Question 18 : Exploration spatiale aujourd'hui - Episode 2

Coucou les p'tits loups ! (Ouais j'aime bien cette expression ^^)

Alors, nous sommes à l'épisode 2 de notre saga sur l'exploration spatiale de nos jours. La dernière fois, nous sommes partis du tableau suivant :

Aujourd'hui nous allons nous intéresser aux survols des planètes par une sonde spatiale !

Episode 2 : Survols planétaires

Comme vous pouvez le constater sur le diagramme, toutes les planètes (et la Lune) ont été survolées par des sondes spatiales.
A l'origine de l'histoire des sondes spatiales, les sondes étaient surtout construites pour effectuer des survols. De nos jours, les survols ne sont plus effectués que dans le cadre de "bonus" sur des trajectoires d'assistance gravitationnelle (cf article futur), ou encore pour des objets lointains du système solaire (cf article futur aussi =P).

Mercure a été survolé pour la première fois par la sonde Mariner 10 en 1974 (qui la survolera encore deux fois en 74 et en 75), puis une deuxième fois par Messenger en 2008 (qui la re-survolera en 2008, puis en 2009, avant de se satelliser autour en 2011).
Grâce à Mariner 10, nous avons découvert que Mercure possède un champ magnétique (ce qui était impensable selon les astrophysiciens auparavant) qui serait produit par Mercure elle-même, et une faible atmosphère. Mariner 10 a également fait une bonne série de photos de la surface sur un hémisphère. Le deuxième hémisphère a été cartographié par Messenger, ce qui a permis une bonne couverture photo de la surface. 

Surface de Mercure vue par Mariner 10, en fausses couleurs.
En bleu : présence de Titane.
En orange : matériaux anciens provenant de la croûte.
En bas à droite : le cratère Kuiper.

Première photo à haute résolution de Mercure par Messenger.

Vénus quant à elle a été survolée pour la première fois par la sonde Mariner 2 (1962), qui a permis entre autre de découvrir la température de surface de Vénus (700K, l'équivalent de 427°C environ) entre autre.

Mariner 2 (vue d'artiste).

La Lune a quant à elle été survolé par Luna 1 (1959) entre autres, qui fut d'ailleurs la première sonde spatiale à s'affranchir de la gravitation terrestre. Elle a découvert l'absence de champ magnétique autour de la Lune, et la présence d'un vent solaire. 

Luna 1.

Mariner 4 survola Mars en 1965, et fournit 21 images assez bonnes. 4 ans plus tard, Mariner 6 et 7 survoleront aussi Mars, mais seront occultées par le premier pas de l'Homme sur la Lune ... Elles ont cependant fourni de nombreuses images.

Images fournies par Mariner 4.

Jupiter a eu pas mal de succès, étant survolées par Pioneer 10 et 11 en décembre 73 et 74, puis par Voyager 1 et 2 en 79, et également par Ulysses, Cassini et New Horizons. Les Pioneer fournissent les premières images proches de Jupiter et de ses satellites, découvrent un champ magnétique plus fort que prévu, et estiment la masse du système Jupiter-Satellites. Les Voyager approfondissent l'étude des satellites, puis découvrent les anneaux de Jupiter, fournissent les premières images de la Grande Tache Rouge, découvrent la présence d'ions autour d'Io et des volcans à sa surface et enfin des flash lumineux dans l'atmosphère de Jupiter. 

Les satellites galiléens de Jupiter, vus par Pioneer 10.

Approche de Jupiter par Galileo

Saturne est pas mal non plus : Pioneer 11 (1979), Voyager 1 (1980) et 2 (1981) et enfin (et surtout) Cassini (2004) !
Pioneer 11, c'est la découverte de plusieurs satellites, d'un autre anneau, et la mesure d'une température trop froide sur Titan (plus gros satellite de Saturne, 2e plus gros satellite du système solaire) pour la vie.

Saturne, vue par Pioneer 11

Voyager 1 nous a confirmé que Titan avait une atmosphère épaisse et opaque, avec des traces d'hydrocarbures.

Atmosphère de Titan en fausses couleurs,
vue par Voyager 1

Voyager 2 quant à elle nous a permis de mesurer températures et pressions dans l'atmosphère de Saturne.
Enfin, pour Cassini, la liste des avancées scientifiques serait longue. La mission dure depuis maintenant 10 ans environ et nous a permis entre autre de découvrir les sillons à la surface glacée d'Encelade et d'étudier ses geysers.


En ce qui concerne Uranus, nous n'avons effectué qu'un seul survol par la sonde Voyager 2. Celui-ci nous a permis de faire des images en rapproché, de découvrir plusieurs satellites de plus que ceux connus plus tôt, et d'étudier Miranda notamment, le plus proche satellite d'Uranus. Voyager 2 a mis en évidence une structure particulière sur cette lune, avec des canyons profonds et des structures en gradins.

Miranda, satellite d'Uranus

Voyager 2 a ensuite continué son périple jusqu'à Neptune, et c'est également la seule sonde à l'avoir survolé. Néanmoins ce survol a permis de découvrir que la dernière planète du système solaire possède des anneaux, faits de particules trop fines pour être observées depuis la Terre.

Les anneaux de Neptune

 

Il a aussi permis d'étudier quelques peu la dynamique atmosphérique, notamment via l'observation d'une Grande Tache sombre.

