Astronomie & Cité

Questions à un astronome

TERRE ET PLANÈTES

Pourquoi la Terre est-elle ronde ?

La Terre est ronde parce que la gravitation l'oblige à se mettre en boule. La gravitation, c'est la force qui nous maintient sur la Terre : elle nous fait retomber quand on saute, et de la même manière, elle empêche les montagnes de monter trop haut. On a remarqué que les montagnes peuvent être plus hautes sur les planètes plus petites, parce que la gravitation est plus faible. Par exemple le Mont Olympe sur Mars monte trois fois plus haut que l'Everest, et deux fois plus haut que le volcan Mauna Kea à Hawaii (qui est la plus haute montagne sur Terre quand on le mesure depuis le fond de l'océan d'où il surgit).

Donc plus la planète est petite, moins la gravitation arrive à agir. A l'extrême, on a les astéroïdes, qui sont si légers qu'ils ne sont pas du tout ronds. On les appellent même familièrement des patatoïdes, parce qu'ils ont des formes qui ressemblent un peu à des pommes-de-terre, tous bosselés. A l'inverse, plus la planète est massive, moins la gravitiation la laisse prendre des formes fantaisistes : seule la sphère est permise !

On peut très facilement voir que la Terre est ronde pendant une éclipse de Lune, en observant la forme de l'ombre de la Terre sur la Lune. Au bord de la mer aussi, on peut facilement se rendre compte qu'elle est ronde car l'orsqu'un bateau apparaît au loin, on commence par voir le haut de son mât, puis progressivement le reste du bateau. Déjà dans l'Antiquité, un certain Erathostène a pu mesurer le rayon terrestre avec une précision de 15%.

Pourquoi ne sent-on pas que la Terre tourne ?

On ne peut pas sentir que la Terre tourne parce qu'on tourne avec elle à la même vitesse constante. C'est comme quand on est dans un train qui avance à sa vitesse de croisière : on ne sent pas qu'on bouge, et si on ne regarde pas par la fenêtre, on pourrait croire qu'on est immobile. C'est seulement quand le train freine ou au contraire se met à accélérer qu'on peut sentir le changement de vitesse et donc être conscient du mouvement. On peut regarder la course du Soleil ou des étoiles dans le ciel, mais c'est difficile de dire si c'est elles ou nous qui bougeons ! Comme quand le train est arrêté dans une gare et que le train d'à-côté se met en route : jusqu'à ce qu'on voie de nouveau le quai, on ne peut pas savoir qui bouge !

En fait, la rotation de la Terre sur elle-même n'est pas tout à fait constante. La Terre ralentit très très lentement, à cause de l'influence de la Lune : il y a 500 millions d'années, le jour ne durait que 22h. Mais ce ralentissement est trop lent pour qu'on puisse le remarquer.

Sur Terre, tout l'entourage tourne à la même vitesse, y compris l'atmosphère. Si parfois il y a du vent, ce n'est pas dû au "vent de la course" ! Heureusement d'ailleurs, car à notre latitude, on tourne à plus de 1100 km/h... si l'atmosphère ne tournait pas avec nous, il n'y aurait pas moyen de rester bien coiffé !

Qui a découvert que la terre tournait autour du soleil ?
Le premier à avoir envisagé que la Terre tourne autour du Soleil est Aristarque de Samos, au 3e siècle avant JC. Il se basait pour cela sur des calculs géométriques qui montraient que le Soleil devait être nettement plus gros que la Terre. Selon lui, il était logique que les petits tournent autour des gros, et non l'inverse, et que donc ce soit la Terre qui tourne autour du Soleil. Mais à l'époque, cette vision du monde ne s'est pas imposée pour diverses raisons philosophiques et astronomiques / physiques trop longues à mentionner ici.
 
