Onsuppose que la Lune s'est détachée de la Terre lors d'une collision de la Terre avec un objet massif lors des premiers temps de la création du système solaire, alors que celui-ci était encombré de nombreux débris provenant du soleil. En effet, l'âge de la Lune est comparable à celui de la Terre, et correspond à 4,5 milliards d'années. Pourune étoile moyenne, telle que le Soleil, le diamètre est de 10 puissance 6, à peu près 1 million de km, c’est-à-dire 10 fois plus. Le disque d’une galaxie comme la nôtre, la Voie Lactée, a un diamètre de l’ordre de 100’000 années de lumière, ce qui fait presque 10 puissance 18 km. On estime le diamètre de l’Univers à environ 15 milliards d’années de lumière, ou Jarrivai enfin à l'endroit où se trouvait cette étrange aura. Je descendai dans la plaine, et regardai autour de moi. C'est alors que je le vis. On aurait dit Ladistance moyenne de la Terre au Soleil est évaluée à 150 millions de km et celle de la Terre à la Lun e à 3,8?105 km. (Pour les calculs prendre 4?105 km.) La longueur d’un pas de géant ( de science fiction) est celle de la distance Terre-Lune. Combien de pas doit-il faire pour aller de la Terre au Soleil ? Exercice 8 : Un bébé Doc1 : Influence de la distance Terre-Soleil dts. Cette énergie est en partie On a : Distance moyenne Soleil-Terre : D = 150 \times 10^6\text{ km} Rayon de la Terre : R_T = \text{6 370 km} Valeurs numériques : r = 6371 km d = 150.106 km Puissance totale émise par le Soleil : 3,86.1026 W . La valeur de la constante solaire par 11 novembre 2020 novembre 2020 Mais Enmoyenne, la distance entre la Terre et la Lune est de 384 467 km. Ce chiffre est équivalent à trente fois le diamètre de la Terre. Il faudrait plus de deux semaines à un avion de ligne pour l’atteindre. La Lune est l’astre le plus proche de la Terre. Mais elle n’est pas toujours à une même distance de notre planète.  le noyau d’un atome de carbone • un atome de carbone • une molécule • un globule rouge • un acarien • une fourmi • Une musaraigne • un humain • la baleine bleue • la Corse • la Terre • La distance Terre-Lune • la distance Terre-Soleil • la distance Soleil-Neptune • La distance du Soleil au nuage de Oort (au avQB9. Corrigé du DM n°3 Puissances de 10 et astronomie Corrigé du DM n°3 Puissances de 10 et astronomie Quatrièmes Exercice 1 Distances en km Distances en km en notation scientifique Terre-Lune 384 400 3,844x105 Terre-Soleil 149 600 000 1,496x108 Soleil-Jupiter 7783 x 105 7,783x108 Soleil-Neptune 4500000000 4,5 x 109 Etoile Polaire-Terre 4 100 000 000 000 000 4,1x1015 Galaxie du Grand Nuage de Magellan-Terre 1530x1015 1,53x1018 Exercice 2 I 1 Nom de la planète Masse en kg en notation scientifique Mercure 3,3x1023 Vénus 4,87x1024 Terre 5,98x1024 Mars 6,418x1023 Jupiter 1,9x1027 Saturne 5,7x1026 Uranus 8,66x1025 Neptune 1,03x1026 2 La seule planète dont la masse dépasse 1027 kg est Jupiter. C'est donc la plus grosse planète du système solaire. On va calculer le rapport de la masse de Jupiter sur celle de la Terre Mj 1,9×10 27 = ≃ 318 Attention on demandait d'arrondir à l'unité près Mt 5,98×1024 Jupiter est environ 318 fois plus massive que la Terre 3 On va calculer le rapport de la masse de la Terre sur celle de la Lune 24 Mterre 5,98×10 = ≃ 81 Mlune 7,35×1022 La Terre est environ 81 fois plus massive que la Lune. 4 On va calculer le rapport de la masse du Soleil sur celle de la Terre 30 Msoleil 2×10 = ≃ 334 448 Mterre 5,98×1024 Le Soleil est environ 334 448 fois plus massif que la Terre II 1 Nom de l'Astre Rayon en km en notation scientifique Lune 1,738x103 Terre 6,380x103 Mercure 2,44x103 Jupiter 7,14x104 Soleil 7x105 2 On va calculer le rapport du rayon de Jupiter sur celui de la Terre Rjupiter 7,14×10 4 = ≃ 11 Rterre 6,38×103 Jupiter est environ 11 fois plus grande que la Terre 3 On va calculer le rapport du rayon du Soleil sur celui de la Lune