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20/09/2014

Coucher de lune

Balade sur la cime

par Dominique Delfino

photographe naturaliste et animalier

 

Un après-midi de prise de vue bien rempli dans le Haut-Doubs, suivi d'un retour nocturne semble clôturer cette journée.

Surprise : sur le plateau de Maîche, jouant à cache-cache avec le relief des cimes, apparaît ce superbe croissant de lune sur fond de ciel encore teinté des dernières lueurs du soleil couchant.

Impossible de résister, : je réduis ma vitesse jusqu'à percevoir le meilleur angle de prises de vues, avant de pouvoir m'arrêter sur le bord de la route en feux de détresse. Je me saisis de mon appareil toujours à portée de main que j'équipe d'un téléobjectif, le temps m'étant compté car la lune plonge rapidement sur l'horizon.

Je règle au plus vite mon matériel pour cette prise de vue un peu technique, calé sur ma vitre et le rétroviseur, avant de redécouvrir dans mon viseur ce superbe spectacle que j'espère bien immortaliser au regard de la lune qui disparaît progressivement à l'horizon au profit du monde de la nuit.

dominique delfino

Cliché © Dominique Delfino

 

18/08/2014

Voie lactée en lumière

Voie lactée en lumière

 

par Dominique Delfino

 

Photographe naturaliste, animalier et… paysagiste

 

Difficile sous nos contrées, de profiter du spectacle que nous offre le ciel en raison de la pollution lumineuse.

 

Si les choses évoluent lentement dans le bon sens, le gaspillage énergétique lié au fait d'éclairer tout et n'importe quoi, n'importe comment, souvent durant toute la nuit, impose de s'éloigner très loin des centres urbains pour retrouver un fond de ciel obscur.

 

L'image ci-dessous a été réalisée en août 2014 à l'occasion d'un séjour sur l’île de Brac en Croatie où le fait de lever les yeux vers le ciel vous plonge la tête dans les étoiles.

 

Je redécouvre la voie lactée qui se dessine dans la carte étoilée du ciel. Trente secondes de pose longue en photo, un grand angle de 12 mm et 2000 ISO de sensibilité suffiront à enregistrer et amplifier la lumière du fond de la nuit avant que ne se lève la pleine lune.

 

L’horizon profitera du halo lumineux des villes sur l’île voisine rappelant l'impact négatif d'un éclairage mal adapté et mal contrôlé que réfléchit la couverture nuageuse.

 

Une soirée de prise de vue qui s’accompagnera du passage de quelques étoiles filantes pour animer le rêve de la nuit.

 

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cliché © Dominique Delfino

 

01/05/2014

L'arc-en-ciel

arc-en-ciel,météorologie,iman sadeghi,lorenz-mieL'arc-en-ciel

 

par André Guyard

(dernière mise à jour le 08/05/2014)

 

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Arc-en-ciel sur l'aérodrome de Thise (Doubs)

© André Guyard

 

L'arc-en-ciel est un phénomène qui a toujours fasciné l'espèce humaine. Dès l'an 1000, le savant irakien Ibn al-Haytham tente d'expliquer sa formation. Il faudra attendre 1657 pour que René Descartes en donne le premier modèle prédictif. Au début du XXe siècle, le modèle du Danois Ludvig Lorenz et de l'Allemand Gustav Mie inclut le caractère ondulatoire de la lumière. Et c'est tout récemment, début 2012, que Iman Sadeghi et son équipe mettent au point le premier modèle complet d'arc-en-ciel.

 

En fait, un arc-en-ciel est un phénomène optique produit par la réfraction, la réflexion et la dispersion des radiations colorées composant la lumière blanche du Soleil par les gouttelettes d'humidité présentes dans l'atmosphère. Il contient un dégradé de couleurs recouvrant toutes les teintes, sauf le magenta.

 

L'arc-en-ciel contient une infinité de couleurs puisque le spectre lumineux, dont la décomposition est entraînée par la réfraction, est un continuum de couleurs parmi celles visibles par l'œil humain. En fait, l'arc-en-ciel ne possède qu'une partie de toutes les couleurs existantes : les couleurs saturées monochromatiques. C'est ainsi que le magenta qui devrait se trouver entre le rouge et le violet, sur la ligne des pourpres n'est pas une couleur de l'arc-en-ciel. Le spectre s'étend du violet au rouge. Si le magenta est absent de l'arc-en-ciel, c'est donc parce qu'il ne correspond à aucune radiation pure.

