocentrique du monde de Ptolme et d'Aristote dans un ouvrage publi l'anne de sa mort : le "De Revolutionibus orbium caelestium". Cet ouvrage propose un modle hliocentrique du monde, dans lequel tous les mouvements plantaires sont centrs sur le Soleil. Mais surtout, ce que Copernic va affirmer c'est que la Terre n'est ni immobile, ni au centre du monde. 17. Contrairement ce que l'on croit parfois, Copernic ne va pas dmontrer l'hliocentrisme, car il faudra attendre plus de 150 ans pour avoir une preuve du mouvement de la Terre.Le De Revolutionibus, malgr son ct fondamentalement rvolutionnaire, fut reu avec relativement d'indiffrence par les savants de l'poque. 18. Tycho Brahe 1572 Observe une supernova dans le ciel et met fin au concept dimmuabilit des cieux. 1577 Observe le passage dune comte et confirme que les cieux ne sont pas immuables 19. Johannes Kepler 20. Johannes Kepler (1571-1630) Les lois de Kepler dcrivent les proprits principales du mouvement des plantes autour du Soleil. Elles ont t dcouvertes par Kepler partir des observations et mesures de la position des plantes faites par Tycho Brahe, mesures qui taient trs prcises pour l'poque.Copernic avait soutenu en 1543 que les plantes tournaient autour du Soleil, mais il s'appuyait sur le mouvement circulaire uniforme, hrit de l'antiquit grecque, et les moyens mathmatiques n'taient pas si diffrents de ceux utiliss par Ptolme pour son systme gocentrique. 21. Lois de Kepler 1 loi: Dans un rfrentiel immobile par rapport au Soleil, la trajectoire d'une plante se trouve dans un plan. 2 loi: Dans un rfrentiel immobile par rapport au Soleil, la trajectoire d'une plante est elliptique, un foyer tant le Soleil. Le Soleil n'est un des foyers qu'approximativement, du fait que sa masse M est trs suprieure celle de la masse m de la plante. Pour tre exact, il faudrait se placer au centre de gravit du systme Soleil - plante. 3 loi: Par consquent, toutes les ellipses de mme grand axe, quelle que soit leur excentricit , ont la mme priode de rvolution jusqu' la circulaire . 22. Galileo Galilei 1564-1642 Parmi ses ralisations techniques, il a invent la lunette astronomique perfectionnement de la dcouverte hollandaise d'une lunette d'approche 23. Galile tait d'abord un physicien et il tudia la mcanique et la dynamique des corps en mouvement. Galile tablit la loi de l'inertie (tout corps non soumis une force extrieure est anim d'un mouvement rectiligne uniforme et se trouve dans un rfrentiel que l'on nomme aujourd'hui "galilen"). C'est la fin de l'anne 1609 et au dbut de 1610 qu'il a l'ide de braquer une lunette d'approche rcemment invente et qu'il a construit lui-mme vers le ciel. Ses dcouvertes seront nombreuses et vont bouleverser la vision de l'univers de l'poque. Il observa: Des taches sur le Soleil. Des cratres sur la Lune. Les phases de Vnus. Une multitude d'toiles dans la Voie lacte et Des satellites autour de Jupiter. Cette dernire dcouverte donnait le coup de grce au gocentrisme. Il adhra aux ides de Copernic et l'hliocentrisme sans pouvoir le dmontrer 24. Galile ne fit part de ses dcouvertes qu quelques amis intimes, de peur dtre accus dhrisie. Cependant il commena prcher en faveur de lheliocentrisme en 1613. Galile subit inmdiatement les foudres de l Inquisition et fut contraint de ne plus dfendre le modle de Copernic en 1616. Au moment mme o il promettait de ne plus mettre en doute la theorie gocentrique, Galile aurait surmur: Et pourtant, elle tourne, en pensant la Terre. 25. Avec ses trois lois, Kepler dcrivit la cinmatique du systme solaire, mais pas sa dynamique. En effet, bien quil ait pu dcrire avec prcision le mouvement des plantes, il fut incapable den expliquer les causes. Cela se fura plus tard, grce aux travaux du physicien anglais Isaac Newton, n le 1642, anne du dcs de Galile. 26. Isaac Newton 1642-1727 Thorie de la gravitation : "Tous les corps s'attirent avec une force proportionnelle leur masse respective et inversement proportionnelle au carr de la distance qui les spare". 