Rsoleil 7×105 = ≃ 403 Rlune 1,738×103 Le Soleil est environ 403 fois plus grand que la Lune 4 Le Soleil est environ 400 plus gros que la Lune mais, d'autre part, il est situé à une distance d'environ 400 fois celle qui sépare la Terre de la Lune. 8 DistanceTerreSoleil 1,496×10 En effet, si on fait = ≃ 389 DistanceTerreLune 3,844×105 Alors, depuis la Terre, le disque solaire et le disque lunaire ont à peu près le même diamètre. C'est pourquoi, lors des éclipses de Soleil, dans la bande de totalité, la Lune cache complètement le Soleil, permettant ainsi d'observer les protubérances à la surface de l'astre du jour... science nasa cosmologie unification article original publié par Science Nasaauteur Patrick L. Barrytraduction de Didier Jamet9 MAI 2004 Croquis de l’expérience historique de Galilée, telle qu’elle aurait été menée depuis le sommet de la tour de Nasa Si l’on en croit la légende, Galilée eut il y a quatre siècles l’idée de faire tomber simultanément du sommet de la tour de Pise différents objets boulets de canon, balles de mousquet, billes de bois, pièces d’or ou d’argent. Il imaginait sans doute que les objets les plus lourds pourraient tomber plus vite que les plus légers. Mais il n’en fut rien. Ils mirent tous le même temps à faire le trajet jusqu’au sol, donnant à Galilée l’opportunité de faire une grande découverte Quelle que soit leur masse ou leur composition, la gravité accélère tous les objets de la même façon. On appelle aujourd’hui cela " l’Universalité de la chute libre " ou plus fréquemment le " principe d’équivalence ", et c’est une des pierres angulaires de la physique moderne. C’est notamment en postulant la validité du principe d’équivalence qu’Albert Einstein a bâti sa théorie de la gravité, la fameuse théorie de la relativité générale. Mais que se passerait-il si ce principe était faux ?… " Certaines théories récentes suggèrent que l’accélération de la gravité pourrait en fait varier de façon très subtile avec la composition matérielle de l’objet considéré " fait remarque Jim Williams, physicien au JPL. Et si tel était bien le cas, il faudrait réécrire la théorie de la relativité, ce qui correspondrait à une révolution dans le monde de la physique. Des chercheurs financés par la Nasa vont tester le principe d’équivalence en tirant au laser vers la Lune. " La détermination de la distance Terre-Lune par le biais des lasers est un des plus puissants outils dont nous disposions afin de repérer d’éventuelles faiblesses de la théorie de la relativité générale " confie Slava Turyshev, chercheur du JPL qui collabore avec Jim Williams et quelques autres sur ce projet. Si leur expérience est aujourd’hui possible, c’est parce que les astronautes du programme Apollo ont déployé, il y a plus de 30 ans, des miroirs sur le sol lunaire, en fait des petits panneaux formés de plusieurs dizaines de rétro réflecteurs qui peuvent intercepter un rayon laser en provenance de la Terre et le renvoyer directement à sa source. En utilisant lasers et miroirs, les chercheurs ont la possibilité de suivre la Lune à la trace dans sa révolution autour de la Terre. En fait, il s’agit ni plus ni moins d’une version moderne de l’expérience de la tour de Pise. Au lieu de laisser tomber un boulet vers le sol, il s’agit ici de voir comment la Terre et la Lune " tombent " vers le Soleil. En effet, tout comme les billes de plomb et d’or que laissait choir Galilée, la Terre et la Lune ont chacune une composition différente, ainsi que des masses très inégales. Sont-elles accélérées vers le Soleil de la même façon ? Si la réponse est oui, le principe d’équivalence passera le test avec succès. Mais dans le cas contraire, une révolution s’amorcerait. Une violation du principe d’équivalence pourrait se traduire par une déviation de l’orbite lunaire, vers le Soleil ou au contraire à l’opposé. " En utilisant des masses