NOTES > ESPACE

Introduction

"Ceux qui ne se soucient pas de savoir, tout comme ceux qui s'abstiennent d'informer, sont coupables devant leur société; ou, pour le dire en termes positifs, la fonction d'information est une fonction sociale essentielle." Tzvetan Todorov

Laniakea

Laniakea (« paradis incommensurable » ou « horizon céleste immense »1 en hawaïen) est le superamas de galaxies englobant le Superamas de la Vierge dont fait partie la Voie lactée, et donc par suite le Système solaire et en particulier la Terre.

Sa découverte par une équipe internationale d'astronomes composée de R. Brent Tully, de l'université d'Hawaï à Mānoa, d'Hélène Courtois, de l'université de Lyon I, de Yehuda Hoffmande, de l'université hébraïque de Jérusalem, et de Daniel Pomarède, du Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, résultant d'une nouvelle façon de définir les superamas selon les vitesses radiales des galaxies, a été annoncée en septembre 2014.

Obama renonce à la Lune et privilégie le secteur privé pour l'espace

(AFP) – 29 janv. 2010

WASHINGTON — Le président Barack Obama a renoncé au projet d'un retour des Américains sur la Lune d'ici 2020 et veut encourager le développement de véhicules et lanceurs commerciaux vers la Station spatiale internationale (ISS), a-t-on appris vendredi de source proche de la Maison Blanche.

"Le programme Constellation est mort", a dit cette source à l'AFP, sous le couvert de l'anonymat, confirmant des informations initialement rapportées jeudi par le quotidien Florida Today.

Ce bouleversement de la stratégie d'exploration spatiale américaine sera dévoilé lundi dans le projet de budget 2011 que M. Obama doit soumettre ce même jour au Congrès.

Ce que propose l'administration, "c'est en gros une des options offertes par le rapport d'experts (présidé par Norman Augustine)" remis fin 2009 à la Maison Blanche, a précisé cette source. "Il s'agit de l'élimination de la fusée Ares 1, la fin du programme de la navette comme prévu (fin 2010 ou début 2011) sans vol supplémentaire et le maintien de la Station spatiale internationale jusqu'en 2020", a ajouté cette source.

L'administration, qui va proposer d'augmenter le budget de la Nasa de 5,9 milliards de dollars sur cinq ans, veut encourager le développement d'un secteur commercial capable d'assurer un service de transport orbital de personnes et de fret vers l'ISS. Avec cette nouvelle approche, le premier vol commercial vers la Station serait envisagé pour 2015 voire plus tôt, a-t-on encore expliqué de même source.

Le programme Constellation avait été lancé en 2004 par l'ancien président George W. Bush après la catastrophe de la navette Columbia en 2003. Il prévoyait un retour des Américains sur la Lune à l'horizon 2020 et, au-delà, des vols habités vers Mars.

La Nasa a déjà dépensé neuf milliards de dollars sur Constellation, dont 3,5 milliards pour le développement de Ares 1. Outre ce lanceur, l'agence spatiale a aussi avancé le développement de la capsule Orion pour transporter les astronautes qui rappelle le module du programme Apollo.

Ce changement de cap dans le programme américain d'exploration habitée de l'espace devrait aussi s'accompagner d'un effort pour une coopération internationale accrue, notamment avec les Européens, mais aussi avec d'autres pays pour des projets comme un retour sur la Lune ou autre, a indiqué cette source, notant que le patron de la Nasa Charles Bolden doit se rendre en Chine en avril.

Mais pour John Logsdon, ancien directeur du Space Policy Institute à l'Université George Washington, ce bouleversement des priorités ne signifie pas pour autant la fin des ambitions spatiales américaines.

"La mort du programme Constellation ne signifie pas la mort de l'exploration spatiale", a-t-il dit à l'AFP.

Se disant "triste" de l'abandon du projet de retour sur la Lune, il explique que la Nasa avec le secteur privé et probablement d'autres partenaires internationaux va commencer à plancher sur le futur de l'exploration au-delà de l'orbite terrestre qui pourra se concrétiser seulement au-delà de 2020.

On peut tout imaginer, poursuit cet expert, membre de plusieurs commissions consultatives de la Nasa, citant de brefs expéditions vers la Lune, un astéroïde ou une lune de Mars, comme l'indique le rapport de la commission Augustine.

John Logsdon s'attend à ce que la proposition de M. Obama provoque une levée de boucliers au Congrès où les élus de Floride, et d'autres Etats dépendants de la Navette et de Constellation, vont voir d'un très mauvais oeil l'abandon de ce programme, dont dépendent de nombreux emplois dans leur circonscription.