27. Depuis ces evenements du XVII sicle, il a t demontr hors de tout doute que le systme solaire est plus bel et bien hliocentrique. De plus , on sait maintenant que le Soleil est en rotation autour du centre de la Voie Lacte, qui est elle-mme en mouvement par rapport ses voisines.. On sait aussi, depuis lavenement de la thorie de la relativit dEinstein, quil n existe aucun systme de rfrence absolu, contrairement ce quaurait cru Galile. En fait, tout mouvement est relatif. 28. E=m.c2 29. II) LORIGINE DU SYSTEME SOLAIRE 1er une nbuleuse solaire s'ffondre sous son propre poids 30. 2me la nbuleuse prend progressivement la forme d'un disque aplati en rotation 31. 3me sous l'effet de leurs collisions mutuelles, les grains engendrent de petits plantodes de dimensions kilomtres 32. 4me la formation d'embryons plantaires d'environs 1 000 km de diamtre a lieu et le Soleil s'est condens dans la partie centrale. 33. La formation du systme solaire. Les diffrentes tapes de la formation du systme solaire : contraction dun nuage dhydrogne et dhlium, aplatissement du systme, formation de plantsimaux, mise en route des ractions nuclaires au centre, apparition du systme sous sa forme actuelle. 34. Evolution du protosystme Le protosystme maintenant bien dfini continue se contracter de plus en plus. Mais, daprs la loi de conservation du moment angulaire, si la taille dun corps se rduit, sa vitesse de rotation doit augmenter pour compenser. La contraction du protosystme saccompagne donc dune forte augmentation de la vitesse de rotation. 35. De plus, comme le protosystme nest pas rigide, un fort aplatissement se produit dans le plan perpendiculaire laxe de rotation. On se retrouve ainsi finalement avec une concentration de matire au centre, la prototoile, entoure dun disque de matire appel le disque protoplantaire. 36. COMPOSITION Le Systme solaire est compos : D'une toile, le Soleil. De huit plantes depuis le 24/08/2006 (aprs que l'assemble gnrale de l'Union astronomique internationale (UAI) a dcid Prague de dchoir Pluton de son statut de plante). De cent cinquante neuf satellites gravitant autour de ces plantes et de nombreux petits astres appels astrodes, comtes, objets transneptuniens.... Le Soleil, coeur du Systme solaire, reprsente 99,90 % de la masse de l'ensemble. Les plantes sont des corps non lumineux qui gravitent autour du Soleil. Ces plantes se rpartissent en deux familles : 37. - Les plantes telluriques (Mercure, Vnus, la Terre et Mars) sont de dimension modeste mais possdent une densit leve et une fine couche d'atmosphre car leur gravit est faible ; - Les plantes joviennes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune), sont les plus lointaines et les plus grandes. Elles ont une densit bien plus faible. Elles sont composes d'une paisse couche d'hydrogne et d'hlium entourant un noyau de glace massif. Ces plantes possdent de nombreux satellites et des anneaux plus ou moins bien dvelopps 38. Autour du Soleil, entre Mars et Jupiter, gravite une ceinture d'astrodes. D'autres astrodes ont leurs propres orbites. Des comtes venant de la ceinture de Kuiper ou du nuage de Oort possdent des orbites trs inclines par rapport l'cliptique. Des corps qui s'apparentes Pluton sont situs aprs l'orbite de Neptune soit dans la ceinture de Kuiper. 39. SITUATION Le Soleil tourne autour de la Voie-Lacte, 240 km/s. Actuellement une distance de 27.000 annes lumire du centre, il faut au Systme Solaire 250 millions d'annes pour accomplir un tour autour du coeur de la Voie-Lacte. Mais en plus le Soleil plonge et remonte comme une vague. Il est 48 annes lumire au dessus du plan et en phase ascendante la vitesse de 7 km/s. Tous les 30 millions d'annes le Soleil traverse le plan de la Voie-Lacte. C'est lorsqu'il traverse les bras de la galaxie qu'il s'expose subir des ondes de choc de supernova ou de nuage de gaz. Toutes les extinctions sur Terre ont justement eues lieu quand la Terre travers un des bras galactique. 