aussi considérables que celles de la Terre et de la Lune, nous sommes susceptibles de mettre en évidence des effets extrêmement ténus, si jamais ils existent " explique Williams. L’étude de la distance Terre-Lune grâce aux tirs de rayons laser ne date pas d’hier, puisqu’elle remonte aux missions Apollo. Jusqu’ici, la théorie de la gravité d’Einstein, et donc le principe d’équivalence, ont été testés avec succès jusqu’à la treizième décimale. Mais cette précision est cependant insuffisante pour tester toutes les théories prétendant être capables de renverser celle d’Einstein. Les méthodes actuellement utilisées pour mesurer la distance Terre-Lune 385 000 km en moyenne au moyen de lasers ont une marge d’incertitude de 1,7 centimètre. À l’automne prochain, un nouveau dispositif financé par la Nasa et la National Science Foundation diviseront par 10 cette marge d’erreur, l’amenant à une valeur comprise entre 1 et 2 millimètre. Ce bond en précision signifie que les chercheurs seront en mesure de détecter des déviations de l’orbite lunaire dix fois plus petites qu’à l’heure actuelle, ce qui sera peut-être suffisant pour prendre en défaut la théorie de la relativité générale. Pour parvenir à cette précision, l’installation, qu’un clin d’œil de ses concepteurs a fait baptiser Apollo, soit l’acronyme de " Apache Point Observatory Lunar Laser-ranging Operation ", doit chronométrer les allers et retours des impulsions laser entre la Terre et la Lune à quelques picosecondes près, soit un millionième de millionième de seconde, ou encore 10 puissance –12 seconde… La vitesse de la lumière étant connue environ 300 000 kilomètres à la seconde, il suffira de mesurer l L'origine connue de notre Univers se situe il y a 13,7 milliards d'années. A cet instant, une explosion gigantesque le Big Bang se produit. Chronologie univers I – Description de l’univers 1 Le système solaire Le système solaire est un système planétaire composé d'un ensemble d'objets célestes planètes et leurs satellites, comètes, astéroïdes qui gravitent autour d'une étoile, le Soleil. Le Soleil représente à lui seul plus de 99% de la masse totale du système solaire. Depuis le Soleil, on trouve les planètes telluriques à surface rocheuse Mercure, Vénus, la Terre et Mars, une ceinture d’astéroïdes les planètes géantes gazeuses Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune La ceinture de Kuiper Elles dessinent des trajectoires pratiquement circulaires autour du Soleil. Excepté les planètes les plus proches du Soleil Mercure et Vénus, toutes les planètes ont des satellites naturels. La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre. 2 Au delà du Système Solaire Le Soleil n’est qu’une étoile parmi des milliards d’autres. Les galaxies Les étoiles s'organisent d'abord en galaxies, des structures qui s'étendent sur environ années-lumière. Il y aurait entre 100 et 200 milliards de galaxies dans l'univers tel que nous le connaissons. Celle dont fait partie le Système solaire a été baptisée la Voie lactée et regroupe quelque 100 milliards d'étoiles. La Voie lactée est une galaxie spirale, mais les galaxies peuvent aussi prendre une forme elliptique ou même irrégulière. Les amas de galaxies Les galaxies se regroupent au sein d'amas. Les galaxies peuvent se lier entre elles par leur force de gravitation et former des amas de galaxies d'une dizaine de millions d'années-lumière. Celui auquel appartient la Voie lactée est appelé le Groupe local ». Parmi la trentaine de galaxies qu'il abrite, on trouve notamment la fameuse galaxie d'Andromède. L'univers compterait environ 25 milliards d'amas de galaxies. Les superamas de galaxies Les amas se regroupent au sein de superamas, des structures gigantesques, de l'ordre de 150 millions d'années-lumière et composées de plusieurs dizaines d'amas chacune. Le Groupe Local appartient au superamas de la Vierge. Dans