Le suivi des affaires spatiales


L'agence de l'ONU, UNOOSA qui veut dire United Nations Office for Outer Space Affairs est en charge de coordonner les problématiques spatiales entre les nations. Le site internet de l'agence est http://www.oosa.unvienna.org/. Les utilisations des technologies spatiales sont de plus en plus nombreuses. Les techniques d'imagerie sont utilisées dans de nombreux pays en développement pour l'agriculture ou la lutte contres des catastrophes climatiques.

Les spationautes français

Les spationautes sont européens mais l'europe n'a jamais directement envoyé d'hommes dans l'espace. Pour les Russes on parle de cosmonautes et les américains d'Astronautes.

 Les français sont partis dans l'Espace avec les navettes américaines (Tognini, Haigneré, Clairevoy)

ou avec les Soyouz russes (Claudie André/Deshayes Haigneré, / Jean-Lou Chrétien, et Thomas Pesquet).

Notes extraites du livre de David Elbaz


L'observation de l'Univers se fait par les ondes, nottament la lumière visible ou invisible à l'oeuil nu

Découverte de l'infrarouge

En 1800, William Herschel fit une découverte inattendue. Il dispersa la lumière solaire à l’aide d’un prisme, et plaça un thermomètre devant chaque couleur. Placé à droite du rouge, et ne recevant aucune lumière visible du prisme, un thermomètre indiquait une température supérieure à celles du bleu ou du rouge la matière sans créer de lumière visible. Un rayonnement «  calorifique  » que l’on appellera plus tard lumière «  infrarouge de lumière infrarouge, car la poussière interstellaire rayonne de la lumière infrarouge.

Découverte des rayons X
Un siècle plus tard, en 1895, le physicien allemand Wilhelm Röntgen fit à son tour une découverte qui révéla une autre facette du royaume de l’invisible. Des électrons accélérés dans un tube libéraient un rayonnement invisible capable de traverser la matière sans difficulté. On découvrit ainsi qu’il existait de la matière intergalactique en grande quantité dans les régions les plus riches en galaxies, les amas de galaxies. Puis, en radiographiant le centre des galaxies, on découvrit de la matière accélérée par une source de gravité 
Au lieu de cela, un pan entier s’ouvrit, réduisant à un grain de sable le bestiaire collecté après des décennies d’exploration de l’univers…

Que trouve t'on dans le vide : les atomes sont si rares qu’un dé à jouer ne contiendrait qu’un seul atome alors que l’air que nous respirons en contient 10 milliards de milliards.

Distances et vitesse de la lumière
La Voie lactée ressemble à une galette géante de 100 000 années-lumière de diamètre et de quelques centaines d’années-lumière d’épaisseur. Nous voyons le Soleil, éloigné de 150   millions de kilomètres, avec un retard de 8   minutes. L’image de la plus proche étoile après le Soleil, Proxima du Centaure, remonte déjà à…4 ans 2 mois et 2 semaines  !

Vitesse et mouvement des astres
De même que la Terre tourne autour du Soleil, le Soleil tourne autour du centre de la Voie lactée à 220  km/ s, presque 1   million de kilomètres par heure. Il effectue un tour complet en 230 millions d’années et fêtera bientôt son vingtième tour.

Gravité et expansion de l'univers
La gravité soude les étoiles à l’intérieur de la Voie lactée, comme la Terre au Soleil. Le système solaire et la Galaxie forment ainsi des systèmes «  autogravitants  », soudés par la gravité. Ce terme technique va jouer un rôle central dans notre histoire  : les systèmes autogravitants ne suivent pas l’expansion de l’univers, ce qui pose problème à la thérorie.

On pourrait penser que nous ne voyons pas les gens grandir sous l’effet de l’expansion de l’univers en raison de la courte durée d’une vie humaine. En réalité, notre corps ne subit aucune expansion, même microscopique. Le système solaire non plus. La Voie lactée non plus. Les plus grandes structures autogravitantes de l’univers, les amas de galaxies mesurent plus de 10   millions d’années-lumière et ne subissent pas plus l’expansion de l’univers que notre propre corps.

Les groupes et amas de galaxies s’éloignent les uns des autres, car l’espace qui les sépare s’étend sous l’effet de l’impulsion initiée au moment du Big Bang.

Vues à très grande échelle, les galaxies dessinent une gigantesque toile d’araignée dont les carrefours contiennent chacun un amas de galaxies, une mégalopole aux mille galaxies.