Grande Tache Sombre de Neptune

Enfin, le survol a permis d'étudier également Triton, le principal satellite de Neptune, et d'y mesurer une température de 38K (-235°C), température la plus froide jamais mesurée à la surface d'un objet du système solaire !

Voilà pour les survols les cocos, et désolé pour le temps que m'a pris la rédaction de cet article ... Cette phase d'exploration spatiale est la dernière qui a été finalisée pour toutes les planètes du système solaire, c'est à noter. Ainsi, pour les futurs articles, nous ne parlerons plus d'Uranus et Neptune par exemple (et ouais,désolé pour leurs fans ...).

La prochaine fois :

L'exploration spatiale, épisode 3 :

les sondes en orbite 

Question 17 : L'exploration spatiale aujourd'hui - Episode 1

Coucou les p'tits jeunes (ou pas) !

Aujourd'hui, après ce long silence (encore ...), nous allons entamer une série d'articles sur .... l'exploration spatiale !
Déjà, il faut bien souligner que je parle ici d'exploration spatiale, pas de conquête spatiale ! Ca peut paraître idiot comme précision, mais ça a son importance. La plupart des astrophysiciens ne supportent pas l'emploi du terme de "conquête" spatiale, qui est fortement connoté de violence, alors que les scientifiques explorent, ils ne détruisent pas, ni ne conquièrent.
Ceci étant dit, démarrons par cette image :

Comment lire ce tableau ? En colonnes, vous avez, de gauche à droite : Mercure, Vénus, la Lune, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. En lignes, les phases de l'exploration spatiale avec, de haut en bas : Observations depuis le sol de la Terre, Survol, Sonde en orbite, Descente dans l'atmosphère et/ou atterrissage, Exploration humaine. Et les images ? Elles indiquent que tel objet a été exploré par la phase d'exploration en question. Nous allons revenir en détails là-dessus, à commencer par ...

Episode 1 : Observations depuis le sol terrestre
Ce qu'on peut voir sur ce tableau, c'est que tous les objets listés ici ont été observé depuis le sol.

Il suffit de sortir la nuit pour vous rendre compte que la Lune a toujours été observé. En tant qu'astre le plus proche de nous, elle est particulièrement visible depuis le sol, sauf les jours de Nouvelle Lune !

Quant aux planètes, il y en a 5 qui sont visibles à l'oeil nu :

- Mercure a été observé depuis l'Antiquité. La première trace que nous avons de ces observations date des sumériens, au 3e millénaire avant JC. Compte-tenu de sa proximité au Soleil, Mercure reste toutefois assez difficile à observer.
- En tant que 3e objet le plus brillant du ciel, Vénus a plus ou moins toujours été observé. C'est sa brillance particulière qui lui a d'ailleurs valu son surnom d'Etoile du Berger, comme vous le savez sûrement déjà (sinon, revenez dans quelques jours, je ferai bientôt un article dessus !).
- Mars est également connu depuis l'Antiquité, notons notamment les Egyptiens, qui avaient même repéré son mouvement rétrograde (cf futur article !) !
- Jupiter de même est connu depuis des millénaires, puisque, et si vous l'avez déjà vu dans le ciel nocturne vous comprendrez bien, elle est très bien visible la nuit. Galilée l'a d'ailleurs beaucoup observé, et a découvert ses 4 plus gros satellites : Io, Ganymède, Europe et Callisto. 
- La dernière planète visible à l'oeil nu est Saturne, évidemment. Ses anneaux sont observés d'abord par Galilée, qui ne comprend pas ce qu'ils peuvent être. C'est Huygens qui les redécouvre et comprend leur nature en 1656.

Pour ce qui est des autres planètes :
- Uranus a déjà pu être observée dans l'histoire, mais elle a souvent été confondue avec une étoile. Sa découverte officielle par Sir William Herschel date de 1781, et a été effectuée au télescope.
- Neptune, enfin, n'est pas non plus visible à l'oeil nu, et a été vue pour la première fois au télescope en 1612. La particularité de cette planète, c'est qu'elle a été découverte par le calcul (cf article futur), autour de la trajectoire de Neptune ! Les observations n'ont servi qu'à confirmer cette prédiction.

Allez, mention spéciale pour Pluton, même si ce n'est pas une planète je le rappelle : Pluton a été observée pour la première fois en 1930, lors de la recherche de l'objet qui pourrait expliquer les anomalies dans la trajectoire de Neptune (calculs semblables à ceux qui ont mené à la découverte de Neptune).

C'est ainsi que se termine notre premier épisode de cette série sur l'exploration spatiale. Rendez-vous au prochain article pour traiter des observation par survols ! A bientôt !!

Question 16 : la Lune et son interaction avec la Terre

Coucou les p'tits loups !

Alors ce soir, de quoi qu'il parle tonton Max' ? Et ben il vous parle de 

La Lune : comment s'est-elle formée et pourquoi nous sauve-t-elle des glaciations ?

La formation de la Lune, ça a trait à ce dont je vous parlais il y a de cela 2 articles : les impacts géants.