C'est Nicolas Copernic, un astronome polonais du XVe-XVIe siècle (1473-1543) qui a relancé le modèle héliocentrique, en s'appuyant sur les travaux antiques et sur ceux des savants musulmans du Moyen-Âge qui l'ont précédés. Mais son modèle était boiteux car il considérait des orbites circulaires autour du Soleil et non des ellipses. Il faut attendre Kepler, en 1609, pour qu'il soit admis que les orbites sont elliptiques. Et ce n'est qu'en 1632 que Galilée publie un ouvrage sur le principe de relativité qui démontent les arguments des opposants à l'héliocentrisme basés sur la physique. Finalement Newton, en 1687, donne un cadre théorique mathématique solide à la gravitation et aux lois de la mécanique céleste.
Comment fait-on pour mesurer le poids de la Terre ?

Deux objets quelconques s'attirent l'un l'autre proportionnellement à la masse de chacun, et inversement au carré de la distance qui les sépare. Nous appelons communément poids la force d'attraction que ressent un objet vers la Terre, et qui dépend à la fois de la masse de l'objet et de celle de la Terre.

Lorsque nous pesons un cageot de pommes, nous mesurons la force d'attraction entre le cageot de pommes et la Terre, et donc à la fois la masse du cageot et celle de la Terre.

Le poids du cageot dépend donc directement de la masse de l'objet qui l'attire. Sur la lune, il pese six fois moins parce-que la masse de lune est beaucoup plus petite, mais que son rayon (distance de la surface au centre) l'est aussi. Les deux effets se compensent partiellement, mais de loin pas complétement

Mais le poids du cageot dépend aussi de la distance entre les deux objets. Quoique la différence soit extrêmement faible, le cageot est plus léger posé sur une table que posé par-terre...

Mathématiquement, Newton a établi que la force d'attraction gravitationnelle entre deux objets de masses m et M vaut : f=G.m.M/r2 où G est la constante de la gravitation (6,67 10-11 [N.m2.kg-2]). En supposant que m soit la masse du cageot et M la masse de la Terre, r la distance de la surface au centre de la Terre (6360 km), f le poids du cageot (9,81 m [N]), on trouve M=9,81.m.r2/(Gm)=5.95 10+24 kg (la masse du cageot se simplifie entre le numérateur et le dénominateur).

Pourquoi l'homme est-il plus léger sur la Lune que sur la Terre?

Dans l'Univers, toute chose qui a une masse attire les autres choses qui ont une masse, c'est la loi de la gravitation. Plus un astre est massif, plus son attraction est forte. Le Soleil est l'astre le plus massif du système solaire, ce qu'il fait qu'il attire toutes les planètes. Si les planètes ne tournaient pas autour de lui, elles tomberaient dans le Soleil. La force d'attraction qu'on ressent dépend aussi de la distance à laquelle on est de l'astre. La planète Mercure est tout près, elle doit tourner très vite autour pour ne pas tomber (47 km/s, donc 170'000 km/h). A l'inverse, Neptune est très éloignée du Soleil, elle ressent moins son attraction, alors elle peut tourner plus lentement (5 km/s, donc 18'000 km/h).

C'est la gravitation qui fait qu'on est collé à la surface de la Terre. Sans cette force on flotterait dans l'espace ! C'est aussi la gravitation qui nous donne notre poids. Plus la planète est massive, et plus on est «collé» fort dessus. Quelqu'un qui pèse 50 kg sur Terre pèserait presque 120 kg sur Jupiter qui est beaucoup plus massive que la Terre. A l'inverse, il ne pèserait que 8 kg sur la Lune, qui est beaucoup plus légère.

Pourquoi sommes-nous plus léger sur la Lune ? Différence entre masse et poids...

En physique on distingue la masse d'un corps et son poids. La masse est une valeur absolue qui résulte de la quantité et du type de matière qui compose le corps en question. Le poids est la force avec laquelle cette masse est attirée par la Terre, ou une autre planète.

Lorsque quelqu'un de 60kg monte sur une balance, ce que cette balance mesure réellement est 588 Newtons, qui est l'unité de la force d'attraction que la Terre exerce sur cette personne. L'affichage de la balance convertit ensuite ce poids dans l'unité des kilogrammes dont on a l'habitude, l'unité de la masse.