40. LES ORBITES DES PLANETES 41. Les orbites des plantes et de quelques corps autour du Soleil L'inclinaisons des orbites par rapport l'ecliptique (orbite de la Terre) 42. III) L'origine de la Lune Lors des diffrentes missions dexploration lunaire Apollo, quelques 362 kg de roches ont t prleves et ramenes sur Terre. La plupart des connaissances actuelles sont le rsultat des analyses de ces chantillons. Aujourdhui encore, elles sont toujours activement tudies par les scientifiques. La seule certitude qui ressort de ces analyses, cest lge des pierres (entre 4.6 et 3 milliards dannes). Une chose est donc sre, la Lune a t forme en mme temps que notre plante, ainsi que toutes les autres plantes du systme solaire. 43. Thorie de la co-accrtion Thorie disant que la Lune et la Terre se sont paralllement formes, en mme temps, lors de la phase d'accrtion partir de la nbuleuse primitive du systme solaire. 44. Thorie de la capture Cette thorie spcule que la Lune sest forme ailleurs dans le systme solaire (satellite dune autre plante ou bien 10me plante trop petite) et quelle a t capture par la force dattraction de la Terre. 45. Thorie de la fission Thorie postulant que la Terre tournait si vite sur elle-mme quelle sest aplati sur son quateur, par la force centrifuge, tant et si bien quelle se divisa en deux parties, la plus petite formant la Lune. 46. Thorie de l'impact Cest la thse la plus probable. La Terre aurait t percute de plein fouet par un norme corps plantaire, approximativement de la taille de Mars et compos de fer, de nickel et dun manteau de silicates. La Lune se serait alors forme par phnomne daccrtion, partir des roches en fusion jectes dans lespace la suite de limpact. 47. IV) LORIGINE DE L UNIVERS 48. LA MATIRE 49. LE BING BANG 50. LE BING BANG Le Big Bang est la thorie la plus communment admise par la communaut scientifique pour expliquer lorigine, du temps, de lespace et de la matire dans lunivers. Il aurait eu lieu il y a environ 13-15 milliards dannes, soit lage de lunivers aujourdhui. 51. Le premier suggrer lorigine de lunivers telle une explosion fut le prtre belge George Lematre en 1927. Quelques annes plus tard, Edwin Hubble dcouvrit que les galaxies sloignent une vitesse proportionnelle la distance les sparant les unes des autres (thorie de lexpansion de lunivers). Enfin en 1964 les astronomes et futurs prix Nobel Arno Penzias et Robert Wilson en donnrent la plus forte confirmation avec la dcouverte du rayonnement de fond cosmologique. 52. Les lments chimiques dans lunivers Aprs lapparition des particules lmentaires, des premiers nuclons puis des premiers atomes librs par limmense chaude boule de gaz quest le Big Bang, les premiers amas de matire commencent se former. 53. Lunivers est encore aujourdhui compos en trs grande majorit des lments les plus lgers : Hydrogne et Hlium. Ces deux lments, et plus particulirement lhydrogne, sont les deux principaux responsables des ractions de fusion thermonuclaire du Soleil. 54. La Nuclosynthse Appele aussi chane proton-proton, cette srie de ractions thermonuclaires est la principale source dnergie des toiles faible masse (dont fait partie le Soleil) et est lorigine de la production de lumire et de chaleur en leur coeur. 55. "1.En premier lieu, il se produit une collision entre les protons, porteurs dune charge positive. Cela ne peut se faire qu des tempratures trs leves, car les protons ont une charge lectrique positive responsable dune force de rpulsion mutuelle importante, quils ne peuvent vaincre que grce des vitesses trs leves. Lun des protons perd sa charge en mettant une particule lgre charge positivement, un positron (antiparticule de llectron) et un neutrino (lectriquement neutre et de masse quasi nulle). La particule neutre qui reste est un neutron et la combinaison de ce neutron et de lautre proton forme un noyau de deutrium (ou hydrogne lourd). 56. 