Vidéo de la leçon: Étoiles et Galaxies Sciences

Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, 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.

Lorsqu’on observe le ciel par une nuit sombre et dégagée, il est possible de voir des milliers d’étoiles. Depuis la Terre, les étoiles apparaissent comme des petits points lumineux, mais c’est parce qu’elles sont très éloignées. Si nous pouvions nous approcher d’une de ces étoiles et l’observer de près, nous pourrions voir qu’il s’agit en fait d’une sphère très chaude et très brillante, un peu comme le Soleil. En fait, le Soleil est une étoile, comme toutes celles que nous pouvons voir dans le ciel la nuit. C’est juste qu’il semble beaucoup plus grand et plus lumineux que les autres étoiles parce qu’il est très proche de la Terre.

En fait, le Soleil est une étoile de taille moyenne. Si cette étoile était Sirius, l’étoile la plus brillante dans le ciel, et si nous placions le Soleil juste à côté, voilà quelle serait sa taille. Et si nous pouvions voyager assez loin pour voir toutes les étoiles à la fois, chacune apparaissant comme un minuscule point de lumière, nous pourrions observer une forme comme celle-ci.

C’est la galaxie appelée la Voie Lactée. Elle contient des centaines de milliards d’étoiles, si nombreuses que nous ne pouvons pas les voir individuellement. Le Soleil est situé approximativement ici. C’est seulement une des centaines de milliards de points lumineux qui composent la Voie Lactée. La Voie Lactée a la forme d’un disque avec des bras en spirale. On peut aussi la comparer à un œuf sur le plat, avec un bulbe au centre et une sorte de grand disque plat tout autour. Si nous pouvions la voir de côté, voilà ce que cela donnerait, avec le bulbe au centre et un disque tout autour. Le Soleil et toutes ses planètes, y compris la Terre, sont situés quelque part dans ce disque.

Et c’est pourquoi, si on regarde le ciel par une nuit très sombre et très dégagée, on peut parfois apercevoir une bande de lumière qui traverse le ciel. Cela ressemble un peu à un nuage. Mais c’est en fait la combinaison de la lumière issue de milliards d’étoiles trop éloignées pour être vues individuellement. Voici notre vision de la Voie Lactée vue de la Terre. Dans certaines parties de l’hémisphère sud, comme en Amérique du Sud, en Afrique australe ou en Australie, on peut même observer la lumière plus brillante provenant du bulbe de la galaxie. C’est la vue que nous pouvons avoir de l’intérieur de la Voie lactée, depuis le disque.

Comme nous sommes situés à l’intérieur de la Voie Lactée, nous ne pouvons pas voir les formes en spirale. Mais il est possible de mesurer la position de toutes les étoiles et de déterminer à quoi cela ressemblerait vu de l’extérieur. Mais en utilisant des télescopes pour observer l’espace lointain, il est possible d’observer des formes comme celle-ci. Ce sont d’autres galaxies. Appelés autrefois des « univers-îles », elles contiennent chacune des centaines de milliards d’étoiles.

Les galaxies peuvent avoir différentes formes, tailles et couleurs. La plupart d’entre elles ont des bras spiraux semblables à ceux de la Voie lactée, mais pas toutes. Certaines sont sphériques, d’autres ont la forme de ballons de rugby. Mais ce que toutes les galaxies ont en commun, c’est qu’elles contiennent des milliards d’étoiles. Et il y a au moins cent milliards de galaxies. C’est un un avec 11 zéros. Et comme chacune de ces galaxies peut contenir des centaines de milliards d’étoiles, elles sont également très grandes. La Voie Lactée, par exemple, fait environ 10 puissance 18 kilomètres de diamètre. Le Soleil, qui est situé ici, tourne autour du centre de la Voie Lactée, tout comme la Terre tourne autour du Soleil. Mais comme la Voie lactée est très grande, il faut environ 250 millions d’années au Soleil pour faire le tour de son orbite. Pour cela, il doit parcourir environ 220 kilomètres par seconde, en emportant avec lui toutes les planètes, dont la Terre.

Comme nous pouvons le voir, lorsque nous avons affaire à de très grandes distances, comme pour mesurer la taille des galaxies, les kilomètres ne sont pas très adaptés parce que les nombres deviennent très grands et sont donc difficiles à manipuler. La meilleure solution est d’utiliser une unité appelée l’année-lumière. Une année-lumière est définie comme la distance parcourue par la lumière pendant une année. Et une année-lumière est égale à 9,46 fois 10 puissance 12 kilomètres. Comme le terme année-lumière contient le mot année, une erreur fréquente est de penser qu’il s’agit d’un intervalle de temps Mais il faut se rappeler qu’une année-lumière est une unité de distance, la distance parcourue par la lumière pendant une année, soit 9,46 fois 10 puissance 12 kilomètres.