Rappelez vous, il s'agit de la période du Système Solaire où les embryons planétaires de quelques kilomètres de diamètre se rentrent dedans et :

1) se disloquent complètement et forment des objets plus petits

2) fusionnent et forment les 4 planètes telluriques

Un de ces impacts, entre l'embryon de Terre et un autre objet planétésimal nommé Théia, a eu une géométrie un peu particulière. Théia, c'est un embryon planétaire qui ce serait formé au point de Lagrange L5 (un point d'équilibre de l'orbite de la Terre). Au fur et à mesure qu'il grossissait, il a perdu sa condition d'équilibre avec la Terre, et a été attiré par elle. Ceci est résumé en-dessous :

L'impact entre la pro-Terre et Théia s'est fait de telle sorte que le noyau ferreux de Théia a été absorbé par la pro-Terre, et que le reste, plus une partie du manteau terrestre, s'est retrouvé en orbite autour de la pro-Terre. Ce disque de matière autour de la pro-Terre s'est ensuite ré-aggloméré pour donner la Lune.

Une petite animation pour caler les idées :

Donc voilà, la Lune est formée. Maintenant, en quoi nous sauve-t-elle des glaciations catastrophiques ?

Et bien il se trouve que la présence de la Lune, à la distance où elle se trouve, et à la masse qu'elle a, agit gravitationnellement de manière à ce que l'axe de rotation de la Terre soit globalement stable à l'échelle de plusieurs milliers d'années. En d'autres termes : l'axe de rotation de la Terre fait un angle d'environ 23° avec l'écliptique, et cet angle varierait entre 0 et 90° sans la Lune. Ces variations irrégulières et chaotiques entraîneraient sûrement des glaciations extrêmes qui pourraient anéantir les Humains. Mais comme la Lune est là, elle nous protège de cela.

De plus, en orbitant autour de nous et en présentant une large surface au reste du Système solaire, elle nous a protégé d'une grande partie des astéroïdes et comètes qui auraient pu nous tomber dessus. La disparition des dinosaures, ça vous dit quelque chose ? Et bien, on aurait pu s'en prendre plus qu'une de ce genre si la Lune ne nous protégeait pas ainsi.

Si vous êtes à présent convaincus que la Lune est notre salvatrice, j'ai rempli mon job.

N'allez cependant pas vous raser le crâne et prendre une toge blanche pour aller vous flageller sur l'autel du culte à la Lune, sinon on va m'inculper pour incitation à participation à une secte ^^"

Bref, sur ce bonne soirée/journée/etc, et à la prochaine, durant laquelle nous parlerons de :

Où en est-on de l'exploration

spatiale ?

Question 15 : le Bombardement Massif Tardif

Coucou les jeunes !

Alors, on avait laissé notre Système Solaire avec toutes les planètes créées, et nous étions sur le point de parler du Bombardement Massif Tardif. Let's go donc !

Je rappelle donc que dans la configuration que l'on a laissé, Saturne et Jupiter sont en résonance 3:2, il reste des planétésimaux un peu partout dans le Système Solaire, et on a une grosse ceinture d'astéroïdes/comètes au-delà de Neptune. Sous l'effet gravitationnel des planétésimaux qui orbitent un peu partout dans le Système Solaire, Jupiter et Saturne se rapprochent d'une résonance 1:2 (Saturne fait 2 tours du Soleil quand Jupiter en fait 1). Lorsqu'elles l'atteignent, cela bouleverse complètement l'équilibre du Système Solaire. En effet, Saturne se retrouve sur une orbite très excentrique (une ellipse très allongée dans un sens, plutôt qu'un cercle), ce qui la pousse à la rencontre d'Uranus et Neptune. Celles-ci se retrouvent alors expulsées sur des orbites très excentriques également, ce qui a pour effet de complètement déstabiliser l'équilibre de la ceinture d'astéroïdes/comètes.
On pense que celle-ci a alors perdu 99% de sa masse, éjectée hors du Système Solaire, ou contre les objets du Système Solaire interne, comme on le voit dans cette animation.

Comment est-ce qu'on peut vérifier ça ? En regardant tous les cratères sur les planètes telluriques et leurs satellites. En effet, il apparaît que la surface de la Lune est constellée de cratères à saturation, à n'importe quelle échelle où on se place. Ces cratères sont datés d'environ 4 milliards d'années : ils pourraient résulter de ce Bombardement Massif.
Sur les autres planètes telluriques, ces cratères existent également, mais l'activité géologique des planètes les a effacés. Sur Terre notamment le volcanisme a presque tout effacé. 
D'autre part, la place et les propriétés des astéroïdes troyens sur l'orbite de Jupiter est un autre argument en faveur de la théorie du Bombardement Massif Tardif.

Voilà, c'est ça le Bombardement Massif Tardif =)

La prochaine fois : 

Pourquoi la Lune nous a-t-elle permis d'exister ?

A plus tard ;) !

Question 14 : La formation du Système Solaire

Bonsoir les amis !

Sans transition entrons vite dans le vif du sujet du jour : la formation du Système Solaire !

Tout a commencé par une explosion. On pourrait commencer un cours de Cosmo' par cette phrase, et pourtant aujourd'hui je ne vous parlerai pas de cosmo' (on a eu notre dose hier ...). Aujourd'hui je vous parle de nous, notre système solaire. Tout a commencé par une explosion ai-je dis, et laissez moi vous conter pourquoi et comment.