2.Ensuite se produit une collision entre le noyau de deutrium et un autre proton. Le rsultat dune collision entre deux protons et un neutron est un noyau dhlium-3, un isotope lger dhlium. De lnergie est encore dissipe sous la forme dun photon de haute nergie. 57. 3.Quand une collision se produit entre deux noyaux dhlium-3, il en rsulte deux protons et un noyau dhlium-4, constitu de deux protons lis deux neutrons. Lnergie emporte par les photons et les particules mises chaque tape de ce processus maintient le noyau du Soleil une temprature de plusieurs millions de degrs, ce qui permet dentretenir la nuclosynthse jusqu puisement des rserves dhydrogne." 58. Le Cycle CNO 59. COMPOSITION ACTUELLE DE L'UNIVERS Les Galaxies Les Nbuleuses Les toiles Les Nova et Supernova Les Pulsars Les Trous Noirs Les Quasars 60. Les Galaxies Il y a plusieurs centaines de milliards de galaxies dans l'univers, et dans chacune plusieurs centaines de milliards d'toiles. On peut regrouper les galaxies en amas, euxmmes groups en superamas. On connait peu de choses sur la formation des galaxies, la gravitation a d y jouer un grand rle puisqu'elle prdomine encore dans la hirarchisation en amas et superamas. 61. Les nbuleuses Vaste nuage de matire interstellaire o la densit est nettement suprieure celle de l'espace interstellaire. La matire contenue dans ce nuage est compose de poussires et de gaz. Le gaz est un mlange de molcules varies dont des alcools, de l'ammoniac, des aldhydes (proches des sucres) et de l'eau, en plus de l'hydrogne molculaire (H2) qui est majoritaire. Ces molcules sont issues de la rencontre, et la combinaison, des atomes produits par l'toile. 62. Les nbuleuses Cet amas de gaz peut provenir d'une explosion unique d'une nova ou d'une supernova, comme pour la nbuleuse du crabe. 63. LEvolution des toiles 64. LEvolution des toiles Dans lunivers les toiles sont les principales sources dnergie, stocks et agglomrations de matire la fois. Leur volution est indissociable de celle de la matire de lunivers et constitue lun des terrains de recherche principaux des astrochimistes. Il existe beaucoup de types dtoiles ayant des cycles de vie parfois chaotiques, imprvisibles, apparemment inertes ou relativement stables. Ceci dpend directement de la masse de ltoile. Ainsi plus une toile est massive plus sa vie et mort seront courte et intense. Cette gnralisation est possible pour les toiles de la squence principale. 65. Les toiles sont de gantes boules de plasma (4me tat de la matire aprs ltat gazeux) qui produisent leur propre nergie grce des ractions de fusion thermonuclaire trs haute temprature. Les dtails volutifs dpendent directement du type dtoile en question. 66. La formation du systme solaire. Les diffrentes tapes de la formation du systme solaire : contraction dun nuage dhydrogne et dhlium, aplatissement du systme, formation de plantsimaux, mise en route des ractions nuclaires au centre, apparition du systme sous sa forme actuelle. 67. Evolution du protosystme Le protosystme maintenant bien dfini continue se contracter de plus en plus. Mais, daprs la loi de conservation du moment angulaire, si la taille dun corps se rduit, sa vitesse de rotation doit augmenter pour compenser. La contraction du protosystme saccompagne donc dune forte augmentation de la vitesse de rotation. 68. De plus, comme le protosystme nest pas rigide, un fort aplatissement se produit dans le plan perpendiculaire laxe de rotation. On se retrouve ainsi finalement avec une concentration de matire au centre, la prototoile, entoure dun disque de matire appel le disque protoplantaire. 69. V) LORIGINE DE LA VIE 70. L'abiogense, dans son sens le plus courant, dsigne l'tude de la gnration de la vie partir de la matire non vivante. Aujourd'hui, le terme est utilis principalement en biologie, dans le contexte de l'origine de la vie. Les origines de la vie sur Terre demeurent incertaines. Il y a de nombreuses thories scientifiques qui tentent d'expliquer l'apparition de la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui, vie dont on pense qu'elle remonte environ 3,5 3,8 milliards d'annes. 