Depuis 13,8   milliards d’années, la toile cosmique s’étire en suivant un mouvement d’expansion, mais les villages, les villes et les mégalopoles, donc les galaxies, les groupes de galaxies et les amas de galaxies, restent soudés par un lien semblable à celui qui nous maintient à la surface de la Terre  : la gravité.

En rapportant ce bout de ciel à l’ensemble de la voûte céleste, on estime qu’il existe près de 100 milliards de galaxies dans l’univers observable et donc au moins 10 000 milliards de milliards d’étoiles.
5   milliards le nombre de planètes pouvant contenir de l’eau liquide, et donc potentiellement abriter la vie, à l’intérieur de la Voie lactée.

La toile cosmique dessinée par les galaxies sur plusieurs milliards d’années-lumière ressemble bel et bien à une structure homogène.


La face cachée de l’univers
Il existe deux grandes sources d’énergie dans l’univers  : la fusion nucléaire et l’énergie gravitationnelle.

Pendant son existence, une étoile rayonne de l’énergie sous la forme de lumière grâce aux fusions nucléaires qui se produisent en son cœur. Une fois le combustible épuisé, les étoiles plus massives que 8  masses solaires s’effondrent sur elles-mêmes et libèrent leur énergie gravitationnelle sous la forme de lumière au cours d’une explosion.

Nous savons aujourd’hui que les rayons cosmiques viennent bien de l’explosion d’étoiles qui accélèrent des particules de matière à des vitesses proches de celle de la lumière par un mécanisme légèrement différent qui se produit après et non pendant l’explosion. Avec leur vitesse prodigieuse, les particules traversent la matière sans aucune résistance. Seuls quelques rayons cosmiques interagissent avec la Terre et ionisent les atomes de l’atmosphère et de notre propre corps. On pense d’ailleurs que certaines mutations génétiques viendraient de l’impact de rayons cosmiques.

Lorsqu’une étoile se comprime après épuisement de son réservoir nucléaire, elle libère de l’énergie gravitationnelle qui propulse l’enveloppe de l’étoile à des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres par seconde.

Chevelure de Bérénice
Près de 800 nébuleuses, trop faibles pour l’œil mais parfaitement visibles au télescope. La plus grande concentration de galaxies connue de l’univers se trouve là  : autant d’« univers-îles  » situés à 300 millions d’années-lumière de nous. 

Matière noire
La gravité exercée par la matière visible ne pouvait en aucun cas maintenir des galaxies aussi rapides à l’intérieur de l’amas de galaxies. Il devait exister une forme de matière obscure, de la «  matière noire  » qui participait à la cohésion gravitationnelle de l’amas de Coma et que l’on ne pouvait pas voir au télescope. Il l’appela dunkle Materie, matière sombre, dans son article rédigé en allemand et paru le 16   février 1933 dans les Helvetica Physica Acta.

En conclusion, il déclara qu’il devait exister 400   fois plus de matière dans l’univers que de matière lumineuse et visible  !

On découvrit ensuite qu’il existait de la matière intergalactique visible uniquement dans le domaine des rayons   X. Mais au final, il reste toujours 6   fois plus de matière noire que de matière lumineuse, et cela reste vrai aujourd’hui

Souvenons-nous du fait que l’attraction gravitationnelle du Soleil diminue à mesure que l’on s’en éloigne, ce qui explique pourquoi les planètes les plus lointaines, et Uranus en particulier, se déplacent plus lentement que les planètes les plus proches, comme Mercure et Vénus.

D’où nous vient cette certitude selon laquelle «  ce qui est en haut est comme ce qui est en bas.On en déduisit l’existence par l’application de la loi de la gravitation universelle de Newton. Mais cette loi s’applique-t-elle dans l’univers lointain comme dans nos laboratoires

Rien ne la relie à la Terre. Comment la Terre transmet-elle à distance son attraction sur la feuille  ?

À court d’arguments, Newton fit appel à Dieu, le Grand Horloger, pour assurer la stabilité de l’univers. Aujourd’hui nous apportons une autre réponse à cette question  : on l’appelle le Big Bang

Cette modification se calcule à l’aide d’une formule définissant comment mesurer une longueur et une durée en chaque point de l’espace. Longueur et durée deviennent relatives à l’endroit où on les mesure. Cette formule s’appelle la «  métrique  » de l’espace-temps.

Il existe une particule ne possédant pas de masse, le photon, la particule de lumière.

Le vide absolu n’existe pas dans l’univers.