Il y a presque 5 milliard d'années de cela, en lieu et place de notre système solaire se trouvait un gigantesque nuage de gaz et de poussières que l'on appelle "nébuleuse". Cette nébuleuse était plusieurs fois plus grande que notre système solaire actuel. Elle devait ressembler plus ou moins à d'autres nébuleuses "pépinière d'étoiles", comme celle d'Orion :

Sauf qu'on était pas là pour la voir =P
Bref, un gros nuage de gaz et de poussières donc, mais que lui est-il arrivé pour qu'il devienne notre système solaire ? Une explosion (et oui nous y revoilà) !
En fait, il s'agit probablement de la mort explosive (on parle de SuperNova) d'une étoile massive (plusieurs fois la masse du Soleil) se situant à proximité qui a enclenché le processus de création du Soleil. Les ondes de choc créées par l'explosion auraient compressé le gaz de notre nébuleuse, jusqu'à ce qu'il atteigne ce que l'on appelle la limite de Jeans. La limite de Jeans, c'est en gros la limite de taille/masse au-delà de laquelle un nuage commence à s'effondrer sur lui-même, à cause de la gravité.
Pour visualiser le processus, imaginez vous un gigantesque drap, sur lequel vous faites figurer des grains de sable de manière homogène, de sorte à ce que le drap reste "plat". Si maintenant vous secouez le drap (onde de choc de la supernova), il y aura des zones où le sable va s'accumuler, et donc "peser" sur le drap. En pesant sur lui, il va l'enfoncer, attirant alors à lui d'autres grains de sable, etc. Là, c'est la même idée, mais avec du gaz, de la poussière et de la gravité.
Ainsi, l'onde de choc de la supernova a permis l'effondrement de la nébuleuse sur elle-même. Quelque part, probablement là où la limite de Jeans a été franchie, notre Soleil commence à se former et le gaz/la poussière se met à tourner autour de lui, en s'effondrant tout doucement sur lui.

Le Soleil, plus il devient gros, plus il chope le gaz autour de lui (on dit qu'il l'accrète). Il arrive un moment où la température et la pression au coeur du Soleil deviennent telles qu'il peut entamer des réactions de fusion nucléaire. En gros, il va prendre plusieurs atomes d'hydrogène pour les fusionner en atomes d'hélium, et en tirer toute l'énergie qui lui permet de briller. Notre Soleil s'allume alors.

A ce stade, on a un Soleil allumé et un disque de gaz et de poussières qui lui tourne autour (les gaz et poussières les plus lourdes se trouvent plus près du Soleil, les gaz légers plus loin). Les radiations lumineuses émises par le Soleil réchauffe le disque, mais la température est logiquement plus faible plus on s'éloigne de lui. Il y a une limite de distance au Soleil à partir de laquelle la glace d'eau peut se former : la limite des glaces (ils se sont pas foulés pour le nom ...). On pense que de petits grains de glace ont pu se former au-delà de cette limite des glaces, et accréter de la poussière et de la glace autour d'eux. Ce serait ainsi que s'est formé le coeur de Jupiter. Une fois qu'il a été assez massif, ce coeur s'est mis à accréter le gaz également (de l'hydrogène et de l'hélium donc principalement, puisque ce sont les plus légers et qu'on est loin du Soleil), et Jupiter a grossi en pompant le gaz du disque. Le problème, c'est qu'en même temps bébé-Jupiter tourne autour du Soleil, et il reste du gaz entre lui et le Soleil. Du coup, il migre vers le Soleil, en bouffant tout le gaz sur son passage.
Problème : mais pourtant nous, on est là ? Alors pourquoi Jupiter nous a pas bouffé ? Parce que Saturne était là pour nous sauver !

En effet, pendant que Jupiter était déjà bien avancée sur sa création, Saturne commençait à poindre le bout de son nez (même formation : un coeur de glace sur lequel accrète le gaz). Saturne a alors essayé de migrer à son tour pour rejoindre Jupiter, jusqu'à ce que les deux planètes rentrent en "résonance 3-2". Qu'est-ce que ça veut dire ? Tout simplement que Jupiter faisait trois tours autour du Soleil quand Saturne en faisait deux. Cette propriété a fait stopper Jupiter dans sa migration, ainsi que Saturne. Et où ? A peu près après l'orbite de Mars. Ouf.

Mais pendant ce temps, ça reste pas inactif dans le système solaire interne (entendez par là entre le Soleil et Jupiter). En effet, rappelez vous que près du Soleil on a les poussières les plus lourdes : les roches. En s'entrechoquant entre elles depuis la formation du disque, elles ont fini par atteindre une taille de quelques kilomètres, ce sont les planétésimaux, ou embryons planétaires. On estime à une dizaine le nombre d'embryons planétaires ainsi formés dans notre système. Ces planétésimaux vont eux aussi se rentrer dedans, et selon la géométrie de l'impact (de biais, de face ou par le flanc) ils vont se détruire mutuellement, s'agglomérer, ou ne rien faire. Il existe entre autres deux objets dont l'impact est intéressant : la Terre et un autre embryon, qui donneront naissance à la Lune.
En effet, la géométrie de cet impact a été tel que la Terre est restée presque telle quelle, mais qu'une partie de son manteau s'est retirée dans l'espace autour d'elle, avec les débris de l'autre embryon, qui lui s'est complètement détruit. Tout ça s'est mis à tourner autour de la Terre, pour former plus tard la Lune.
Bref, à coup d'impacts géants comme ça, on passe d'une dizaine de planétésimaux à quatre planètes telluriques : Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Ca, c'est fait. Mais ... Et Jupiter et Saturne dans tout ça ? Et Uranus et Neptune ?

