Histoire de l'Astronomie : Modèles, Lois de Kepler et Structure de l'Univers

Modèles du Système Solaire

Modèles Cosmologiques

• Géocentrique : La Terre est immobile au centre de l'univers et toutes les planètes gravitent autour d'elle.
• Héliocentrique : Toutes les planètes tournent autour du Soleil.

Contributions des Grands Astronomes

Tycho Brahe (1546-1601)

• Observations faites d'une supernova (1572) et d'une comète (1577).
• Il a fait les meilleures mesures de position d'étoiles à ce jour, avec des erreurs inférieures à une minute d'arc.
• Enregistrement de la position de la planète Mars.
• En 1600, il a engagé un jeune homme pour analyser les données de 20 années de mesures planétaires : Johannes Kepler.

Johannes Kepler (1571-1630)

• A travaillé sur la base des enregistrements effectués par Brahe.
• Il a formulé ses trois lois sur la manière dont se déroulent les mouvements des planètes autour du Soleil (orbites elliptiques).

Les Lois de Kepler

• Première loi : Chaque planète tourne autour du Soleil sur une orbite elliptique dont le Soleil occupe l'un des foyers.
• Deuxième loi : Le rayon vecteur qui relie une planète au Soleil décrit des aires égales en des temps égaux.
• Troisième loi : Les carrés des périodes de révolution des planètes sont proportionnels aux cubes des rayons de leurs orbites. ($T^2 / r^3 = K$)

Galileo Galilei (1564-1642)

• A fabriqué un petit télescope avec lequel il a fait des observations (confirmant l'héliocentrisme).
• Il a découvert les taches solaires.
• Il a noté que Jupiter possède des lunes.
• Il a noté que Vénus présente des phases, comme la Lune.

Isaac Newton (1643-1727)

• A constaté que le mouvement des corps peut être décrit par trois lois.
• A formulé la loi de la gravitation universelle. ($F = G \cdot (M_1 \cdot M_2) / r^2$)
• Ces lois marquent le début de l'astronomie en tant que science.

Origine et Structure de l'Univers

Théorie du Big Bang

Entre 12 et 15 milliards d'années, toute la matière dans l'univers était concentrée dans une zone extrêmement petite de l'espace, qui a explosé, provoquant la dilatation de la matière dans toutes les directions. Le choc et un certain désordre ont causé des agglomérats plus concentrés dans certaines parties de l'espace, entraînant la formation des premières étoiles et galaxies.

Les Étoiles

Les étoiles sont des sphères énormes de gaz, principalement de l'hydrogène et de l'hélium, maintenues en parfait équilibre et cohésion par leur propre gravité, sous très haute température et pression.

Les Galaxies

Une galaxie est un amas d'étoiles, de gaz et de poussière d'étoile, qui se maintient grâce à la gravité. Chaque galaxie peut être formée par des centaines de milliards d'étoiles et autres corps célestes.

Types de Galaxies

• Galaxies elliptiques : Elles ont l'apparence d'un noyau sans disque, avec une luminosité apparemment uniforme. Elles manquent de gaz et de poussière et sont composées d'étoiles vieilles, jaunes et à faible métallicité.
• Galaxies spirales : Elles possèdent un noyau ou un renflement formé par des étoiles vieilles, jaunes-orangées et à faible teneur en métal, et un disque contenant beaucoup de gaz et de poussière interstellaire, ce qui indique la formation de jeunes étoiles bleues et très métalliques.
• Galaxies lenticulaires : Elles ont l'apparence d'un noyau avec un disque, mais sans bras spiraux. Elles sont constituées de vieilles étoiles, métalliques, sans gaz ni poussière interstellaire.
• Galaxies irrégulières : Les galaxies qui ne présentent aucune symétrie définie, ni noyau, ni disque. Les exemples les plus notables sont les deux galaxies satellites de notre Voie Lactée, les Nuages de Magellan.

Vitesse de la Lumière et Unités de Distance

La vitesse de la lumière est d'environ 300 000 km/s.

• Elle fait le tour de la Terre entière en 0,02 s.
• Elle atteint la Lune en 1,3 s.
• Elle atteint le Soleil en 8,3 minutes.
• Elle atteint l'étoile la plus proche en 4,2 années.

Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an, soit $1 \text{ année-lumière} = 9,46 \times 10^{12} \text{ km}$ (9,46 millions de millions de kilomètres).

La Voie Lactée

C'est notre galaxie. Les Romains l'appelaient "la Voie Lactée".

Elle est grande, en spirale et contient peut-être quelque 100 milliards d'étoiles, y compris le Soleil.

• Type de galaxie : Spirale.
• Nombre de bras : 2 bras principaux avec des branches.
• Luminosité : 14 milliards de luminosités solaires.
• Poids total : 1 trillion de masses solaires.
• Diamètre : 100 000 années-lumière.
• Épaisseur du disque : 2 000 années-lumière.
• Épaisseur du bulbe central : 6 000 années-lumière.

Les étoiles de base sont plus regroupées que celles des bras. Tout autour, il y a un nuage d'hydrogène, d'étoiles et d'amas d'étoiles.

Le Système Solaire

Il est situé dans l'un des bras spiraux de la Voie Lactée, à environ 30 000 années-lumière du centre et à environ 20 000 années-lumière de l'extrémité.

Le système solaire complète une rotation autour de la galaxie en 225 millions d'années. Il se déplace à environ 270 km/s.

Il y a huit planètes dans le système solaire.

Voici leur numérotation en fonction de leur proximité avec le Soleil :

Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.