 

Arc-en-ciel_Thise_17-couleurs-1.jpg

Les couleurs conventionnelles de l'arc-en-ciel

© André Guyard

 

 

Arbitrairement, le nombre de couleurs retenu pour l'arc-en-ciel est de sept, un choix dicté par Isaac Newton : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet. Ce nombre de sept a été choisi par analogie entre la lumière et le son, la gamme musicale comprenant sept notes par octave. Il correspond aussi approximativement au nombre de couleurs qu'un individu moyen peut discriminer dans le spectre lumineux.

 

On peut observer l'effet d'un arc-en-ciel toutes les fois où il y a de l'eau en suspension dans l'air et qu'une source lumineuse (en général le soleil) brille derrière l'observateur. Les arcs-en-ciel les plus spectaculaires se manifestent lorsque la moitié du ciel opposée au soleil est obscurcie par les nuages alors que l'observateur se situe à un endroit où le ciel est clair. Un autre endroit commun où l'on peut voir cet effet est à proximité de chutes d'eau.

 

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Arc-en-ciel dans une chute d'eau

 

L'arc-en-ciel est provoqué par la dispersion de la lumière du soleil par des gouttes de pluie approximativement sphériques. La lumière est d'abord réfractée en pénétrant la surface de la goutte, subit ensuite une réflexion partielle à l'arrière de cette goutte et est réfractée à nouveau en sortant. L'effet global est que la lumière incidente est majoritairement réfractée vers l'arrière sous un angle d'environ 40-42°, indépendamment de la taille de la goutte. La valeur précise de l'angle de réfraction dépend de la longueur d'onde (la couleur) des composantes de la lumière. Dans le cas de l'entrée dans un milieu plus réfringent, l'angle de réfraction de la lumière bleue est inférieur à celui de la lumière rouge. Ainsi, après réflexion à l'interface eau-air d'une goutte, la longueur d'onde de la lumière bleue est modifiée et ressort en dessous en lumière rouge. L'observateur étant fixe, il voit la lumière issue de différentes gouttes d'eau avec des angles différents par rapport à la lumière du soleil. Le rouge apparaît donc plus haut dans le ciel que le bleu.

 

Un arc-en-ciel n'a donc pas réellement d'existence physique, mais est une illusion d'optique dont la position apparente dépend de la position de l'observateur et de celle du soleil, le centre de l'arc-en-ciel étant la direction exactement opposée à celle du soleil par rapport à l'observateur. Toutes les gouttes de pluie réfractent et reflètent la lumière du soleil de la même manière, mais seulement la lumière d'une petite partie des gouttes de pluie atteint l'œil de l'observateur.

 

Un arc-en-ciel se situe toujours à l'opposé du soleil : le soleil, l'observateur et le centre du cercle dont fait partie l'arc-en-ciel sont sur la même ligne.

 

Un arc-en-ciel appartient toujours à un cercle de même diamètre : un cercle apparaissant sous un angle approximatif de 40-42° autour de cette ligne soleil-observateur-centre de l'arc.

 

Mais compte tenu du fait que l'horizon cache habituellement la majeure partie d'un arc-en-ciel, c'est la taille de l'arc visible qui varie : plus le soleil est proche de l'horizon, plus l'arc sera grand. Un observateur en haute altitude verra un plus grand arc-en-ciel qu'un observateur au niveau de la mer.

 

Un second arc

 

Parfois, un second arc-en-ciel moins lumineux est aperçu au-dessus de l'arc primaire. Il est provoqué par une double réflexion de la lumière du soleil à l'intérieur des gouttes de pluie et apparaît sous un angle de 50-53° dans la direction opposée au soleil. En raison de la réflexion supplémentaire, les couleurs de ce second arc sont inversées par rapport à l'arc primaire, avec le bleu à l'extérieur et le rouge à l'intérieur, et l'arc est moins lumineux. C'est la raison pour laquelle il est plus difficile à observer.

 

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Arc-en-ciel sur Thise (07/05/2014)

© André Guyard

 

Un troisième arc-en-ciel peut être présent au voisinage du second, et inversé par rapport à celui-ci (donc identique au premier). Il est cependant nettement moins lumineux et observable uniquement dans des conditions exceptionnelles. En pratique, il n'est pas très facile à distinguer des arcs surnuméraires associés à l'arc secondaire. Il correspond aux rayons lumineux ayant subi cinq réflexions dans les gouttes d'eau. Deux arcs inversés l'un par rapport à l'autre peuvent également être observés dans la direction opposée, à environ 45 degrés du Soleil (donc dans la direction de celui-ci), mais ceci est particulièrement difficile du fait de la proximité du Soleil. Les rares observations de ces deux arcs font mentions de morceaux d'arcs visibles par intermittence. Ces deux arcs correspondent aux rayons lumineux ayant subi trois et quatre réflexions dans les gouttes d'eau. Comme ils sont situés à l'opposé du soleil, ce ne sont pas les mêmes gouttes d'eau qui y contribuent. En pratique, les configurations favorables à leur observation sont nettement moins nombreuses que celles favorables à l'observation de l'arc secondaire, en particulier en raison de leur proximité du soleil.