L’année lumière est une unité bien utile, car elle permet d’utiliser beaucoup plus facilement les nombres que nous avons ici. Nous avons vu précédemment que la Voie Lactée mesure 10 puissance 18 kilomètres de diamètre. Cela correspond à 100 000 années-lumière. L’année-lumière est une unité particulièrement utile lorsqu’on veut considérer les distances entre les étoiles à l’intérieur de la galaxie. Considérons la distance entre l’étoile la plus proche de nous, le Soleil, et notre plus proche voisin, Proxima du Centaure. Si nous écrivons cette distance en kilomètres, elle vaut 4,02 fois 10 puissance 13 kilomètres. Mais cela ne représente que 4,2 années-lumière. Et si nous mesurons la distance entre le Soleil et Véga, une étoile de couleur bleu vif, cette distance vaut 2,37 fois 10 puissance 14 kilomètres, mais seulement 25 années-lumière. Comme nous pouvons le voir, lorsque nous avons affaire à de très grandes distances, il est beaucoup plus facile de travailler avec les années-lumière.

La plupart des informations sur les étoiles et les galaxies que nous avons abordées dans cette vidéo ont été découvertes à l’aide d’instruments d’optique. Il existe de nombreux types d’appareils, mais il y a deux catégories principales. Les lunettes astronomiques (basées sur la réfraction) qui utilisent des lentilles et les télescopes (basé sur la réflexion) qui sont composés de miroirs. La lunette astronomique est l’appareil utilisé par Galilée au 17e siècle pour faire de nombreuses découvertes importantes, y compris la séparation de la Voie lactée en étoiles. Et les lunettes astronomiques sont toujours très utilisées aujourd’hui. Mais la plupart des appareils de recherche modernes sont des télescopes, y compris ceux installés au sol ainsi que le télescope spatial Hubble, qui effectue des observations à partir de l’espace.

Ce que tous ces appareils ont en commun, c’est qu’ils font apparaître les objets lointains plus grands, en utilisant soit des lentilles soit des miroirs. Ils ne permettent pas de rendre les objets plus lumineux. Les objets sont simplement plus grands afin qu’ils soient plus faciles à voir. Les instruments d’optique utilisés en astronomique ne changent pas non plus la couleur des objets.

Maintenant que nous avons parlé de la nature des étoiles et des galaxies , et des outils utilisés pour les observer, entraînons-nous avec quelques questions.

Laquelle des propositions suivantes décrit correctement ce que sont les étoiles ? (a) Les étoiles sont des objets célestes petits et chauds, situés juste au-dessus de l’atmosphère. (b) Les étoiles sont des objets célestes petits et chauds, situés aux extrémités du système solaire. Ou (c) Les étoiles sont des objets célestes très gros, très chauds et très éloignés du système solaire.

Lorsque nous pensons aux étoiles, nous pouvons les imaginer comme des petites particules de lumière. Mais rappelons-nous que c’est seulement parce qu’elles sont très éloignées. En réalité, les étoiles sont très semblables au Soleil et, dans de nombreux cas, elles peuvent être encore plus grandes. Et elles nous paraissent petites et faibles à cause de la distance. Si les étoiles étaient situées juste au-dessus de l’atmosphère, elles seraient encore plus proches que le Soleil et semblaient donc encore plus grandes. Ce n’est clairement pas le cas, nous pouvons donc éliminer la réponse (a).

Même si les étoiles étaient situées aux extrémités du système solaire, elles ne seraient pas beaucoup plus éloignées de nous que le Soleil. Et nous savons également que les étoiles ne sont pas petites. Nous pouvons donc éliminer la réponse (b).

La bonne réponse est la réponse (c). Les étoiles sont des objets célestes très gros, très chauds et très éloignés du système solaire.

Complète la phrase suivante : Une année-lumière est une unité de _____. S’agit-il d’une unité de (a) temps, (b) distance ou (c) vitesse ?

Rappelons qu’une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière pendant une année. Et une année-lumière vaut 9,46 fois 10 puissance 12 kilomètres. Il est important de ne pas se laisser influencer par le mot « année ». Tout comme le kilomètre, l’année-lumière est une unité de distance. Et la bonne réponse est donc qu’une année-lumière est une unité de distance (b).

Résumons maintenant les points clés abordés dans cette vidéo. Les étoiles sont de grandes sphères chaudes qui sont très éloignées. Nous avons vu que les galaxies contiennent des milliards d’étoiles, souvent disposées en spirale. Nous avons vu que le Soleil et le système solaire sont situés dans l’un des bras en spirale de la Voie Lactée. Nous avons parlé d’une unité particulière, l’année-lumière, qui correspond à la distance parcourue par la lumière pendant une année et qui vaut 9,46 fois 10 puissance 12 kilomètres. Nous avons également parlé des deux types principaux d’instruments d’optique utilisés astronomie, les lunettes astronomiques et les télescopes, qui permettent de rendre les objets plus grands.