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Fiche explicative de la leçon : Étoiles et galaxies Sciences

Dans cette fiche explicative, nous allons découvrir la Voie lactée, et apprendre comment l’année-lumière peut être utilisée comme mesure des distances entre les étoiles dans la galaxie.

Lorsque l’on observe le ciel nocturne par une nuit claire, on peut apercevoir des milliers et des milliers d’étoiles. L’image ci-dessous est une photo du ciel nocturne prise dans le parc national de Yellowstone en Amérique.

Ciel nocturne bleu foncé avec nombreuses étoiles au–dessus d'un champ d'arbres

Les étoiles semblent être des points de lumière très petits et très faiblement lumineux, mais ceci est dû au fait qu’elles sont très éloignées. Si on pouvait voyager vers une étoile et la regarder de près, on observerait qu’il s’agit d’une sphère très grande, très chaude et très brillante, tout comme notre Soleil. En effet, le Soleil est une étoile. La seule raison pour laquelle le Soleil a l’air beaucoup plus gros et plus lumineux que les autres étoiles est parce qu’il est beaucoup plus proche de la Terre.

Lorsque l’on observe le ciel nocturne, on peut également voir qu’il y a une faible bande de lumière qui le traverse en partie. Ceci s’observe plus facilement depuis l’hémisphère sud, dans des pays comme l’Amérique du Sud, l’Afrique du Sud et l’Australie. Cette bande de lumière est illustrée sur la photo ci-dessous qui a été prise dans le désert d’Atacama au Chili.

Magnifique Voie lactée

Cette bande de lumière est connue sous le nom de Voie lactée.

Pendant plusieurs centaines d’années, on pensait que la Voie lactée ressemblait à un « nuage » lumineux. Mais au dix-septième siècle, un scientifique italien appelé Galileo Galilei a utilisé un télescope — un instrument qui peut être utilisé pour observer des objets très lointains – et il s’est aperçu que la Voie lactée était en fait composée de très nombreuses étoiles, toutes très proches les unes des autres.

De plus, le Soleil et le système solaire, qui comprend la Terre, les sept autres planètes, et de nombreuses lunes, astéroïdes et comètes, font partie de la Voie lactée. La Voie lactée est en réalité un rassemblement de milliards d’étoiles, dont beaucoup possèdent également des planètes en orbite autour d’elles.

Cette collection d’étoiles a la forme d’un disque. La Voie lactée ne ressemble pas à un disque lorsqu’elle est vue depuis la Terre, car la Terre, le Soleil et le reste du système solaire sont à l’intérieur de ce disque.

L’image ci-dessous montre à quoi ressemblerait ce disque si on le regardait depuis un autre point de vue.

Notre Galaxie Voie lactée

Les étoiles de la Voie lactée forment une spirale.

Le point vert sur l’image ci-dessus montre la position approximative de notre système solaire dans la Voie lactée. On remarque que notre système solaire n’est pas au centre de la Voie lactée, ni à une de ses extrémités. Cela signifie que peu importe la direction dans laquelle on regarde l’espace depuis la Terre, on peut voir une partie de la Voie lactée.

En réalité, il est impossible de prendre une photo de la Voie lactée à partir du point de vue de l’image ci-dessus. Pour prendre une photo depuis ce point de vue, il faudrait parcourir des milliards et des milliards de kilomètres depuis la Terre, ce qui n’est pas possible. Cependant, on est capable de mesurer la position des étoiles dans la Voie lactée, et d’en déterminer ainsi la forme générale.

Un rassemblement de milliards d’étoiles comme celui-ci est connu sous le nom de galaxie. La Voie lactée n’est que l’une des milliards et des milliards de galaxies réparties dans l’espace.

Exemple 1: Décrire les étoiles

Laquelle des affirmations suivantes décrit correctement les étoiles?

  1. Les étoiles sont de petits objets chauds situés juste au-dessus de l’atmosphère.
  2. Les étoiles sont de petits objets chauds situés au bord du système solaire.
  3. Les étoiles sont des objets très grands et très chauds qui sont très éloignés du système solaire.

Réponse

Lorsque l’on observe le ciel nocturne, on aperçoit des milliers et des milliers d’étoiles qui ressemblent à de très petits points de lumière.

Cependant, on les observe ainsi uniquement parce qu’elles sont très, très loin. Les étoiles sont en fait des sphères très grandes, très chaudes et très brillantes. Elles se situent très loin de la Terre et de notre système solaire, ce qui les fait apparaitre comme étant très faibles. Ainsi, la bonne réponse est la réponse C.

Exemple 2: Décrire les galaxies

Complètez la phrase suivante:Une galaxie contient d’étoiles.

  1. des centaines
  2. des milliards
  3. des milliers
  4. des centaines de milliers
  5. des millions

Réponse

Une galaxie est un rassemblement de milliards d’étoiles;un milliard est un 1 suivi de neuf zéros, ou 1 000 000 000, il s’agit donc d’un nombre d’étoiles extrêmement grand. On pense que notre propre galaxie, la Voie lactée, contient entre 100 milliards et 400 milliards d’étoiles, certaines d’entre elles comme notre propre Soleil, beaucoup plus grandes et d’autres beaucoup plus petites.

Donc, la bonne réponse est la réponse B.

Exemple 3: Décrire la forme de la galaxie de la Voie lactée

La photo montre une vue de dessus de la Voie lactée.

Notre Galaxie Voie lactée

Lequel des énoncés suivants décrit le mieux la forme de la Voie lactée?

  1. un cercle
  2. une spirale
  3. une sphère

Réponse

En regardant la photo donnée dans la question, on voit que la Voie lactée a clairement une forme de spirale. Sur la figure ci-dessous, les bras en spirale de la Voie lactée ont été surlignés en vert.