71. Les oasis des fonds ocaniques Pendant longtemps (en fait jusqu' la dcouverte en 1977 des oasis des fonds ocaniques associs aux sources hydrothermales) on avait la certitude tranquille que toute la chane de la vie sur terre dpendait entirement de la photosynthse. La dcouverte d'un peuplement animal trs dense associe aux sources hydrothermales (2500 mtres de fond) en absence de toute lumire, avait de quoi bouleverser cette certitude. Les dcouvertes se sont faites d'abord sur deux zones, la dorsale des Galapagos et la dorsale du Pacifique 13 N, qui ont t tudies en dtails, chacune comprenant quatre sites. Ces sites prsentaient une faune si riche qu'on leur a donn des noms vocateurs tels que le Jardin des Roses, le Banc des Moules, le Jardin du Paradis, le Menu Fretin, etc. 72. On sait qu'il n'y a pas que des sources chaudes 350C comme celles qui forment les sulfures mtallifres. Il y a aussi les sources tides, 15 ou 20C, et intermdiaires (jusqu' 40C); c'est principalement autour de ces sources que se retrouve le peuplement animal. En fait, on a ralis que la temprature de l'eau dans les peuplements les plus denses ne dpasse pas les 15C. 73. On y a dcouvert que la biomasse, c'est-dire la quantit de matire vivante par unit de volume, est de 10 000 100 000 fois plus grande sur ces sites que dans le milieu environnant. Cette biomasse est constitue de formes varies qui pour la plupart sont nouvelles pour la science. 74. Parmi les espces dominantes, il y a de grands vers tubicoles qu'on appelle Riftia, qui vivent dans un tube blanc nacr se terminant par un panache rouge et qui forment des buissons denses, hauts de 2 mtres; lui seul, un individu de tour de taille de 4 5 centimtres peut atteindre 1,5 mtre de long. On y trouve aussi deux espces de bivalves gants, sortes de moules ou de palourdes, des ophiures, des crabes, des petits gastropodes, des vers serpulids, des anmones de mer et des petits crustaces qui ressemblent des homards. 75. Plutt que d'utiliser la lumire comme source d'nergie premire pour synthtiser des carbohydrates comme le font les vgtaux (processus de la photosynthse), il y a ici des bactries qui tirent l'nergie d'un lment chimique trs abondant dans le milieu des sources hydrothermales, le soufre. C'est le processus de la chimiosynthse. Ces bactries se retrouvent en symbiose dans les tissus des grands vers tubicoles. Dans une certaine mesure, les vers constituent donc le premier maillon de la chane alimentaire. On a dcouvert aussi par la suite que les grands bivalves possdaient eux aussi cette bactrie chimiotrope. Plus tard, on a dcouvert sur la dorsale de l'Atlantique, des sortes de petites crevettes aveugles qui couvrent de peuplements trs denses les parois des chemines et qui ont elles aussi ces bactries chimiotropes comme symbiotes. 76. Depuis, on a dcouvert qu'il existe de tels oasis en dehors des dorsales ocaniques et qu'il y a plusieurs situations qui peuvent amener l'mission de fluides sur les planchers ocaniques. On y a dcouvert que la chimiosynthse ne se limite pas au soufre, car on trouve des faunes qui dpendent d'autres produits tels le mthane (CH4) et l'azote de l'ammoniaque (NH3). Cette dcouverte des oasis des fonds ocaniques est importante. Non seulement est-elle venue bouleverser notre comprhension de la vie au fond des ocans, mais aussi remettre en question nos hypothses sur l'apparition de la vie sur terre . 77. THORIE DE LA PANSPERMIE La panspermie formule dans l'Antiquit par Anaxagore, puis propose dans sa forme moderne par Hermann von Helmholtz en 1878 est une thorie scientifique qui affirme que la Terre aurait t fconde de l'extrieur, par des moyens extraterrestres. L'on parle d'ailleurs plus prcisment de lithopanspermie lorsque la vie serait venue sur Terre depuis des corps rocheux comme les comtes.