La température de 1 milliard de degrés et plus qui régnait alors provoquait de telles collisions entre protons que ceux-ci fusionnèrent en produisant des noyaux d’hélium, et une faible proportion de noyaux de béryllium et de lithium.

Une forme de matière de nature inconnue ne produisant ni lumière ni atomes représente bien 85  % de la matière dans l’univers  ! Ainsi, la face cachée de l’univers l’emporte largement sur sa face observable, même lorsqu’on utilise des satellites pour observer les couleurs invisibles de l’univers, comme la lumière radio, infrarouge ou   X…

Souvenons-nous qu’une distance dans l’espace correspond à une distance dans le temps. La sphère dont nous occupons le centre s’appelle «  horizon cosmologique  » car on ne peut voir au-delà de cet horizon qui date de 380 000 ans après le Big Bang. La lumière rayonnée par cet univers-étoile constitue le «  fond diffus cosmologique  » qui nous apparaît avec un retard de 13,8 milliards d’années.

Comment s'organise le repérage des astres ? pour déterminer l'échelle des distances cosmiques
Les parallaxes (mouvement des étoiles dans le ciel lié au fait que la Terre tourne autour du Soleil)
Les étoiles variables céphéides (étude de la variation de leur lumière)
Le redshift (décalage vers le rouge) permet de mesurer les distances encore plus longues (à partir du mouvement de l'expansion de l'univers et de la vitesse d'éloignement des galaxies)
Les supernovae (très lumineuses)

Energie noire
Après treize années d’investigation confirmant leur résultat, Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess reçurent le prix Nobel de physique en 2011 pour la découverte d’une forme d’énergie inconnue représentant 70  % du contenu énergétique de l’univers.

Tout remonte à la question de Bentley à Newton  : pourquoi un univers dont les éléments s’attirent mutuellement sous l’effet de la gravité ne s’effondre-t-il pas sur lui-même ? Pour sauver l’univers de la destruction par la courbure de l’espace-temps, Einstein dut postuler l’existence d’un antidote à la gravité, une forme d’antigravité.

D’une manière plus générale, les champs d’interaction se propagent au travers de particules appelées «  bosons  ». La nature quantique de ces bosons interdit de connaître précisément leur énergie. Ce que le physicien Werner Heisenberg appela le «  principe d’incertitude  » découle mathématiquement de la nature ondulatoire des particules élémentaires.

On ne peut donc pas s’appuyer sur les observations actuelles pour favoriser l’hypothèse d’une quintessence ou d’une énergie fantôme. Mais le jour où nous pourrons répondre à cette question se rapproche. Conscients de l’enjeu majeur de cette énigme pour l’ensemble de la physique, les représentants de la communauté scientifique au bureau de sélection des missions spatiales de l’Agence spatiale européenne ont voté en faveur d’un satellite dédié à cette question précise.

Mais dans la majorité des cas, la déformation n’affecte que très peu la forme des galaxies individuelles. En étudiant la forme de milliards de galaxies, Euclid va dessiner une carte de la distribution de matière noire dans l’univers, trahie par les déformations qu’elle engendre sur les images du ciel. En comparant cette carte à différentes époques de l’histoire de l’univers, on saura enfin si l’énergie qui accélère l’univers change au cours du temps et agit différemment en certaines régions de l’univers. Nous aurons alors une idée de la nature de celle que l’on appelle, en attendant, l’«   énergie noire  ». À moins qu’il faille revoir notre théorie de la gravitation…

l’univers. Or la physique repose sur une symétrie parfaite entre le passé et le futur  : toute transformation physique doit conserver l’énergie totale d’un système.

Nos mouvements, nos pensées, se nourrissent donc de la même source d’énergie que nos voitures et nos avions  : l’énergie du Soleil collectée sur de longues périodes par les plantes à la surface de la Terre. L’énergie libérée lors du choc d’un livre lâché au-dessus d’une table descend elle aussi d’une succession d’événements qui prend sa source dans le Soleil.
Le secret de la source d’agitation des particules à la surface du Soleil se trouve au cœur de l’étoile, là où règne une température de 15  millions de degrés.

température aussi élevée, l’énergie de mouvement des protons atteint un niveau suffisant pour vaincre leur «  barrière coulombienne  », la répulsion électrique de deux charges positives. Deux protons forment un noyau de deutérium. La force nucléaire qui maintient les particules élémentaires à l’intérieur d’un proton, ses trois «  quarks  », s’étend désormais à six quarks car, à courte distance, son intensité l’emporte sur la répulsion électrostatique. Puis les fusions continuent jusqu’à générer de l’hélium.