Mais notre balance est faite pour mesurer l'attraction exercée par la Terre : si cette même personne va se peser sur la Lune, elle se trouvera soudain beaucoup plus légère (seulement 10 "kg") parce que l'attraction de la Lune est plus faible. En réalité sa masse n'a pas changé, c'est juste son poids qui est différent. Si la Lune était habitée par des êtres capables de construire des balances, on peut parier que leurs balances afficheraient 60 kg comme sur Terre, car ils convertiraient les Newtons mesurés en "vrais" kilogrammes.

Qui a découvert Mercure ?

La planète Mercure est visible à l'oeil nu et est connue au moins depuis les Babyloniens. Elle est citée sur une tablette retrouvée en Mésopotamie et dont les observations datent vraisemblablement du 14e siècle avant JC.

 
Mais il ne s'agit là que de la première trace écrite, il est évidemment possible voire vraisemblable qu'elle ait été observée depuis bien plus longtemps !
Quelle est la différence entre planète, satellite, astéroïde,...

Commençons par l'objet le plus gros : l'étoile. Une étoile se forme lors de l'effondrement d'un nuage moléculaire. Cet effondrement entraîne un échauffement du gaz, et si la masse est suffisante (au moins 10% de la masse de notre Soleil), des réactions nucléaires peuvent se mettre en route : l'étoile est née. Mais elle ne contient pas l'ensemble de la masse du nuage qui lui a donné naissance : une partie de cette masse surnuméraire se retrouve en disque autour de l'étoile. Dans ce disque, se forment des "planétésimes", c'est-à-dire les briques pour la construction des planètes.

 
Certaines de ces briques vont pouvoir s'agglomérer et former des planètes, d'autres vont simplement continuer d'errer autour de l'étoile (astéroïdes rocheux ou comètes glacées). Les comètes et les astéroïdes sont différents essentiellement parce qu'ils se sont formés à des distances différentes de l'étoile centrale, mais dans les deux cas il s'agit de résidus du nuage originel.
 
Certains astéroïdes peuvent être capturés par une planètes et se mettre à tourner en orbite autour de celle-ci : ils deviennent un satellite naturel de cette planète, comme la Lune autour de la Terre. Les planètes sont les satellites du Soleil. Si le satellite est un autre corps céleste (astéroïde, planète) on parle de satellite naturel. L'être humain a construit des satellites artificiels, de communication ou d'observation, et dans le langage courant on utilise souvent le terme de satellite pour faire référence à ces objets fait par l'Homme.
 
Dans le disque qui reste autour de l'étoile, il n'y a pas que des planètes et des astéroïdes, il y a aussi des poussières, des petits graviers et des cailloux. Si ceux-ci tombent sur une planète, on les appelle des météorites. Sur Terre, ils s'enflamment dans l'atmosphère terrestre, formant ce qu'on appelle une étoile filante.
 
On peut donc résumer les choses ainsi :
 
 - une étoile est une boule de gaz suffisamment grosse pour que des réactions nucléaires aient lieu dans son coeur ;
 - une planète est un corps qui s'est formé dans le disque circum-stellaire grâce aux résidus du nuage d'origine ;
 - un astéroïde est un petit corps rocheux qui n'a pas intégré une planète ;
 - une comète est un petit corps glacé qui tourne autour de l'étoile avec une orbite extrêmement allongée ;
 - une météorite est un gravier ou un petit caillou qui tombe sur une planète ;
 - un satellite est un corps en orbite autour d'un autre.
Que sont les « planètes naines » ?

On appelle « planètes naines » tous les corps du Système solaire qui sont assez massifs pour être à peu près rond (contrairement aux astéroïdes et aux comètes), qui ne sont pas les satellites naturels d'une autre planète (contrairement à la Lune, aux lunes galiléennes de Jupiter — Io, Europe, Ganymède, Callisto — ou à Titan, par exemple), mais qui n'ont pas "nettoyé leur orbite", et qui donc circulent autour du Soleil dans une région peuplée d'autres corps de dimensions similaires. Dans la ceinture d'astéroïde qui se trouve entre Mars et Jupiter, on a Cérès qui répond à ces critères. Au delà de Neptune, on a par exemple Pluton, Eris, et Sedna, entre autres.