arc en ciel-2-4-1.jpg

1. Arcs surnuméraires. 2. Arcs jumelés

(Documents Science & Vie 2012)

 

Un autre effet moins difficile à observer est celui des arcs dits surnuméraires, qui se traduisent par le fait que le premier arc apparaît en fait comme une série d'arcs de rayon, d'épaisseur et d'intensité décroissants accolés les uns aux autres (fig. 1 ci-dessus).

Ce phénomène résulte d'interférences subies par la lumière lors de ses réflexions successives dans les gouttes d'eau. Ils ne peuvent être expliqués par la seule optique géométrique, d'où leur nom. Contrairement aux autres arcs, ces arcs surnuméraires dépendent d'autres facteurs, comme la dispersion du diamètre des gouttes d'eau.

On sait comment se forme l'arc-en-ciel classique depuis longtemps... et ses arcs surnuméraires ont été expliqués par le modèle de Lorenz-Mie.

La bande sombre d'Alexandre

Entre le premier et le deuxième arc-en-ciel, une bande plus sombre apparaît. Cela correspond à la zone de la goutte d'eau comprise entre l'angle de 42° caractérisant la fin du premier et l'angle de 50° caractérisant le début du second. Cette bande intermédiaire où il y a déficit de lumière a été appelée la "bande sombre d'Alexandre".

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© André Guyard

 

Les arcs jumelés

 

Début 2012, Iman Sadeghi a proposé un algorithme qui a permis d'élucider le mystère des arcs jumelés, mettant un point final à une quête de plus de mille ans ! L'ultime secret des arcs-en-ciel était en fait caché dans la forme de leurs gouttes d'eau.

 

Un phénomène en particulier demeurait un mystère, celui des arcs-en-ciel "jumelés" dont l'arc se sépare en deux. (fig. 2 ci-dessus) Une équipe d'informaticiens de l'université de San Diego, aux États-Unis, vient enfin de concevoir le premier modèle complet d'arc-en-ciel. "Le modèle de Lorenz-Mie, utilisé jusqu'ici, ne fonctionne que pour des gouttes d'eau parfaitement sphériques, précise Iman Sadeghi. Or, dans la nature, les gouttes de pluie s'aplatissent sous la pression atmosphérique, et cela d'autant plus qu'elles sont grosses."

 

D'après Adolfo Munoz, informaticien à l'université de Saragosse : "Du temps de Lorenz, considérer les gouttes de pluie comme des sphères était une approximation acceptable. Mais elle n'a plus lieu d'être aujourd'hui car nous disposons d'outils informatiques assez puissants pour simuler des averses aux gouttes de tailles et de formes variables..." Partant de cette idée toute simple, les chercheurs ont donc mis au point un nouveau modèle d'arc-en-ciel doté d'un algorithme qui permet de faire varier la forme des gouttes en fonction de la pression atmosphérique et de la pression hydrostatique.

 

Des gouttes ellipsoïdales

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Dès les premiers tests, les informaticiens sont parvenus à modéliser avec plus de finesse tous les arcs-en-ciel décrits par le modèle de Lorenz-Mie, leurs gouttes de forme ellipsoïdale reproduisant avec une meilleure précision la courbure de l'arc. Surtout, ils ont enfin résolu le mystère des arcs-en-ciel jumelés : "Ils sont tout simplement dus à des pluies non uniformes !, explique Iman Sadeghi. Lorsque la lumière du soleil traverse une pluie composée de gouttes de 0,4 mm et 0,45 mm, le faisceau de l'arc-en-ciel se dédouble."

Cet algorithme pourrait également servir à simuler la formation des halos, ces arcs lumineux qui apparaissent lorsque la lumière est déviée par des particules de glace en suspension. Il permettrait également de mesurer la taille des gouttes d'eau et ainsi d'améliorer les modèles météorologiques.

 

Sources :

 

http://fr.wikipedia.org/wiki/Arc-en-ciel

Sciences & Vie mars 2012, pp. 22-23.

 

09/01/2014

Météorite de Tcheliabinsk : l'impact a livré tous ses secrets

TCHELIABINSK-logo.jpgMétéorite de Tcheliabinsk :

l'impact a livré tous ses secrets

 

Jamais un tel événement n'avait été aussi documenté ! En février dernier, la chute d'un astéroïde en Russie fut enregistrée du début à la fin par des milliers de témoins. De quoi retracer avec une précision inédite son origine et son trajet.