l'univers visible, il y aurait quelque 10 millions de superamas. Les superamas s'organisent enfin en filaments, comme un réseau tridimensionnel en toile d’araignée. Entre les superamas, il existe donc d'immenses zones de vide l'univers est dit lacunaire », des zones qui atteindraient, pour certaines, les centaines de millions d'années-lumière. Selon les astronomes, ces zones de vide représenteraient quelque 90 % du volume total de l'univers. Conclusion L'univers est constitué de milliards d’étoiles et de nombreux autres objets célestes tels les planètes, les comètes, les astéroïdes, etc. Tous ces corps se structurent en galaxies, amas et superamas. Cependant, à grande échelle, la structure de l'univers est dite lacunaire » car celui-ci est en majorité constitué de vide. II – Les unités de distance en astronomie Quelques distances dans le système solaire et la Voie Lactée distance Terre-Lune = 384 400 km distance moyenne distance Terre-Soleil = 150 000 000 km distance Soleil-Neptune = 4,498 milliards km = 4 498 000 000 km. distance Soleil-Proxima du centaure étoile la plus proche du Soleil = 39 900 000 000 000 km = 3,99 x 1016 m Les distances dans l'Univers étant gigantesques et il a donc été nécessaire de créer des unités de distance adaptées. Unité Astronomique Pour mesurer des distances dans le système solaire, on utilise l'Unité Astronomique. 1 Unité Astronomique ua correspond à la distance séparant la Terre du Soleil soit environ 150 000 000 km. Précisément 1 ua = 149 597 870 700 m = 1,5 x 108 km = 1,5 x 1011m Exemples distance Terre-Soleil = 1 ua distance Soleil-Neptune = 4 498 000 000 000 m / 149 597 870 700 m = 30 ua L'année-lumière Pour mesurer les distances entre les étoiles, galaxies ou amas de galaxies on utilise l'année-lumière. L'année-lumière est la distance parcourue par la lumière en 1 année dans le vide. Sachant que la vitesse de la lumière ou célérité de la lumière dans le vide est de 300 000 km/s = 3 x 108 m/s et qu'une année représente 365,25 jours, alors 1 al = 365,25 jours x 24 h x 3600 s x 3 x 108 m/s = 9,467 x 1015 m = x 1012 km. Exemple Distance Soleil-Proxima du centaure = 3,99 x 1016 m / 9,467 x 1015 m = 4,21 al Cette distance signifie que si on pouvait se déplacer à la vitesse de la lumière, il faudrait 4,21 ans pour atteindre l'étoile la plus proche du Soleil. De même, comme la lumière provenant de cette étoile met 4,21 ans à nous parvenir, lorsqu’on l’observe depuis la Terre, on la voit telle qu’elle était il y a 4,21 années. C’est pour cela que l’on dit "Voir loin, c'est voir dans le passé" L'Univers s'étend sur 13,7 milliards d'années-lumière soit Dimension Univers = 13,7 x 109 x 9,467 x 1015 ≈ 1,3 x 1026 m !!! On remarque que l'homme fait la liaison entre l'infiniment petit et l'infiniment grand. Objectif Aborder les ordres de grandeur dans l'Univers. Niveau préconisé 4e Points clés Les distances dans l’Univers sont très grandes. Les ordres de grandeur servent à comparer des objets à l'échelle astronomique comme à l’échelle microscopique. Pour comparer les différents objets célestes qui se trouvent dans l’espace on utilise généralement leurs ordres de grandeur des dimensions approximatives, car les dimensions sont très grandes. Dans la plupart des cas il n’est pas utile d’utiliser leurs dimensions précises. 