Une planète peut-elle apparaître dans l'orbite d'une autre ?

Les planètes se forment dans de grands disques de poussière et de gaz autour d'une jeune étoile. Au début de la formation, plein de petits "embryons" de planètes sont présents dans le disque et peuvent cohabiter sur leurs orbites. Avec le temps, le frottement dans le disque et la gravitation, les gros corps vont avoir tendance à devenir de plus en plus gros en absorbant les petits. C'est même un des critères retenus par l'Union astronomique internationale pour définir une planète : elle doit avoir "nettoyé" son orbite et être le seul gros corps à tourner autour de son étoile dans cette région-là. Mais les débuts d'un système planétaire n'est pas un long fleuve tranquille, tout le système doit trouver son équilibre, et cela passe parfois par des bouleversements. Certaines planètes peuvent migrer, changeant d'orbite dramatiquement. Dans ce cas de figure, une planète pourrait soudain "apparaître" dans l'orbite d'une autre.

 

Une fois le système stabilisé, il est presque impossible qu'une planète sorte de son orbite soudainement. L'inertie d'une planète est grande, elle ne peut pas changer d'un coup de direction. En quelques dizaine de millions d'années (donc très vite à l'échelle d'un système planétaire) le disque d'origine disparaît et ne joue plus de rôle sur les mouvements des corps du système. Les seuls objets qui peuvent encore surgir soudainement dans l'orbite d'une planète sont les astéroïdes et les comètes, car ce sont des corps légers, avec peu d'inertie, qui peuvent être délogés de leur orbite par de perturbations gravitationnelles même légères. On observe des traces d'anciennes collisions dans la ceinture d'astéroïdes, qui pourraient occasionnellement éjecter un astéroïde vers une orbite distante. Les comètes, elles, vivent sur des orbites parfois très allongées, et traversent les orbites des planètes durant leur voyage.

Pourquoi les planètes ne s'écrasent-elles pas sur le Soleil ?

Les planètes se sont formées en même temps que le Soleil, dans un disque de matière qui lui tournait autour. Elles ont donc acquis une vitesse lors de leur formation, vitesse qui les maintient sur leur orbite en évitant qu'elles tombent sur le Soleil. Comme il y a très peu de frottement dans l'espace (contrairement à ce qu'on peut expérimenter sur Terre), elles vont garder leur vitesse "indéfiniment", et continueront de tourner même lorsque le Soleil se sera éteint.

Est ce qu'une forme de vie est présente sur la Lune ?

La Lune ne possède pas d'atmosphère protectrice, contrairement à la Terre. Sur Terre, l'atmosphère représente une protection contre les rayons du Soleil équivalente à 30 m de béton, ou 20 cm de plomb. Cela nous protège des rayons UV et X qui sont dangereux pour les cellules vivantes. Sur la Lune, le Soleil tape sans frein, ce qui rend impossible la vie en surface (sans combinaison spatiale !).

 
Un autre problème sur la Lune est l'absence d'eau. La vie telle que nous la connaissons a besoin d'eau liquide, car l'eau est un magnifique solvant qui permet d'assurer les nombreuses réactions chimiques indispensable à la vie. La Lune a bien de l'eau, mais sous forme de glace, et contrairement à Mars, elle n'a jamais connu de période d'eau liquide. Il est donc peu vraisemblable que la vie ait pu se développer.
 