Cela a commencé par une lumière si aveuglante qu'elle a éclipsé le soleil. Suivie d'une détonation assourdissante qui a fait trembler le sol, jeté les hommes à terre et pulvérisé les vitres dans un rayon de 90 km.

 

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Localisation de Tcheliabinsk

 

Puis d'un gigantesque panache de fumée qui s'est déployé dans le ciel... Bilan : 1600 blessés et 25 millions d'euros de dégâts. On le sait désormais, l'impact qui a secoué la ville russe de Tcheliabinsk, dans la région de l'Oural, il y a un an, au matin du 15 février 2013, est le plus important depuis 1908 - un astéroïde avait alors frappé la Toungouska, en Sibérie.

 

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Photos d'amateurs (DR)

 

À l'automne 2013, au moment même où l'on sortait du lac Tchebarkoul un fragment de près de 600 kg de la météorite de Tcheliabinsk, une centaine de spécialistes du monde entier rendaient leurs copies. Après sept mois d'analyses, et surtout grâce à l'étude des milliers de vidéos prises par les caméras de surveillance et par des témoins, ils sont par venus à reconstituer l'événement du début à la fin. "C'est un cas d'école : jamais nous n'avions disposé d'autant de données pour reconstituer un impact d'astéroïde, explique Peter Jenniskens, qui a mené l'une des études à la Nasa. Par conséquent, jamais nos conclusions n'avaient pu être aussi précises."

 

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Le fragment de 600 kg repêché dans le lac Tchebarkoul (Cliché DR)

 

L'histoire, la voici : l'astéroïde, un morceau de roche de 20 m de diamètre pour 13 000 t, est entré dans l'atmosphère à près de 70 000 km/h. Les images prises par les témoins montrent qu'autour de 83 km d'altitude, il a commencé à se fragmenter sous la pression de l'atmosphère. Puis, arrivé à 27 km, il a cédé définitivement et explosé, dégageant une lumière 30 fois plus intense que celle du Soleil et, comme le montrent les enregistrements des infrasons collectés par les stations russes et kazakhs, une énergie équivalente à 500 000 t de TNT. Les trois-quarts de l'astéroïde se sont alors vaporisés.

 

météorite de tcheliabinsk

Quelques fragments de la météorite : une chondrite carbonée

 

Le reste a été converti en poussières. Seuls quelques milliers de kilogrammes de roche ont survécu à l'explosion et se sont échoués sur le sol russe. Leur analyse montre que le corps responsable de l'impact était une chondrite carbonée, autrement dit un astéroïde tout ce qu'il y a de plus banal, qui gravitait dans la ceinture entre Mars et Jupiter.

 

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Document AFP

 

Mais les chercheurs se sont alors aperçus que la météorite était striée de petites veines, caractéristiques d'une onde de choc. "Elles indiquent qu'il s'agit d'un fragment d'un corps plus gros, précise Peter Jenniskens. Et justement, en calculant son orbite, nous avons réalisé qu'elle était similaire à celle d'un astéroïde de 2 km de diamètre, connu sous le nom de 86039. Cela ne peut être une coïncidence. " Ainsi, 86039 aurait été percuté, et un morceau de sa croûte propulsé vers la Terre... Un morceau trop petit pour être capté par les télescopes. "On pense qu'un million de corps de 10 à 20 m de diamètre gravitent près de la Terre... et seuls 500 ont été catalogués, explique Peter Brown, responsable d'une autre étude à l'université de Western Ontario (Canada). Le risque d'impact est faussé par ces objets de petite taille." En reprenant le cas de Tcheliabinsk et tous les impacts recensés depuis cent ans, le chercheur a déjà revu les statistiques à la hausse : le risque qu'un objet similaire frappe la Terre pourrait ainsi être 10 fois plus élevé que prévu.


Faits et chiffres

Selon les modèles, les impacts dégageant une énergie équivalente à :

- 500 000 tonnes de TNT, comme à Tcheliabinsk, ont lieu tous les 150 ans ;

- 10 millions de tonnes de TNT, comme dans la Toungouska, en 1908, tous les 1000 ans. Mais ces statistiques doivent être réestimées.

 

Source :

 

Science & Vie n° 1156, janvier 2014, pp. 34-35.

 

 Plus de renseignemnts sur Wikipedia :

http://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9t%C3%A9ore_de_Tchelia...