Revenons à Jupiter et Saturne. Elles sont tranquilles, peinards dans leur résonance 3-2, et celle-là les fait doucement reculer vers l'extérieur, jusque là où elles sont à présent (environ). Mais pendant ce temps au fond se forment Uranus et Neptune, autour d'immenses coeurs de glace. Lorsqu'elles se trouvent être assez massives, elles sortent Saturne de sa résonance avec Jupiter, et cela a eu un retentissement tellement puissant que ça a précipité toute la matière du disque externe (des gros grains de glace : les comètes, et de roche : les astéroïdes) vers l'intérieur. C'est ce que l'on appelle le Bombardement Massif Tardif. Et c'est ainsi que l'eau (qui se trouvait dans le système externe principalement) est revenue dans le système interne, et sur la Terre et ses 3 amies principalement.

Petite simulation de ce qu'il se passe quand

on sort Saturne de sa résonance avec Jupiter 

(en vert ce sont les astéroïdes/comètes)

Et voilà en gros comment notre système solaire s'est formé.

Merci si vous m'avez lu jusqu'ici, je sais que mes deux derniers articles sont particulièrement longs, mais ils en valent la peine (et encore je me retiens ...) =)
Demain (ou la prochaine fois) : 

Qu'est-ce que le Bombardement Massif Tardif a de particulier

dans l'histoire du Système Solaire ?

Bah oui, si je finis là-dessus c'est pas pour rien, ça présage d'une suite =P

A demain donc pour cette fameuse suite : Formation du Système Solaire, épisode 2 !

Question 13 : La matière noire

Bonjour bonjour !

Alors ça y est, vous m'attendiez, me revoilà ! Désolé de ma longue absence, mais entre oraux, fêtes, examens et stage ...
Bref, je vous avais laissé sur un sujet à suspense : La matière noire !
Qu'est-ce que ça t'est-ce ?

Asseyez-vous bien au chaud, et laissez-vous conter l'histoire de la masse cachée.
Partons d'un petit calcul simple : le temps de chute libre (temps caractéristique que met un objet soumis à la gravitation pour s'effondrer sur lui-même). On sait que t = racine(R^3 /GM), où R est le rayon de l'objet et M sa masse (G la constante de gravité).
Petite relation simple pour une sphère : M = 4/3 Pi R^3 * ro (où ro est la masse volumique). Donc t = 0,002 / racine(ro) en années.
Bref, j'vous saoule avec mes équations, mais je voudrais en venir à un constat simple : si vous prenez l'Univers observable en entier (ro = 10^(-27) kg/m^3, ie 0,000..(26 zéros)..1 kg/m^3), alors vous tombez sur un temps de chute libre de 10^11 ans (ie 100 milliards d'années). Où est le constat ? Bah c'est simple : l'âge de l'Univers prédit par le modèle actuel, c'est environ 14 milliards d'années. Toujours pas ? Bah ça veut dire que si l'Univers suit cette loi, on devrait voir des galaxies d'ici 86 milliards d'années, environ.
Quoi ? Vous pensiez qu'on voit déjà des galaxies ? Ah mais oui vous avez raison ! Vous comprenez rien à ce que je dis ? Et bien voilà : ce que je tente de vous dire, c'est qu'avec les lois de la physique qu'on connaît, on NE PEUT PAS expliquer l'existence des galaxies 14 milliards d'années après le Big Bang avec seulement la matière visible.
Et oui ! D'où vient le problème ? Si on part du principe que nos lois de la physique sont justes, c'est que le ro = 10^(-27) kg/m^3 dans nos observations est faux. Il faut qu'il soit beaucoup plus grand pour que le temps de chute libre soit plus faible, et qu'on observe les galaxies aujourd'hui et pas dans 86 milliards d'années. Cette masse qui manque et que nous ne pouvons pas voir (sinon on aurait déjà compté sa masse dans le ro), c'est ce que l'on appelle la Matière Noire.

Historiquement, le premier indice que nous avons eu de l'existence de la matière noire, ce sont les mesures de Fritz Zwicky en 1933. Ce cher monsieur suisse a voulu comparer deux manières de calculer la masse d'un amas de galaxies (une grosse collection de galaxies dans une petite région du ciel) : la masse "dynamique" (calculée à partir des équations de Newton) et la masse "lumineuse" (celle qu'il faut pour qu'elles produisent la lumière qui nous parvient ici sur Terre). Donc la masse "que l'on voit", et la masse "qui est soumise à la gravitation". Et qu'observe-t-il ? Que la masse "que l'on voit" est 400 fois plus petite que "celle qui est soumise à la gravitation". Pourtant, les deux devraient être les mêmes !
Cependant, Zwicky était un être à fort caractère, les autres scientifiques ont ignoré ses mesures.