Il est possible que les missions Apollo aient laissé des bactéries terrestres après le passage des astronautes. On sait que certaines bactéries peuvent survivre des années en milieu hostile en restant en dormance à attendre que les conditions s'améliorent. On peut supposer que si elles ont réussi à s'enfoncer dans le sol, elles pourraient ne pas avoir été détruites par le rayonnement solaire et être encore vivante actuellement.
Pourquoi les humains ne peuvent-ils pas vivre sur la planète Mars ?
La planète Mars est deux fois plus petite et neuf fois plus légère que la Terre, ce qui signifie qu'elle a très vite perdu sa protection magnétique, et n'a pas pu retenir son atmosphère. La pression moyenne actuellement n'est même pas de 1% de celle de la Terre. Ainsi, la surface de Mars est directement irradiée par les rayons nocifs du Soleil (UV, X, gamma) et par le vent solaire, alors que l'atmosphère de la Terre nous en protège comme si nous avions un mur de 30m de béton au-dessus de la tête. La vie en surface n'est donc pas possible, sauf dans des habitations recouvertes d'un blindage de plomb ou de béton.
 
À cause de ces conditions, Mars a également perdu toute trace d'eau liquide. En revanche il s'en cache beaucoup dans son sous-sol sous forme de glace, qui donc pourrait être extraite pour être utilisée, mais seulement dans des enceintes pressurisées.
 
Ajoutons à cela de fréquentes tempêtes qui soulèvent une très fine poussière de silice, capable de s'infiltrer partout, et on se rend compte très vite que Mars est tout à fait inhospitalière pour une espèce comme la nôtre.
Quelle est la planète dont les caractéristiques sont proches de celles de la Terre ?

Ce qui caractérise la Terre, c'est qu'elle est assez massive pour avoir une atmosphère et qu'elle est à une distance du Soleil qui lui permet d'avoir de l'eau liquide à sa surface.

 
Dans le Système solaire, c'est Venus qui correspond par sa masse et la présence d'une atmosphère. En revanche, elle est plus proche du Soleil et subit un effet de serre terrible qui entraîne des températures de l'ordre de 400° à sa surface, donc pas d'eau liquide.
 
Hors du Système solaire, on découvre chaque jour des nouvelles planètes, et certaines ont des masses proches de la masse de la Terre et des orbites situées dans la zone "habitable" de l'étoile, c'est à dire la région où de l'eau liquide pourrait être présente. Par exemple Les planètes TRAPPIST-1f et TRAPPIST-1g (les 5e et 6e planètes orbitant autour de l'étoiles TRAPPIST-1) se trouvent dans la zone habitable autour de leur étoile et ont des masses de 0.93 et 1.15 masses terrestres respectivement. Mais leur étoile hôte est une naine rouge, et ces étoiles sont connues pour avoir une intense activité magnétique et subir de gros sursauts éjectant matière et énergie. Ces conditions chaotiques impactent considérablement la notion d'habitabilité considérée habituellement, et donc la ressemblance ou non à la Terre.

SOLEIL ET ÉTOILES

Pourquoi le Soleil est-il jaune ?

Pour répondre à cette question, il faut déjà comprendre ce que sont les couleurs. En fait, ces dernières sont contenues dans la lumière, même lorsque celle-ci nous apparaît blanche. Pour ce qui est du soleil, quand un de ses rayons passe à travers une goutte de pluie, il forme un joli arc-en-ciel plein de couleurs. C'est parce que la lumière a été séparée par l'eau: chaque couleur qu’elle contient devient visible à son tour.

La différence entre les couleurs est due à l'énergie transportée par leurs photons (petites particules de lumière): les photons du rouge ont moins d'énergie que les photons du bleu, ou autrement dit, la couleur rouge indique une lumière plus froide que la couleur bleue (c'est le contraire de ce qui est indiqué sur les lavabos!).

On peut aussi se rendre compte de ce lien entre température et couleur en regardant la couleur de la flamme d'une bougie: tout près de la mèche, là où c'est le plus chaud, la flamme est bleutée; plus loin, elle devient blanc-jaune, et finalement au bord, là où c'est le plus froid, elle est rougeâtre.