 

Vidéos :

 

http://www.youtube.com/watch?v=dpmXyJrs7iU

 

http://www.youtube.com/watch?v=SMnZr5DDRlA

 

05/11/2012

Une planète parée de diamant

Une planète parée de diamant

"En Direct" n°245 novembre 2012


 

Planète 55 Cancri e

   

C’est lors d’un passage devant son étoile, un soleil comparable à celui que nous connaissons, qu’elle a pu être identifiée et mesurée en 2011 : 55 Cancri e est une super terre d’un rayon deux fois supérieur à la nôtre ; sa masse, récemment évaluée, serait huit fois plus élevée. Ses mesures caractéristiques, mises en relation avec des modèles numériques explorant la potentialité de sa constitution interne, mettent en évidence pour la première fois l’existence d’une planète rocheuse à la composition chimique complètement différente de celle de la Terre. Sa surface principalement composée de carbone laisserait apparaître sous une enveloppe de graphite une épaisse couche de diamant, représentant un tiers de la masse de la planète. À l’inverse presque exempt de carbone, l’intérieur se montrerait riche en oxygène, révélant sous du silicium un noyau de fer en fusion.

 

Enseignant-chercheur en astrophysique à l’Institut UTINAM de l’université de Franche-Comté, Olivier Mousis a partagé l’aventure de cette exploration avec des chercheurs de l’université de Yale aux États-Unis. « Nous savons en outre que le soleil de 55 Cancri e possède plus de carbone que d’oxygène : des quantités importantes de carbone et de carbure de silicium étaient indiscutablement disponibles lors de la formation de la planète. » Une preuve supplémentaire de la validité d’une découverte donnant à reconsidérer l’hypothèse de recherche qui avait cours jusqu’à aujourd’hui en astronomie, selon laquelle les planètes rocheuses lointaines pouvaient se comparer à la planète bleue en termes de constituants chimiques, d’atmosphère ou de formes de vie. À quelque quarante années-lumière de la Terre, 55 Cancri e tourne autour de son soleil en dix-huit heures chrono. Lui seul est visible à l’œil nu, dans la constellation du Cancer : la planète de diamant garde pour elle son éclat et encore une grande partie de son mystère, que les astronomes vont s’employer à continuer de découvrir.

 

Contact : Olivier Mousis

Institut UTINAM

Observatoire des sciences de l’Univers THETA de Franche-Comté

Université de Franche-Comté / CNRS

Tél. (0033/0) 3 81 66 69 21

01/09/2012

La Voie lactée ouvre son cœur aux astrophysiciens bisontins

La Voie lactée ouvre son cœur aux astrophysiciens bisontins

 

Un bulbe en forme de sphère aplatie et une barre allongée à l'allure de cigare : voilà à quoi ressemble le cœur de la Voie lactée. Une conclusion établie avec certitude par les chercheurs de l'Observatoire des sciences de l'Univers THETA de Franche-Comté (ex-Observatoire de Besançon), perfectionnant ainsi le scénario de formation de notre galaxie.

 

La décomposition de la lumière émise sur toute la région centrale de la Voie lactée révèle en effet deux populations d'étoiles bien différentes en termes de métallicité, composition chimique, cinématique…, preuves d'une nature et d'une histoire propres à chacune d'elles. Ce résultat est obtenu d'après un relevé des étoiles établi par les États-Unis dans le proche infrarouge, qui, se jouant des nuages de poussières interstellaires les masquant dans le domaine du visible, est apte à mettre en évidence leur brillance et leur couleur, et ainsi d'en déduire leurs caractéristiques. Ces mesures photométriques corroborent les hypothèses avancées par les astrophysiciens bisontins, testées selon une modélisation de la Voie lactée créée voilà trente ans à l'Observatoire, sans cesse enrichie et affinée depuis. Le « Besançon galaxy model » utilisé par la communauté scientifique, qui l'a adopté et reconnu sous ce nom, est le seul au monde à synthétiser toutes les connaissances sur les objets célestes pour construire un scénario de formation et un modèle numérique. « Le modèle va encore évoluer pour être capable d'expliquer les mouvements des étoiles et de reproduire leurs orbites », explique Annie Robin, astrophysicienne à l'Observatoire, qui l'a conçu avec son équipe.

