De la Terre aux Étoiles : Mesure des distances Terre-Étoile
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Cette présentation concerne la mesure des distances entre la Terre et les étoiles. Elle présente notamment la technique du l'écho radar et celle de la parallaxe.
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De la Terre aux Étoiles : Mesure des distances Terre-Étoile
- 1. De la Terre aux Étoiles Mesure des distances Terre-Étoile Dr Ir. Sébastien Combéfis Cours d’été en Physique (UCL) Lundi 25 aout 2014
- 2. Ce(tte) œuvre est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution – Pas d’Utilisation Commerciale – Pas de Modification 4.0 International.
- 3. Distance Terre-Lune Réflecteur lunaire Renvoie les rayons lumineux dans la direction de leur provenance Laser Émis par des stations au sol à travers des télescopes Réflecteur Apollo 11 384 467 km d = ∆t 2 c 3
- 4. Réflecteur en coin Coin de cube Permet de réfléchir un rayon dans la direction de leur provenance 4
- 5. Parallaxe Effet du changement de position de l’observateur sur ce qu’il perçoit SMARTPHONE 123 Q W E R T Y U I O PA S D F G H J K L alt Z X C V B N M $ ESPACE 12:43 31 5
- 6. Parallaxe Effet du changement de position de l’observateur sur ce qu’il perçoit SMARTPHONE 123 Q W E R T Y U I O PA S D F G H J K L alt Z X C V B N M $ ESPACE 12:43 31 SMARTPHONE 123 Q W E R T Y U I O PA S D F G H J K L alt Z X C V B N M $ ESPACE 12:43 31 5
- 7. Parallaxe Effet du changement de position de l’observateur sur ce qu’il perçoit SMARTPHONE 123 Q W E R T Y U I O PA S D F G H J K L alt Z X C V B N M $ ESPACE 12:43 31 SMARTPHONE 123 Q W E R T Y U I O PA S D F G H J K L alt Z X C V B N M $ ESPACE 12:43 31 5
- 8. Parallaxe Effet du changement de position de l’observateur sur ce qu’il perçoit SMARTPHONE 123 Q W E R T Y U I O PA S D F G H J K L alt Z X C V B N M $ ESPACE 12:43 31 Ampèremètre analogique 5
- 9. Mesurer une distance Données Deux points d’observation séparés d’une distance h Un angle α observé entre l’objet et l’autre point d’observation d h α 6
- 10. Mesurer une distance Données Deux points d’observation séparés d’une distance h Un angle α observé entre l’objet et l’autre point d’observation Théodolite d h α 6
- 11. Mesurer une distance Données Deux points d’observation séparés d’une distance h Un angle α observé entre l’objet et l’autre point d’observation Théodolite d h α tan α = d h/2 ⇐⇒ d = h tan α 2 6
- 12. Méthode de la parallaxe Angle sous lequel est vue une distance connue, depuis un astre quelconque Parallaxe diurne d R π 7
- 13. Méthode de la parallaxe Angle sous lequel est vue une distance connue, depuis un astre quelconque Parallaxe diurne d R π Parallaxe annuelle d 1 ua π 7
- 14. Parallaxe diurne Distances entre la Terre et les astres du Système Solaire Parallaxe horizontale Valeur maximale lorsque l’astre est observé à l’horizon (H) R H π 8
- 15. Parallaxe diurne Distances entre la Terre et les astres du Système Solaire Parallaxe horizontale Valeur maximale lorsque l’astre est observé à l’horizon (H) Parallaxe de hauteur Les autres cas, et nulle lorsque l’astre est observé au zénith (Z) R Z 8
- 16. Distance Terre-Lune II A R d π tan π = R d ⇐⇒ d = R tan π 9
- 17. Distance Terre-Lune III Deux astronomes en 1751–1752 Joseph Jérôme Lefrançois de Lalande et l’abbé Nicolas Louis de la Caille Deux mesures À prendre au même instant, sur le même méridien Berlin Le Cap 1 + 2 Θ1 Θ2 p = 57 11 =⇒ d ≈ 380 000 km 10
- 18. Système solaire Distance Terre-Mars En 1672, Jean-Dominique Cassini à Paris et Jean Richer à Cayenne p = 24 =⇒ d ≈ 55 · 106 km Troisième loi de Kepler T2 a3 = cste , avec T la période orbitale et a la distance au soleil =⇒ distance Terre-Soleil = 142 · 106 km 11
- 21. Parallaxe annuelle d 1 ua π Jan Jul L 2π = L 12
- 22. Distance Terre-Étoile Friedrich Wilhelm Bessel Applique la méthode de la parallaxe pour 61 Cygni p = 0,3 =⇒ d ≈ 10,4 années-lumière Parsec (Parallaxe seconde) Distance à laquelle une ua sous-tend un angle d’une seconde d’arc 3,085 678 · 1016 m ≈ 3,26 années-lumière 1 pc 1 ua 1 d [pc] = 1 p [ ] 13
- 23. Unités de mesure Unité astronomique Distance Terre-Soleil 149 597 870 700 m ≈ 150 millions de km Année-lumière Distance parcourue par un photon dans le vide en une année julienne 9 460 730 472 580 800 m ≈ 10 000 milliards de km pc a.l. ua km 1 3,261 6 206 264,806 3,085 7 · 1013 0,306 6 1 63 239,726 3 9,460 5 · 1012 4,848 1 · 10−6 1,581 3 · 10−5 1 149 597 870,7 14
- 24. Hipparcos HIgh Precision PARallax COllecting Satellite Mission de l’ESA pour notamment mesurer les parallaxes d’étoiles 8 aout 1989 – 15 aout 1993 Plus de 120 millions de mesures Plus de 1000 Gigabits de volumes Remplacé par Gaia 15
- 25. Hypothèses Parallaxe diurne Terre plus aplatie aux pôles (R = 6 357 km) qu’à l’équateur (R = 6 378 km) Mesures simultanées à prendre sur le même méridien Parallaxe annuelle Limitation aux astres se trouvant à moins de 100 années-lumière 16
- 26. Parallaxe spectroscopique Méthode basée sur le spectre de la lumière émise par l’étoile m − M = 5 log d − 5 Avec m sa magnitude apparente ; M sa magnitude absolue ; et d sa distance en parsec. 17
- 27. Diagramme de Hertzsprung-Russell Méthode basée sur la différence entre magnitude théorique et observée Magnitude absolue vs Indice de couleur Séquence principale Décalage mesures théoriques 18
- 28. Delta-Céphéides Méthode basée sur la mesure de la pulsation de la luminosité dans le temps Magnitude apparente Temps (jours) Période P =⇒ M ∝ log P (Henrietta Leavitt) 19
- 29. Autres méthodes Tully-Fisher Relation entre la vitesse de rotation d’une galaxie et sa luminosité M = a log Vmax + b Supernova de type IA Elles ont toutes une magnitude absolue de M = −19,5 20
- 30. Conclusion 100 milliards 10 milliards 1 millard 100 millions 10 millions 1 million 100 000 10 000 1 000 100 10 1 a.l. 0,1 0,01 0,001 0,000 1 (1 ua) 0,000 01 Radar Parallaxe Tully-Fisher Céphéides Supernova Ia 21