Les étoiles obéissent à cette même loi: les plus chaudes sont bleutées et les plus froides sont rougeâtres. La constellation d'Orion, bien visible dans nos ciels d'hiver, nous montre un bel exemple de ces couleurs, avec Rigel la bleue en bas à droite et Bételgeuse la rouge en haut à gauche. Le Soleil, lui avec ses 5500°C en surface, est une étoile moyennement chaude et brille donc dans le jaune.

Pourquoi les étoiles sont-elles de différentes couleurs ?

La couleur d'une étoile dépend de sa température: les étoiles blanches-bleuâtres sont les plus chaudes, les rouges les moins chaudes. Notre Soleil, avec sa température de presque 6'000 degrés, aurait une couleur jaunâtre vu de loin. La couleur d'une étoile correspond au domaine spectral où elle émet le maximum de lumière. La longueur d'onde du maximum obéit à une loi simple, la loi de déplacement de Wien: le produit de la longueur d'onde du maximum fois la température est constant (λmax x T = 0.2898 [cm K]).

Comment les étoiles tiennent-elles dans le ciel ? Est-ce qu'elles bougent ?

Dans l'Univers, tout bouge, rien ne peut rester immobile : les astres s'écraseraient les uns sur les autres si leur vitesse ne leur permettait pas d'échapper à la force de la gravitation (qui fait que les masses s’attirent). Les étoiles tournent toutes autour du centre de la Galaxie, à des vitesses différentes selon leur distance au centre : les étoiles les plus proches tournent plus vite. Le Soleil (notre étoile) tourne autour du centre de la Galaxie en 225-250 millions d'années. Les étoiles qui nous entourent tournent presque à la même vitesse, mais pas tout à fait, et elles se décalent très lentement par rapport à nous. Ce décalage est tellement lent qu'une vie humaine ne suffit pas pour s'en rendre compte. On a retrouvé dans les pyramides d'Egypte des dessins de constellations qu'on peut parfaitement reconnaître, près de 5'000 ans plus tard.

Les galaxies elles-mêmes (qui contiennent des milliards d’étoiles et du gaz) bougent dans l’Univers, les grosses attirant les petites, et on peut voir beaucoup de galaxies qui sont en train de fusionner : une collision de galaxies n’est pas comme un accident de poids lourd sur une autoroute, il n’y a ni morts ni blessés, juste un incroyable ballet d’étoiles qui dure des milliards d’années.

Pourquoi certaines étoiles sont-elles filantes et d'autres pas ?

Ce qu'on appelle étoile filante n'est en fait pas une étoile. C'est une petite poussière ou un petit gravier qui entre dans l'atmosphère de la Terre et s'enflamme. On appelle ça aussi une météorite.

Chaque jour, il en tombe environ 100 tonnes sur Terre. Certaines de ces poussières proviennent du passage d'une comète : les comètes s'évaporent en passant près du Soleil, et elles libèrent une traînée de gaz et de poussière. La Terre passe à des dates précises à travers ces traînées, ce qui permet de prédire les pluies d'étoiles filantes. On connaît par exemple les Perséides en août (débris de la comète Swift-Tuttle) ou les Orionides en novembre (débris de la comète de Halley).

Pourtant, il existe bien de réelles étoiles filantes : des étoiles qui voyagent parfois à très grande vitesse dans la Galaxie. Il y a différentes raisons pour que des étoiles se mettent à filer si vite. Certaines sont passée très près du trou noir au centre de notre Galaxie, ce qui les a accéléré comme une fronde. D'autres sont entraînées par l'explosion d'une supernova, ou éjectées par des interactions entre plusieurs étoiles. On a découvert par exemple que l'étoile Mira, dans la constellation de la Baleine, file dans l'espace à près de 500'000 km/h. Mais elle est si loin, environ 300 années-lumière, qu'il faudrait attendre près de 10'000 ans pour remarquer à l'oeil nu qu'elle a bougé.

Qu'est-ce que la magnitude absolue et la magnitude apparente ?