 

Du côté du ciel, à présent que les mesures photométriques ont apporté la preuve de leur pertinence, un relevé spectrométrique réalisé par le très grand télescope européen installé au Chili complétera les données par des informations plus fines encore, et sur une population d'étoiles beaucoup plus importante. Les avancées de l'observation et de la modélisation menées en parallèle apporteront encore des éléments de connaissance sur la formation de notre galaxie et permettront à Annie Robin et à son équipe, d'ici quelques années, d'établir une représentation de face de la Voie lactée. Une image totalement inédite et à jamais hors de vue car l'envoi d'une sonde pour se positionner face à notre galaxie dans l'idée d'en saisir un cliché nécessiterait un voyage de 10.000 ans…

 

 

Galaxie Eso 1118

 

 

Le cœur de la galaxie ESO 1118 (vue de face) présente, comme la Voie lactée, une sphère et une barre. Une telle image de la Voie lactée n'est pas réalisable, car la position de notre système solaire sur la « tranche » de la galaxie, que l'on peut imaginer comme une assiette, nous interdit de la voir de face. D'ici quelques années, les astrophysiciens bisontins seront à même d'en donner une représentation réaliste tenant compte du gaz, de la poussière, des étoiles et des dernières découvertes, grâce aux données couplées de la modélisation et de l'observation. (Copyright : 1999 - 2008 ESO).


Lancement de la sonde astrométrique Gaia


 Le lancement de la sonde astrométrique Gaia est prévu pour juin 2013. Véritable scanner de la Voie lactée, Gaia devrait apporter les réponses que se posent depuis des siècles les astronomes sur sa formation et son évolution. Les chercheurs de l’Institut UTINAM et l’Observatoire des sciences de l’Univers THETA de l’université de Franche-Comté participent activement à la préparation d’une mission d’exploration révolutionnaire, dépassant les limites de la connaissance.

 

Avant Gaia, Hipparcos avait, à la fin des années 1980, observé 120 000 étoiles jusqu’à une centaine d’années-lumière de la Terre, avec une précision cent fois supérieure à celle des mesures effectuées depuis le sol. Hipparcos constituait une étape clé dans l’histoire de la connaissance de notre galaxie. Les progrès de la technologie autorisent aujourd’hui l’ESA, l’Agence spatiale européenne, à envoyer une deuxième sonde, Gaia, qui, plus perfectionnée encore, affiche des ordres de grandeur à donner le tournis. Gaia sera capable de mesurer les position, distance, vitesse et composition chimique de 1,5 milliard d’étoiles situées jusqu’à 40 000 années-lumière de notre planète ! La précision sera à nouveau multipliée par cent, ce qui reviendrait à mesurer depuis la Terre le diamètre d’une pièce de 1 euro posée sur la Lune !

 

Placée à plus d’un million de kilomètres de la Terre dont elle suivra la révolution autour du Soleil, Gaia bénéficiera d’une vue imprenable sur l’ensemble du ciel. Les relevés qu’elle effectuera pendant cinq ans, en dehors de toute turbulence atmosphérique, seront à l’origine de l’établissement d’une carte tridimensionnelle et dynamique de la Voie lactée, et grâce aux informations glanées jusqu’aux galaxies les plus lointaines, produiront rien de moins que le nouveau système de référence de l’Univers. Car Gaia recensera des milliers d’objets célestes aujourd’hui pressentis.

 

Mission de la sonde astrométrique Gaia

 

Connaissances exponentielles

 

En attendant, les astrophysiciens de l’Institut UTINAM préparent une simulation de la mission, à partir d’un modèle de l’Univers le plus réaliste possible incluant toutes les connaissances actuelles. Ces données modélisées servent à éprouver la performance des algorithmes, des instruments de mesure et des logiciels d’analyse qui depuis vingt ans se peaufinent en prévision de cet extraordinaire voyage. Astéroïdes, comètes, tous les objets célestes, même les plus petits, potentiellement placés sur le chemin de Gaia sauront ainsi être identifiés, mesurés puis analysés de façon formelle et rapide. Si l’immense masse de données collectées est estimée en pétaoctets, leur traitement est prévu en seulement trois ans, au terme desquels les informations seront mises à disposition de l’ensemble de la communauté scientifique. 

 

Einstein supportera-t-il le voyage ?

 

Aussi incroyable que cela puisse paraître, Gaia représente l’occasion d’aller juger sur pièces la théorie de la relativité générale d’Einstein, postulant que la lumière est déviée lorsqu’elle rencontre un objet massif et que l’espace autour de cette masse est déformé. Les mesures effectuées, notamment les coefficients de courbure de la lumière, soumettront les équations du savant à l’extrême précision de Gaia, et, le cas échéant, permettront aux physiciens d’aujourd’hui d’affiner cette théorie fondamentale.

 

L’aventure Gaia, impliquant quatre cents chercheurs et ingénieurs dans le monde, est jalonnée de nombreux colloques. Le prochain, coorganisé par l’Institut UTINAM, aura lieu du 29 février au 2 mars prochains à Barcelone. En octobre, Besançon recevra des doctorants en astrophysique lors d’une semaine d’école consacrée aux méthodes de modélisation de la galaxie et à leurs applications à la mission spatiale Gaia.