Quelques années plus tard (années 70), une doctorante en astrophysique du nom de Vera Rubin étudiait les courbes de rotation des galaxies, quand elle fit une découverte surprenante.
Déjà, qu'est-ce qu'une courbe de rotation de galaxie et qu'attendons-nous à voir sur ces courbes ?
Une galaxie, ce sont du gaz, des poussières et des étoiles qui tournent autour d'un point central, en gros. La courbe de rotation d'une galaxie, c'est le graphique de la vitesse de rotation d'une région de la galaxie en fonction de sa distance au centre de la galaxie.
Maintenant, imaginez un couple de patineurs sur une patinoire. Vous vous dites "mais qu'est-ce qu'il raconte d'un coup avec ses patineurs ?!" ? Et bien attendez voir. Regardez un des deux patineurs lorsqu'il tourne sur lui-même : il va plus vite lorsqu'il ramène ses bras le long du corps que lorsqu'ils sont éloignés, pas vrai ? Vous ne voyez toujours pas ? Et bien regardez :

Convaincus ? Bien. Alors maintenant, dites vous que c'est pareil pour tout objet en rotation : plus l'objet est étendu, plus les régions externes tourneront moins vite que les régions internes (c'est ce qu'on appelle la rotation différentielle). Par exemple : Mercure a une plus grande vitesse de rotation autour du Soleil que Jupiter, parce que Jupiter est beaucoup plus éloignée du Soleil que Mercure.
Bref, donc extrapolez ça aux galaxies, et vous verrez qu'on s'attend du coup à ce que la vitesse d'une région de la galaxie soit de plus en plus faible au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre. Tout le monde voit ça ? Alors donc, qu'a observé Vera Rubin ? Que ... ce n'était pas du tout le cas. En fait elle a observé ça :

La courbe A, c'est la rotation différentielle.

La courbe B, c'est ce qu'a trouvé Vera Rubin.

Et ça, ça peut s'expliquer par la présence de matière noire. En effet, si vous imaginez qu'il y a beaucoup de matière que vous ne voyez pas dans la galaxie, et qui s'étend bien au-delà de la galaxie "visible" (grâce à la lumière), on peut expliquer avec des équations le palier de la courbe B.

Au final, ce qu'il faut retenir de tout ça, c'est que pour justifier la plupart de nos observations actuelles sur l'Univers, on a besoin de faire appel à de la matière "invisible" avec une masse totale sur tout l'Univers qui serait 5 à 6 fois supérieure à la masse totale de matière "visible" (par visible et invisible, on entend "qui peut être détecté par la lumière", et pas du tout "que l'on peut voir à l'oeil"). Cette masse cachée, c'est la matière noire.

J'espère que vous avez compris ce que j'ai essayé de vous expliquer, et si ce n'est pas assez clair n'hésitez pas à me le faire savoir.

Demain, je tâcherai de traiter de la question : 

Comment s'est formé le système solaire ?

A demain !!!

Question 12 : Redshift

Coucou, c'est pas moi !!

Alors aujourd'hui au menu : le redshift.

Pour commencer, il faut parler un peu d'effet Doppler. Qu'est- ce que c'est ? Une petite vidéo pour vous montrer que vous connaissez :

Bon, la vidéo a un peu fait tout le boulot à ma place ...
Essayons de revoir ça vite fait :

Au repos, la voiture émet un son qui se propage à la même vitesse dans toutes les directions. Un son, c'est une fréquence. En gros, c'est le nombre de "crête de son" que l'on reçoit en une seconde. Donc si la voiture est au repos, on entend la même fréquence en tout point autour de la voiture.

Maintenant, si la voiture bouge, vous pouvez voir que les "crêtes de son" sont "écrasées" vers l'avant et "étirées" vers l'arrière du mouvement. Ainsi, si vous êtes devant, vous recevrez plus de "crêtes de son", alors que derrière vous en recevrez moins. Donc la fréquence sonore sera plus élevée devant, et plus faible derrière. Une fréquence élevée, c'est un son aigu, alors qu'une fréquence basse c'est un son grave. Ainsi, le son est aigu lorsque la voiture arrive vers vous, et devient grave une fois qu'elle est passée à votre niveau. 

Regardez à nouveau la vidéo maintenant : vous comprenez tout =D !

Bref, quel rapport à l'astrophysique et au redshift ?

Et bien en astro il y a d'autres fréquences tout autant intéressantes que celles sonores : les fréquences lumineuses. En fait, on définit une fréquence dès qu'on a une onde : fréquence sonore pour onde sonore (son), fréquence lumineuse pour une onde lumineuse (lumière). 

Si on transcrit le phénomène d'effet Doppler en terme de fréquence lumineuse, ça donne :

- si un objet s'approche de vous, vous recevez une fréquence plus forte que celle que l'objet émet ;

- si un objet s'éloigne de vous, vous recevrez une fréquence plus faible que celle que l'objet émet.

Or, sur la gamme des fréquences lumineuses (ce qu'on appelle un spectre), on voit que 

(les fréquences augmentent de droite à gauche)

les faibles fréquences sont dans le rouge, et les hautes dans le bleu.

Donc si un objet s'approche de vous, vous le voyez plus dans quelle couleur ? Le ..... Bleu bien sûr ! Fréquence lumineuse plus forte, donc décalée vers le bleu !