Notre Galaxie Voie lactée

La galaxie est aussi essentiellement plate. Si on regardait la Voie lactée de côté, on observerait alors quelque chose comme sur l’image ci-dessous.

Nébuleuse colorée dans l'espace

Ainsi, la bonne réponse est la réponse B.

Le Soleil et toutes les autres étoiles de la Voie lactée gravitent autour du centre de la Voie lactée. Elles se déplacent très vite le long de leur orbite;le Soleil, avec le reste du système solaire, se déplace à une vitesse d’environ 220 kilomètres par seconde le long de son orbite autour du centre de la galaxie. Cependant, comme les distances impliquées sont très grandes, il faut au système solaire des centaines de millions d’années pour effectuer une orbite complète.

Lors de la mesure des distances entre les objets de la galaxie, utiliser des unités telles que des mètres et des kilomètres n’est pas très pratique. Ces unités sont très petites par rapport aux distances entre les objets de la galaxie, ce qui signifie que les distances doivent être exprimées en milliards, trillions, quadrillions, ou même des multiples encore plus grands de mètres ou de kilomètres.

Ainsi, une unité qui est souvent utilisée à la place est l’année-lumière, qui a pour symbole « al ». L’année-lumière est une très grande unité de distance qui est égale à environ 9,46trillionskilomètres, que l’on peut écrire en utilisant la notation scientifique 9,46×10km.

Les gens pensent souvent qu’une année-lumière est une unité de temps car elle contient le mot « année », mais il est important de se rappeler que l’année-lumière est une unité de distance. Le nom « année-lumière » vient du fait que 1 année-lumière est égale à la distance parcourue par un faisceau de lumière en 1 an, s’il n’y avait rien sur son parcours.

Définition : Année-lumière

Une année-lumière est une unité de distance égale à la distance parcourue par un faisceau de lumière en 1 an, s’il n’y avait rien sur son parcours. Exprimée numériquement, 1=9,46×10.année-lumièrekilomètres

Pour voir à quel point l’année-lumière est utile, regardons les distances nous séparant de certaines étoiles proches. L’étoile la plus proche du Soleil est une étoile appelée Proxima Centauri. Exprimée en kilomètres, la distance entre le Soleil et Proxima Centauri est de 4,02×10km, mais exprimée en années-lumière, cette distance est de 4,2 al. De même, Vega, qui est une étoile très brillante, est située à 2,37×10km du Soleil, ce qui est égal à 25 al. Comme on peut le voir, il est beaucoup plus facile d’exprimer ces distances en années-lumière.

Exemple 4: Décrire une année-lumière

Complètez la phrase suivante:Une année-lumière est une unité de .

  1. temps
  2. distance
  3. vitesse

Réponse

Il est important de se rappeler que même si le mot « année-lumière » contient le mot « année », une année-lumière n’est pas une unité de temps.

Une année-lumière est une unité de distance égale à la distance parcourue par un faisceau de lumière en 1 année, s’il n’y avait rien sur son parcours. Elle a une valeur d’environ 9,46×10km.

Ainsi, la bonne réponse est la réponse B.

Auparavant, on a noté que c’était un scientifique italien, Galileo Galilei, qui avait découvert, au cours des années 1600, que la Voie lactée était composée de plusieurs étoiles. Il a fait cette découverte en utilisant un télescope, qui est un instrument pouvant être utilisé pour observer des objets très éloignés. La conception des télescopes s’est beaucoup améliorée depuis l’époque de Galilée.

Il existe de nombreux types de télescopes, mais les deux types les plus simples sont les télescopes à réfraction et les télescopes à réflexion. Les télescopes à réfraction utilisent des lentilles pour agrandir les objets lointains, tandis que les télescopes à réflexion utilisent des miroirs.

Exemple 5: Décrire la fonction des télescopes

Complètez la phrase suivante:Un télescope fait apparaître des objets éloignés .

  1. plus bleus
  2. plus sombres
  3. plus petits
  4. plus grands
  5. plus lumineux

Réponse

Un télescope est un instrument qui peut être utilisé pour voir des objets très éloignés. Pour ce faire, il fait apparaitre les objets comme étant plus grands — on dit qu’il agrandit les objets.

On note qu’un télescope ne change pas la luminosité de l’image observée — l’objet ne semble pas plus lumineux ou plus sombre — il semble simplement plus grand. Il ne change pas non plus la couleur de l’objet, de sorte que l’objet n’apparaîtra ni plus bleu ni plus rouge.

Ainsi, la bonne réponse est la réponse D.

Points clés

  • Les étoiles sont des sphères très grandes, très chaudes et très brillantes semblables au Soleil. La raison pour laquelle les étoiles semblent être beaucoup plus petites et beaucoup moins lumineuses que le Soleil, cependant, est parce qu’elles sont très éloignées.
  • Le Soleil, avec des milliards d’autres étoiles, fait partie de la Voie lactée, qui est une galaxie.
  • La Voie lactée a une forme de spirale. Toutes les étoiles de la Voie lactée sont en orbite autour du centre de la Voie lactée. Notre système solaire est situé sur l’un des bras en spirale de la Voie lactée.
  • Une année-lumière est une unité de distance égale à la distance parcourue par un faisceau de lumière1 an s'il n'y avait rien sur son parcours, et il a une valeur de 9,46×10 km.
  • Pendant des siècles, les scientifiques ont utilisé des télescopes pour observer des étoiles lointaines. Les deux types de télescopes les plus simples sont les télescopes à réfraction et les télescopes à réflexion.

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