 

Contact : Annie Robin

Institut UTINAM

Observatoire des sciences de l'Univers THETA de Franche-Comté

Université de Franche-Comté / CNRS (INSU)

Tél. (0033/0) 3 81 66 69 4

 

Sources : La Voie lactée ouvre son cœur aux astrophysiciens bisontins : En Direct, n° 243, juillet 2012. Gaia : l’Univers revisité : En Direct, Vignette du numéro 240 de Janvier 2012n° 240, janvier 2012.

07/10/2009

Voie lactée : son recensement est enfin terminé

Voie lactée_logo.jpgVoie lactée : son recensement est enfin terminé

 

par André Guyard

 

Une équipe bisontine a relevé avec succès le dénombrement des étoiles de notre galaxie. Un  exploit salué par la communauté scientifique internationale !

 

 

Terre et voie lactée.jpg

Le Terre et la Voie lactée

 

LA VOIE LACTÉE


La voie lactée est une galaxie spirale géante, comme il en existe des dizaines de milliards dans l'Univers visible, il s'agit d'un vaste disque en rotation, renflé en son centre, composé d'étoiles et de gaz interstellaire. Autour de ce disque, un immense halo, peuplé de très vieilles étoiles, constitue le vestige de la formation de cette vaste agglomération stellaire, voici 13 milliards d'années. La Voie lactée mesure environ 100 000 années-lumière de diamètre. Le système solaire se trouve dans le disque de la Voie lactée, à 28 000 années-lumière du noyau central.

 

Voie lactée11.jpg
Voie lactée
Le carré jaune indique l'emplacement du soleil
(cliché Hubble)
 
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Schéma de la Voie lactée montrant
ses bras disposés en spirale

 

La Voie lactée est un élément important du "puzzle" cosmologique : comprendre comment elle est apparue, quelques centaines de millions d'années après le big bang et comment elle a évolué, c'est appréhender l'évolution de l'Univers dans son ensemble. Afin d'étudier globalement la Voie lactée, une équipe française a créé un outil unique, fusionnant observations télescopiques et calculs théoriques, le "modèle standard".

C'est le plus formidable recensement céleste jamais réalisé par des astronomes. Entrepris par une équipe de l'observatoire de Besançon voici un quart de siècle, il livre aujourd'hui un résultat vertigineux : la première estimation précise de la population stellaire de notre galaxie, la Voie lactée...

À l'origine de ce projet unique, entamé en 1985, les astronomes français Annie Robin et Michel Crézé, rejoints au tournant du millénaire par Céline Reylé et Mathias Schultheis. Le résultat ? 140 milliards d'étoiles, plus ou moins dix milliards. Une première : jusqu'ici, les populations stellaires de la Voie lactée n'étaient que grossièrement estimées. Désormais, l'équipe d'Annie Robin peut discriminer avec précision les différentes populations et générations d'étoiles naines, géantes, jeunes, vieilles, etc.

 

UNE TÂCHE HERCULÉENNE

Si ce dénombrement a attendu aussi longtemps pour être délivré, c'est que le recensement de la Voie lactée était une tâche herculéenne. D'abord, parce que le système solaire où nous habitons se trouve plongé au sein même de ce vaste disque stellaire, renflé en son centre. Or, il est malaisé d'étudier un système depuis l'intérieur, surtout qu'une grande partie de la Galaxie nous est masquée par l'accumulation de gaz et de poussières interstellaires présents dans son disque, qui agissent comme un brouillard dense et impénétrable !

Ensuite, les dimensions de notre galaxie sont telles que même avec le télescope spatial Hubble ou les télescopes géants terrestres, il est impossible de détecter tous les astres qui la composent... Ainsi, notre image de la Voie lactée restait-elle très parcellaire. Pour preuve, le plus grand catalogue astronomique actuel, le catalogue USNO-B1.0, dressé en un demi-siècle d'observation continue par les grands observatoires du monde ne contient "que".... un milliard d'astres, soit moins de 1 % du chiffre annoncé par le groupe de Besançon !

Mais l'équipe d'Annie Robin, directeur de recherche au CNRS, a trouvé une solution aussi efficace qu'élégante pour contourner ces obstacles: mixer observations et calcul statistique. "Nous utilisons les observations astronomiques, menées sur des champs limités du ciel, dont nous projetons ensuite les propriétés sur l'ensemble de la Galaxie ", explique-t-elle. Ou comment les parties révèlent in fine le tout ! En effet, la Voie lactée, que l'on peut assimiler à un disque en rotation, est un astre symétrique, homogène, dont la forme et la dynamique sont gouvernées par son seul champ de gravitation.