Inversement, s'il s'éloigne, il se décale vers ... le rouge ! Et devinez quoi ? En anglais, décalage vers le rouge, ça se dit ... redshift ! Mais oui ! Trop fort !

Ainsi, le redshift d'un objet, c'est la mesure de son éloignement par rapport à nous =)

Il y en a deux types plus importants :

1) le redshift Doppler, dû à la vitesse relative d'un objet par rapport à nous, comme dans l'animation qui suit :

2) le redshift cosmologique, qui est dû à l'expansion de l'Univers. Bon, c'est relativement complexe à ce stade, mais essayons de simplifier les choses : l'Univers, c'est un gros ballon de baudruche (si si je vous jure !). Sur ce ballon, y a des dessins : les galaxies. Or l'Univers est en expansion, c'est-à-dire que le ballon se gonfle tout seul. Du coup qu'est-ce qui se passe ? Les dessins (les galaxies) s'éloignent les unes des autres de la même manière dans toutes les directions, alors qu'ils sont fixes par rapport à l'Univers lui-même. Mais s'il y a éloignement, il y a un effet Doppler (pour ceux qui veulent aller plus loin : on peut convertir la fréquence d'une onde lumineuse en longueur d'onde. Et donc dans le cas présent, c'est que l'onde s'étire de la même manière que l'Univers, donc la longueur d'onde augmente, et la fréquence diminue : décalage vers le rouge).

Voilà, c'était un peu violent aujourd'hui, mais j'espère que ça a été =)

Et pour ce week-end, plus violent encore :

Qu'est-ce que la matière noire ?

Et bien il ne me reste qu'à vous souhaiter un bon week-end, et si vous souhaitez approfondir sur l'effet Doppler et le redshift, je vous laisse ce lien : effet Doppler et redshift .

Question 11 : Aurore boréale

Hey !

Bon, y a pas tellement de tentative de réponse à mes questions en ce moment ^^"
Tant pis pour vous, je réponds à votre place !
Donc je vous rappelle qu'hier la question était : Qu'est-ce qu'une aurore boréale ?
En fait j'aimerais même répondre à : qu'est-ce qu'une aurore, tout court ?

Si vous vous souvenez d'hier, j'ai dit que les particules du rayonnement cosmique :
1) transportent énormément d'énergie ;
2) se baladent en hélice le long du champ magnétique terrestre en direction du pôle.

Du coup, aux pôles, on se retrouve avec des particules très énergétiques, qui se choquent avec les particules de l'atmosphère. Du coup, ça les ionise : elles perdent ou gagnent des électrons. On dit aussi que les atomes de l'atmosphère sont excités. Sauf que dans la nature, les atomes n'aiment pas être excités. Ils essaient spontanément de revenir dans leur état fondamental. Pour ça, la seule manière qu'ils ont, c'est d'émettre des photons (des particules de lumière).

On voit bien que les aurores interviennent autour des pôles.

La couleur maintenant. Il faut savoir que l'azote se désexcite dans le bleu et le rouge, l'oxygène dans le vert et le rouge. Or l'atmosphère c'est 80% d'azote et 20% d'oxygène, d'où la teinte caractéristique des aurores.

La teinte particulière des aurores.

Notons donc que les aurores, ce sont des particules énergétiques chargées qui remontent le champ magnétique pour choquer les atomes de l'atmosphère, les exciter, et ceux-ci émettent alors de la lumière en se désexcitant. Ainsi, il suffit d'un champ magnétique et d'une atmosphère. Donc on peut imaginer que sur d'autres planètes avec champ magnétique et atmosphère, on aurait des aurores, non ? Et bien oui :

Sur Saturne

Sur Jupiter

Voilà, c'est ça une aurore. Et boréale ça veut dire que c'est une aurore du pôle Nord.

Pour demain : 

Qu'est-ce que le "redshift" ?

Voili voilou, à demain !

Question 10 : Rayons cosmiques

Salut salut !

Oui je sais j'ai pas mal de retard, mon week-end a été un peu long ... En fait non, mais comme j'ai pas mal de boulot en ce moment ... 

Bref, nous parlions donc de Rayons cosmiques. Qu'est-ce que c'est ?

Pour bien comprendre ce que sont les rayons cosmiques, remontons à leur découverte.

C'est en 1900 que Charles Thomson Rees Wilson découvre que notre atmosphère en ionisé en permanence, c'est-à-dire que les atomes qui le composent sont sous forme d'ions (ils ont perdu ou gagné des électrons, qui leur ont conféré une charge non nulle). Comment cela est-il possible ? L'ionisation d'une particule réclame de l'énergie, c'est donc qu'il y a de l'énergie qui provient de quelque part qui peut ioniser notre atmosphère.

Idée 1 : l'énergie provient de la Terre elle-même. Problème : quand Victor Franz Hess décide de mesurer l'ionisation des particules en montant dans un ballon, il observe que celle-ci augmente avec l'altitude, ce qui devrait être l'inverse si l'énergie provenait de la Terre. Autre observation importante : il y a très peu de variation de cette ionisation entre le jour et la nuit. Ainsi, on ne peut incriminer le Soleil non plus, et on peut raisonnablement penser que l'origine est cosmique, c'est-à-dire externe au système solaire. L'idée de rayonnement cosmique est donc née.