Ou plus prosaïquement, «  qui   souleva  » les particules de matière qui tombèrent dans le Soleil  ?

L’origine de l’énergie produite lors de la simple chute d’un livre sur une table remonte à celle de l’univers et nous poser cette question revient à se demander d’où vient le Big Bang.

pensées prend sa source dans ce fameux Big Bang. En étendant l’espace, le Big Bang transforma son énergie d’origine inconnue en énergie dynamique, l’expansion de l’univers, puis celle-ci légua à chaque particule de matière de l’énergie potentielle.

Parce qu’une loi comme la gravitation existe, l’univers peut se créer et se recréera spontanément à partir de rien  », écrit Stephen Hawking dans Y a-t-il un grand architecte dans l’univers  ?

L’univers tout entier pouvait apparaître spontanément à l’intérieur du vide quantique, comme une simple fluctuation d’énergie.

La méthode ressemble à celle que l’on utilise quand on frappe un mur avec le doigt pour distinguer un mur plein et porteur, d’un mur fait de briques creuses. Même sans le voir, on peut distinguer le bruit d’un objet en métal de celui d’un objet en bois ouverre. Les ondes sonores nous parlent de la structure de l’objet qui les émet. Les cosmologistes utilisent une technique similaire pour étudier l’univers au-delà de l’horizon cosmologique. La surface de l’horizon cosmologique ressemble à celle du Soleil, avec des points «  chauds  » et des points «  froids  ».

Ces cycles de compression-dilatation de la matière agissent comme des haut-parleurs dans l’univers, créant des oscillations acoustiques qui dépendent de la profondeur et de la largeur des puits gravitationnels engendrés par la matière noire, les cavités résonantes.

La découverte de trous noirs de 30 masses solaires pourrait-elle résoudre l’énigme de la matière noire  ?

L’astrophysicien anglais John Wheeler inventa le terme de «  trou noir  » en 1968 en référence au puits sans fond où tombe l’Alice de Lewis Carroll. Un puits où le temps s’écoule différemment. En effet, en relativité, on ne modifie pas les longueurs sans affecter aussi les durées.

La condition à remplir pour qu’un astre puisse piéger la lumière et devenir un trou noir dépend du rapport entre la masse et le rayon de l’astre. On obtient le même effet en augmentant la masse de la Terre sans en modifier le rayon qu’en la comprimant en conservant sa masse. La condition pour former un trou noir se résume donc ainsi  : tout objet dont le rapport masse sur rayon dépasse la valeur d’une masse solaire (2   x   1030   kg) pour un rayon de 3   kilomètres possède une vitesse d’échappement supérieure à la vitesse de la lumière, et forme donc un trou noir.

Mais comment comprimer un objet   à ce point  ?

Dans les années 1920, le prix Nobel de physique Subrahmanyan Chandrasekhar démontra qu’au-delà d’une certaine masse, un astre s’effondrerait sur lui-même sans limite sous l’effet de sa propre gravité, jusqu’à se transformer en trou noir.

Effondrement d'étoiles
Les étoiles constituent des objets très massifs qui résistent à leur effondrement grâce aux réactions nucléaires qu’elles engendrent en leur cœur. L’énergie des fusions de noyaux d’atomes maintient un équilibre en s’opposant à la gravité. Mais quand elle épuise son réservoir nucléaire, la partie interne de l’étoile s’effondre sur elle-même.

Dans le cas d’une étoile comme le Soleil, cet effondrement formera une «  naine blanche  » et n’atteindra pas le seuil du trou noir. 

Une étoile plus massive que 8   masses solaires s’éteint en donnant naissance à une «  étoile à neutrons  ». Au-delà de 20   masses solaires, le cœur de l’étoile qui s’effondre forme un «  trou noir stellaire  » de quelques masses solaires.

Trous noirs

Nous pourrions un jour croiser un tel trou noir stellaire sans pouvoir prévoir son passage puisqu’il ne produit aucune lumière.

Il ne s’agirait plus de trous noirs stellaires, nés de la mort d’une étoile, mais de trous noirs primordiaux, nés juste après le Big Bang, avant même la formation des protons.

S’il existait des trous noirs primordiaux, ceux-ci ajouteraient du lien gravitationnel et pourraient ainsi résoudre le problème.

Les composants de la matiere

Les particules élémentaires sont dénommées ainsi car on ne sait pas les décomposer. C'était le cas de l'atome qui a été une particule élémentaires. 

Trou noir(representation film interstellar)

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