Les astronomes ont pris l'habitude d'exprimer la luminosité d'une étoile en termes de "magnitudes" selon une échelle logarithmique (qui est la manière dont notre oeil fonctionne). La magnitude apparente "1" avait déjà été choisie comme étant celle des plus brillantes étoiles visibles dans le ciel par l'astronome Hipparque de la Grèce antique. Il classa les étoiles moins brillantes selon des magnitudes croissantes. Aujourd'hui, on a défini une échelle de magnitudes à partir des rapports d'intensité lumineuse. Une différence de 5 magnitudes entre deux étoiles signifie que l'une d'elles est exactement 100 fois plus brillante que l'autre. Une différence de magnitude est donnée par la relation:

   m1-m2 = -2.5log10(F1/F2) 

Ainsi, si par exemple la première étoile a une magnitude m1=1 et l'autre m2=6, alors le rapport des flux F1/F2 = 100 (m1 est 100 fois plus lumineuse que m2).

Les astronomes ont défini une échelle de magnitudes apparentes dont le zéro correspond approximativement aux étoiles les plus brillantes du ciel et qui croît avec une luminosité décroissante (les étoiles les plus faibles visibles à l'oeil nu ont une magnitude apparente d'environ 6, les objets les plus faibles détectés par nos télescopes ont une magnitude de 30 et le Soleil, qui illumine le ciel diurne, -26.8).

Mais la luminosité d'une étoile décroît avec la distance à laquelle elle est observée. Pour pouvoir comparer des étoiles de types différents entre elles et exprimer leur luminosite intrinsèque, les astronomes utilisent la notion de magnitude absolue. C'est la magnitude qu'aurait l'étoile si elle était placée à la distance de 10 parsecs (1 pc = 3.26 al). Un parsec est la distance à laquelle il faudrait se placer pour voir le rayon de l'orbite terrestre (ce que l'on appelle en d'autres termes « l'unité astronomique ») sous un angle d'une seconde d'arc.

VOIE LACTÉE ET GALAXIES

Quelle est la galaxie la plus proche de la nôtre ?

La réponse à cette question dépend de ce qu'on entend par "galaxie". Si l'on considère les galaxies de taille comparable à la Voie Lactée (notre galaxie), la galaxie la plus proche est Andromède, située à environ 2.5 millions d'années-lumière. Cependant, il existe également une multitude de galaxies plus petites, appelées galaxies naines, dont la plus proche connue est la naine sphéroïdale du Sagittaire, située à 50'000 années-lumière du centre de notre galaxie, soit seulement deux fois la distance qui sépare le Soleil de ce meme centre. Cette galaxie n'a été découverte qu'en 1994 (par Ibata et Gilmore) car elle se trouve à l'opposé du Soleil par rapport au centre galactique et est par conséquent masquée par les regions denses de la Voie Lactée. Elle est en fait en train de se faire engloutir par notre Galaxie. Les Nuages de Magellan, situés à environ 200'000 années-lumière, constituent d'autres exemples de telles galaxies "satellites".

UNIVERS ET COSMOLOGIE

Qu'est-ce qu'un trou noir ?
Pour comprendre ce qu'est un trou noir, il faut d'abord comprendre ce qu'on appelle vitesse de libération. Lorsqu'on est sur une planète comme la Terre, son attraction gravitationnelle nous maintient à la surface. Si l'on essaie de sauter, on retombe. Mais si on arrivait à sauter avec une vitesse suffisante (appelée vitesse de libération), on pourrait échapper à l'attraction de la planète et partir dans l'espace.
 
Cette vitesse de libération dépend de deux paramètres : la masse de la planète et son rayon (sa taille). Plus la planète est massive, plus il est difficile de s'échapper car la vitesse de libération devient très grande. Plus le rayon est petit (donc à masse donnée, plus la planète est dense), plus la vitesse de libération augmente. Ainsi, sur Terre, la vitesse de libération est d'environ 11 km/sec (environ 40'000 km/h). Si on pouvait se poser à la surface du Soleil, comme il est beaucoup plus massif que la Terre, il faudrait atteindre la vitesse de 617 km/sec (2,22 millions de km/h) pour échapper à son attraction.
 