Idée 2 : le rayonnement cosmique est constitué de particules électriquement neutres (idée de Victor Hess). Mais Arthur Compton montre dans les années 30 que le rayonnement est plus faible à l'équateur qu'aux pôles, ce qui indique que les particules de rayonnement cosmique sont chargées, et qu'elles interagissent avec le champ magnétique terrestre. En effet, les particules chargées ont la particularité de se faire piéger par le champ magnétique, autour duquel elles se retrouvent alors à tourner. Or le champ magnétique terrestre sortant des pôles, les particules chargées se retrouvent fatalement plus nombreuses aux pôles qu'à l'équateur. Mais alors quelle charge ont-elles ?

On a pu démontrer par la suite que le rayonnement cosmique était essentiellement constitué de particules chargées positivement (des protons essentiellement, c'est-à-dire les particules positives qui composent en partie les noyaux des atomes), puisque la charge des particules détermine le sens dans lequel elles vont tourner autour du champ magnétique. Il a donc suffit de regarder dans quel sens venait le rayonnement cosmique.

Il reste à mentionner que pour réussir à ioniser à ce point notre atmosphère, ces particules sont très énergétiques. On dit même qu'elles sont relativistes, c'est-à-dire qu'elles ont une vitesse proche de celle de la lumière. Comment cela est-il possible ? Qu'est-ce qui peut les accélérer jusqu'à cette vitesse là ? C'est encore assez mal compris aujourd'hui.

Ainsi, les rayons cosmiques, ce sont des particules de haute énergie, principalement chargées positivement (protons et noyaux d'hélium), qui proviennent d'une source externe au système solaire.

Ceci étant dit, passons à la question de demain :

Qu'est-ce qu'une aurore boréale ?

Amusez-vous bien jusqu'à demain, et surtout continuez de vous intéresser à l'astro !

Question 9 : Lunokhod

Coucou ! Prêts à discuter de Lunokhod =) ?

Alors, je vous rappelle en effet la question d'hier : Que sont les missions Lunokhod ?
Alors déjà, avec un peu de réflexion, on peut savoir de quel astre il s'agit. Lunokhod, ça ressemble à ... Aller on réfléchit bon dieu. La réponse était : sur la branche. Euh non pardon, je divague là ^^" La réponse était : à la Lune bien sûr ! (Bravo pour ceux qui auront trouvé la référence). Ainsi :

Lunokhod est un programme soviétique ayant mis en place les premiers rovers (cf article précédent pour savoir ce qu'est un rover) télécommandés lunaires entre les années 69 et 72. Ainsi, deux rovers (Lunokhod 1 et 2) ont parcourus quelques kilomètres à la surface lunaire sur plusieurs mois en amassant des données scientifiques et des photos.
Initialement, ces rovers avaient pour mission d'étudier de possibles sites d'atterrissage pour les missions habitées lunaires de l'URSS. Et finalement, ils sont lancés sans aucun rapport avec ces missions.

Plusieurs anecdotes marrantes :
- la première tentative d'envoi de rover fut ratée : la partie du lanceur (la fusée en gros) qui abritait le rover se désintégra 51 secondes après le décollage, sous l'effet de la pression. Le polonium devant servir à assurer une température minimale dans le module du rover n'a jamais été retrouvé durant les fouilles. La rumeur raconte que les soldats l'aurait récupéré pour s'en servir de chauffage dans leur campement.
- un troisième rover devait être lancé, mais ne l'a pas été pour des raisons budgétaires. Il est aujourd'hui exposé dans un musée moscovite.
- chacun des deux rovers a emporté sur son "dos" un réflecteur en coins de cube. Il s'agit de systèmes à trois miroirs qui renvoie les rayons lumineux sur eux-même (cf l'image ci-dessous).

Ainsi, les rovers en ont embarqué un chacun, afin de réaliser ce que l'on appelle le Lunar Laser Ranging (LLR). Il s'agit d'envoyer des rayons lasers sur la Lune, en visant ces réflecteurs, afin de les récupérer après. En mesurant l'intervalle de temps entre l'émission du rayon laser et sa réception, et connaissant la vitesse de la lumière, on peut calculer (avec une grande précision !!!) la distance Terre-Lune.

Bref, tout ça pour dire que le LLR sur Lunokhod 2 marche très bien depuis son arrivée sur la Lune (1973), mais on a eu des soucis avec Lunokhod 1. Il fonctionna en 1970, puis on l'a perdu de vue. Il a fallu attendre qu'une sonde lunaire (Lunar Reconnaissance Orbiter) passe par au-dessus et relève un point brillant anormal pour le retrouver. Depuis, on arrive de nouveau à faire du LLR dessus.

Sinon, qu'ont découvert les Lunokhod ?

Déjà, ils ont réalisé 100 000 photos et 300 panoramiques. Ils ont pu mesurer la résistance du sol, analyser la chimie du sol et détecter un champ magnétique très faible. Les photomètres (appareil pour mesurer l'intensité lumineuse) a permis de constater que la lumière du Soleil est bloquée par les poussières en suspension autour de la Lune, et que le clair de Terre est 15 fois plus lumineux que le clair de Lune chez nous. 

Voili voilou, c'était l'histoire des Lunokhod.

Pour demain, vous plancherez sur :

Sommes-nous allé sur la Lune ?

A demain ! Et bonne soirée ;-) !