1. Les ordres de grandeur pour comparer des objets L’ordre de grandeur donne une valeur approchée de la taille d’un objet. L’ordre de grandeur d’un nombre est la puissance de 10 la plus proche de ce nombre. Exemples L’ordre de grandeur de la distance Terre-Soleil 150 millions de km = 150 × 106 km = 1,5 × 108 km est égal à 108 km. L'ordre de grandeur du rayon du Soleil 695 500 km = 6,955 × 105 km est égal à 106 km car 6,955 est plus proche de 10, donc 6,995 × 105 km est proche de 101 × 105 km = 101 + 5 km. Travailler avec des ordres de grandeur permet de comparer des objets sans plus de précision. Exemple Le rayon de la Terre est de l’ordre de 107 m, tandis que la taille d’un atome est de l’ordre de 10–10 m. 2. Les échelles de grandeur Les ordres de grandeur de la taille de différents objets sont placés sur une échelle de longueur. Voici une échelle de grandeur où sont placés certains objets proches et lointains. Échelle des longueurs Les graduations de cette échelle sont des puissances de dix 105, 10–10, etc. Quand on passe d’une graduation à l’autre, la longueur est ainsi multipliée par une puissance de dix par dix. Exemples 100 = 1 0 zéro après le 1 104 = 10 × 10 × 10 × 10 = 10 000 4 zéros après le 1 10–4 = 4 zéros avant le 1 Il y a une continuité entre l'infiniment petit, l'infiniment grand, et l'échelle humaine qui se situe entre ces deux extrêmes. Vous avez déjà mis une note à ce cours. Découvrez les autres cours offerts par Maxicours ! Découvrez Maxicours Comment as-tu trouvé ce cours ? Évalue ce cours ! L'objectif de cette partie est d'appréhender le bilan radiatif de la Terre et de comprendre comment celui-ci détermine la température à la surface de la Terre. Il s'agit également de mettre en évidence quelques facteurs d'évolution de la température Puissance solaire atteignant la Terre• La Terre reçoit une partie de la puissance émise par son étoile, le Soleil. La proportion de la puissance solaire atteignant la Terre en haut de l'atmosphère dépend de la distance entre la Terre et le Soleil, ainsi que du rayon terrestre. La proportion de puissance solaire atteignant la Terre est très faible par rapport à la puissance solaire totale émise, mais l'énergie solaire constitue la source d'énergie permettant le fonctionnement de la quasi-totalité du vivant sur Terre.• La puissance solaire se projette sur une sphère de rayon égal à la distance Terre/Soleil, de km, et ayant pour centre le centre du Rayonnement solaire et albédo terrestre• Le bilan radiatif permet de caractériser le devenir de la puissance solaire reçue par la Terre en y incluant le globe terrestre et l'atmosphère. Une partie de la puissance solaire incidente est réfléchie par l'atmosphère et par la surface de la Terre et est donc renvoyée dans l'espace. Cette proportion réfléchie de la puissance solaire dépend de l'albédo terrestre moyen. L'albédo terrestre est défini comme la proportion d'énergie lumineuse réfléchie par la Terre par rapport à l'énergie lumineuse incidente. L'albédo terrestre moyen actuel en considérant l'atmosphère et la surface terrestre est de 0,31. Ainsi, environ 30 % de la puissance solaire atteignant la Terre en haut de l'atmosphère est réfléchie par l'atmosphère et la surface terrestre vers l'espace tandis que les 70 % restants sont absorbés par l'atmosphère et la surface valeurs de l'albédo en fonction du type de surfaceLes surfaces claires neige, glace… réfléchissant fortement le rayonnement solaire incident ont un albédo plus élevé que les surfaces sombres eau de mer, continents recouverts de végétation… qui sont moins réfléchissantes. Type de surface Albédo Forêt de feuillus 0,15 à 0,20 Mer 0,05 à 0,15 Cultures 0,15 à 0,25 Terre albédo moyen actuel 0,31 Nuage 0,5 à 0,8 Glace 0,60 Neige fraîche 0,75 à 0,90 Miroir 1• L'atmosphère terrestre absorbe une faible proportion du rayonnement solaire incident, environ 20 %. Ainsi, au final, environ 50 % du rayonnement solaire incident en haut de l'atmosphère parviennent jusqu'à la surface terrestre et sont absorbés par le par l'atmosphère terrestre du rayonnement solaire incident et du rayonnement infrarouge terrestreIII. Rayonnement infrarouge du sol et effet de serre• Lorsque le rayonnement solaire incident est absorbé par la surface terrestre, celle-ci émet un rayonnement infrarouge longueur d'onde voisine supérieure à 780 nm et inférieure à 1 mm. La puissance émise par la surface terrestre par unité de surface dans