Les distances

I- Structure de l'Univers

1) Détermination des distances astronomiques par les Grecs

Eratosthène avait observé que le même jour de l'année, à la même heure, l'ombre n'était pas la même. De cela il a pu en déduire la première évaluation du diamètre de la Terre !
Aristarque de Samos est le premier à avoir proposé un système où c'était la Terre qui tournait autour du Soleil et non l'inverse. En s'aidant du calcul d'Eratosthène, il lui a même été possible de déterminer le diamètre de la Lune, la distance Terre-Lune, la distance Terre-Soleil et enfin le diamètre du Soleil. Celui-ci ayant 100 fois le diamètre de la Terre, Aristarque en a déduit que c'était la Terre qui tournait autour.
Une activité vous permettra de comprendre comment ces deux mathématiciens/philosophes/géographes... ont pu arriver à ce résultat, avec des connaissances de collège !
cliquez ici

2) De notre point de vue

Nous habitons sur la Terre, quatrième planète de notre Système Solaire.
Notre système solaire fait partie de la Voie Lactée, c'est le nom de notre galaxie. La Voie Lactée compte environ 100 milliards d'étoiles comme le soleil
Evidemment chacune de ces étoiles est susceptible de posséder ses propres planètes, comme le Soleil... et on a pu constater la présence de ces exoplanètes !.
La première a avoir été détectée l'a été en 1995. Depuis, on en compte plusieurs milliers.
Attention : Détectée ne veut pas dire observée !
La découverte de ces planètes nous en a appris beaucoup sur la naissance de notre Système Solaire. On pensait par exemple que l'ordre des planètes n'avait pas changé, mais la présence de planètes grosses comme Jupiter très près de leur étoile indique par exemple que Jupiter se trouvait initialement beaucoup plus près du Soleil qu'actuellement et qu'elle s'en est éloignée, permettant l'apparition de la Terre ensuite...

La Voie Lactée n'est pas seule dans l'Univers, elle dispose de petites galaxies satellites (les nuages de Magellan en font partie) et sa plus proche voisine de taille comparable (un peu plus grosse) est la galaxie d'Andromède. On estime que les deux galaxies fusionneront d'ailleurs dans environ 4 milliards d'années.
L'Univers observable compte environ 100 milliards de galaxies comparables à la Voie Lactée.

3) Les ordres de grandeur

Le noyau d'un atome a un diamètre d'environ 0,000.000.000.000.001 m. Celui de notre galaxie est de l'ordre de 1.000.000.000.000.000.000.000 m.
Parce que ces grandeurs sont difficiles à lire et traiter en écriture conventionnelle, on a généralement recours à la notation scientifique et l'écriture avec les multiples du Système International.
Il peut être intéressant de vous entraîner à les manipuler avec les exercices suivants :

Voir le corrigé du TP concernant les ordres de grandeur

L'écart de dimensions entre l'objet le plus petit imaginable par la physique actuelle et la taille de l'Univers lui-même est phénoménale : 63 ordres de grandeurs (l'Univers est 10⁶³ fois plus grand que son plus petit composant théorique).
Pour notre esprit, c'est tout simplement inconcevable. Voici donc une animation que je vous propose pour essayer de vous représenter un voyage à travers ces ordres de grandeur : touchez les boutons "Zoom" pour avancer ou reculer, et cliquez sur les boutons de côté pour vous rendre directement à une dimension donnée !

Quelques dimensions sur l'échelle des ordres de grandeur

Il est difficile de se représenter les ordres de grandeur, qu'ils soient sur des échelles de distance comme le montre l'animation ci-dessus ou bien sur des échelles de temps. Pour illustrer ces difficultés, j'ai fait une animation représentant les distances, les tailles et les vitesses auxquelles tournent les planètes autour du Soleil.
Par défaut l'animation ne respecte pas ces échelles, mais vous pouvez regarder ce que cela donnerait si on essayait de les respecter en cliquant sur les boutons correspondant.

La planète Neptune, qui a été découverte en 1846 n'a eu le temps que de faire un seul tour du Soleil depuis !

4) Composition

La composition de l'Univers est un domaine de recherche actif !
Les astrophysiciens se sont aperçus que la matière telle que nous la connaissons (les éléments du tableau périodique, ce qui compose ces éléments et la lumière) ne représente qu'environ 5 % de l'Univers !
En effet, en prenant en compte la totalité de la matière présente dans la Galaxie, on n'explique pas comment les étoiles tournent aussi vite par exemple.
Les résultats récents fournis par le projet WMAP de la NASA indiquent qu'une matière inconnue appelée Matière Noire compose près de 25 % de l'Univers. Certaines théories existent quant à la nature de cette matière, mais le fait qu'elle ne réagisse pas avec la matière ordinaire autrement que par la gravitation rend les expériences très difficiles.
Enfin, presque 70% de l'Univers est composé d'une énergie qui tend à s'opposer à la gravitation, l'Energie Sombre. Bien qu'envisagée par Albert Einstein (mais pour de mauvaises raisons !), les physiciens cherchent encore à en comprendre l'origine.

II- Voir loin, c'est voir dans le passé

1) Peut-on imaginer coloniser d'autres planètes ?

C'est le sujet du TP que vous avez traité (cliquez ici pour le sujet ).
N'ayons pas d'illusion, en l'état actuel des connaissances, il faudrait probablement une centaine de millier d'années...
Il ne reste dès lors que la possibilité d'observer ce qu'il se passe au moyen de téléscopes pour comprendre notre Univers.

2) Voir le passé ?

Voir un objet, c'est recevoir la lumière qu'il émet. Comme la lumière voyage à une vitesse finie (3x10⁸m.s^-1), il lui faut un certain temps pour faire le trajet entre l'objet et notre oeil.

Par conséquent nous ne voyons pas l'objet tel qu'il est, mais tel qu'il était au moment où la lumière a quitté sa surface.