Un trou noir est défini par le fait que la vitesse de libération à sa "surface" dépasse la vitesse de la lumière. Il existe des trous noirs de quelques fois la masse du Soleil, qui se forment lorsqu'une étoile massive termine sa vie en supernova (ou en effondrement direct). Au centre des galaxies, on observe des trous noirs de plusieurs millions de fois la masse du Soleil.
 
Pour que la Terre devienne un trou noir, il faudrait arriver à la comprimer jusqu'à ce qu'elle ne fasse que 15 mm de diamètre. En théorie, on pourrait faire un trou noir de n'importe quelle masse, mais en réalité, la matière s'oppose à la compression. Seule une très grande quantité de matière peut arriver à s'effondrer malgré cette opposition (plus de deux fois la masse du Soleil).

 

Qu'est-ce qu'il y a au-delà de l'Univers ?

Ce qu'on appelle l'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe, en tout cas dans notre compréhension actuelle du monde. Demander ce qu'il y a plus loin, c'est comme demander ce qu'il y a au nord du pôle nord : il n'y a pas de réponse.

Déjà, on ne sait pas si l'Univers est fini ou infini. S'il est infini, on ne le saura jamais, car on pourra toujours imaginer qu'on n'a simplement pas encore pu observer ses limites. S'il est fini, peut-être qu'un jour on arrivera à observer des choses qui nous l'indiqueront. Selon certaines théories, l'Univers pourrait être replié sur lui-même, et dans ce cas, on pourrait voir une même galaxie à différents endroits. Les cosmologistes qui essaient de comprendre la forme de l'Univers doivent utiliser des mathématiques très compliquées, et il se pourrait qu'il y ait plus de dimensions que seulement les trois dimensions de l'espace que nous connaissons (plus le temps qui depuis Einstein est une dimension liée aux dimensions spatiales). Du coup c'est difficile de comprendre ce que pourrait être la forme de l'Univers avec notre cerveau qui ne perçoit que trois dimensions !

Certains théoriciens pensent que ce qu'on appelle l'Univers pourrait n'être qu'une «bulle» parmi d'autres : c'est la théorie des multivers. Pour le moment rien ne permet de vérifier scientifiquement si cette théorie est correcte. Si un jour c'est le cas, on pourra peut-être répondre à cette question.

Qu'est-ce qu'il y aura quand l'Univers sera mort ?

La réponse courte est : rien. L'Univers est défini comme étant tout ce qui existe, donc s'il n'y a plus d'Univers, il n'y a plus rien. Mais cette question est intéressante parce qu'en fait, on ne sait pas vraiment si l'Univers va « mourir », et si oui comment et quand.

Pendant longtemps, on a cru que l'Univers était éternel, et qu'il ressemblerait toujours à ce qu'il est maintenant. Vers 1930, on s'est rendu compte qu'en fait l'Univers est en expansion, ce qui veut dire que l'espace entre les galaxies augmente avec le temps. On s'est alors demandé si peut-être cette expansion allait atteindre un jour un point limite et qu'ensuite il se contracterait de nouveau. On a appelé ça un univers à rebonds, et dans ce cas, l'Univers que l'on connaît terminerait dans un « Big Crunch », une espèce de bouillie compacte et très très très chaude qui pourrait faire naître un nouvel univers.

Actuellement, les observations qu'on peut faire semblent montrer qu'il n'y aura pas de Big Crunch, bien au contraire. L'expansion de l'Univers semble s'accélérer, et si ça continue comme ça, l'Univers serait de plus en plus froid et dilué. La force de l'expansion pourrait devenir plus forte que la gravitation, et alors les galaxies se disloqueraient et ne pourraient plus former de nouvelles étoiles. L'Univers deviendrait sombre et glacé, on appelle ça le « Big Freeze ».

On doit encore beaucoup travailler pour faire de meilleures observations et mieux les comprendre, avant de pouvoir vraiment dire ce qui va se passer, mais une chose est sûre : ce ne sera pas avant des milliards et des milliards d'années !

 


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