l'infrarouge augmente avec la température de cette surface plus précisément avec la puissance quatrième de cette température. Or, l'atmosphère ne laisse passer qu'environ 5 % du rayonnement terrestre infrarouge, qui est envoyé dans l'espace, tandis qu'elle en absorbe 95 %. Cette absorption de la puissance terrestre infrarouge par l'atmosphère est appelée effet de serre ». Cet effet de serre terrestre est dû aux interactions moléculaires entre le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre et certains gaz atmosphériques appelés gaz à effet à serre » eau, CO2, CH4…. Une partie de ce rayonnement infrarouge absorbé par l'atmosphère est réémise vers l'espace tandis que la majeure partie est réémise vers le n°2IV. Bilan énergétique terrestre un équilibre radiatif dynamique• La puissance reçue par le sol en un lieu donné est égale à la somme de la puissance reçue provenant du Soleil et de celle reçue de l'atmosphère rayonnement infrarouge absorbé par effet de serre et réémis vers le sol. La puissance reçue par le sol provenant du Soleil et celle reçue par l'atmosphère sont du même ordre de grandeur. Ainsi, la puissance totale reçue par la surface de la planète est environ égale au double de la puissance solaire absorbée par le sol. Par le phénomène de l'effet de serre, la puissance totale reçue par la surface terrestre est supérieure à la puissance solaire absorbée par le sol et même à la puissance solaire incidente en haut de l'atmosphère. La présence de l'atmosphère est donc responsable d'une température terrestre moyenne actuelle de + 15 °C, supérieure de 33 °C à la température qui régnerait sur Terre pour une même puissance solaire incidente, en absence d'atmosphère, c'est-à-dire en absence d'effet de serre.• Un corps est dit en équilibre radiatif avec le rayonnement qu'il reçoit s'il ne perd ni ne gagne d'énergie. Ainsi, l'équilibre radiatif de la Terre implique que la puissance reçue par la surface terrestre soit égale à la puissance émise par celle-ci. Ainsi, la puissance totale reçue par le sol c'est-à-dire la puissance solaire absorbée par le sol, ajoutée à celle du rayonnement infrarouge absorbé par l'atmosphère par effet de serre et réémis vers le sol est égale à la puissance terrestre émise sous forme de rayonnement infrarouge. La température terrestre résulte de cet équilibre radiatif et elle est constante au cours du temps, tant que les caractéristiques de l'équilibre demeurent inchangées. Ainsi, la température terrestre actuelle est d'environ + 15 °C.• Cet équilibre radiatif de la Terre est un équilibre dynamique, c'est-à-dire que toute modification de la puissance reçue par la Terre entraîne une modification de la puissance émise par celle-ci et inversement. L'établissement d'un nouvel équilibre radiatif s'accompagne d'une modification de la température terrestre. Actuellement, l'augmentation de la concentration des gaz à effet de serre dans l'atmosphère, libérés par les activités humaines, augmente l'intensité du rayonnement infrarouge absorbé par l'atmosphère et réémis vers le sol, ce qui modifie l'équilibre radiatif. La conséquence de la modification de cet équilibre radiatif est l'augmentation actuelle de la température terrestre.• De plus, l'augmentation de la température terrestre peut avoir comme conséquence la fonte d'une partie de la neige et de la glace d'où une réduction des surfaces enneigées et englacées à fort albédo. Le réchauffement de la surface terrestre, en diminuant l'albédo terrestre moyen, diminue la puissance solaire réfléchie et entraîne une augmentation de la puissance solaire reçue par la surface terrestre, ce qui accentue alors son radiatif terrestreLes puissances P sont reportées à la surface terrestre et les valeurs données pourcentages sont puissance solaire puissance terrestre émise rayonnement infrarouge.

distance terre lune en puissance de 10