 

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Voie lactée montrant deux bras disposés en spirale
(cliché Hubble)
 
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La voie lactée et ses bras spirales
(Benjamin, vue d'artiste)
 
IMAGES ET CALCULS THÉORIQUES
 
Dès lors, les "sondages profonds", ces images électroniques prises avec un très long temps de pose dans des régions soigneusement choisies de la Voie lactée, permettent, lorsqu'ils sont intégrés au calcul théorique, de dessiner le profil exact de notre gigantesque agglomération stellaire. Annie Robin poursuit: "À l'observatoire de Besançon, afin de mieux comprendre l'origine, l'évolution et la structure de la Voie lactée, nous avons créé l'équipe Galaxie. Notre groupe développe un modèle numérique de Voie lactée, à partir des observations réelles et des modèles de populations stellaires." Un travail de bénédictin, en constant renouvellement depuis vingt-cinq ans, qui a permis en 2003 la publication par Annie Robin, Cécile Reylé et leurs collaborateurs d'un "modèle standard" de notre galaxie, dit aussi "modèle de Besançon", actuellement unique au monde et auquel se réfèrent désormais tous les chercheurs qui étudient la Voie lactée. Concrètement, l'équipe a mis en ligne son modèle sous forme de programme interactif. Les astronomes professionnels peuvent étudier la Voie lactée en lançant ce programme après avoir préalablement choisi les paramètres stellaires qui les intéressent.

Le portrait brossé de la Voie lactée par le modèle de Besançon a apporté son lot de surprises, à commencer par le nombre d'astres recensés : "En fait, nous nous attendions à plus d'étoiles : la plupart des astronomes estimaient le nombre total d'étoiles entre 200 et 400 milliards... alors qu'il n'y en a que 140 milliards", souligne Céline Reylé. Ensuite, ce que révèle le modèle, c'est un extraordinaire déséquilibre entre les populations d'étoiles. Les petites étoiles de faible masse sont très largement majoritaires. Près de 60 % d'entre elles sont des naines rouges, cent à dix mille fois moins lumineuses que le Soleil. Par contraste, la population d'étoiles supergéantes, plus de vingt fois plus massives que le Soleil, est étonnamment restreinte, puisqu'elles représentent moins de 0,00001 % du total, soit quelques milliers d'astres !

Et le Soleil ? Celui-ci est souvent considéré, dans la littérature scientifique, comme une "étoile moyenne". En fait, il n'en est rien : le pourcentage des étoiles de masses comprises entre un demi et deux soleils est inférieur à seulement 15 % ! Quant aux étoiles rigoureusement semblables au Soleil, c'est-à-dire présentant la même masse, la même taille et le même éclat, elles ne sont "que" 2,4 milliards, ce qui ne représente que 1,7 % de la population galactique.

Un résultat vertigineux : 140 milliards d'étoiles, plus ou moins 10 milliards !

Tout compte fait, la Voie lactée n'accueille que cent milliards de véritables étoiles, à savoir des astres qui tirent leur énergie d'une réaction thermonucléaire. Les quarante milliards d'astres restants sont des "étoiles ratées" ou des vestiges d'étoiles mortes, pour la plupart invisibles car brillant d'un éclat extrêmement faible...

UN MODÈLE NUMÉRIQUE...

En tête arrivent les naines brunes : une population énorme (environ 30 milliards, soit 21 %) mais connue et étudiée depuis une quinzaine d'années seulement. Il s'agit d'étoiles trop peu massives pour que s'enclenchent en leur cœur des réactions nucléaires. Seule la pression gazeuse, qui les chauffe, les fait briller.

Puis viennent les naines blanches un peu plus de dix milliards d'individus, soit 7 % qui sont en fait les cœurs mis à nu d'anciennes supergéantes disparues après leur explosion.

Restent les étoiles à neutrons et les trous noirs, impression- nants vestiges des plus massives des supergéantes : les étoiles à neutrons ne sont que des blocs hyperdenses de particules, dont la taille ne dépasse pas... 20 km ! Il en existe un milliard environ dans la Galaxie, soit 0,7 %. Quant aux trous noirs, dont la masse, proche de celle du Soleil, est condensée dans le volume... d'une particule élémentaire, ils sont eux aussi environ un milliard |0,7 %) dans la Voie lactée.
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Diagramme comparatif entre le résultat des observations
(en haut)
et le modèle galactique de Besançon (en bas)
 
Ainsi, le modèle de Besançon permet d'abord d'avoir une image "instantanée" de l'ensemble dynamique, en évolution permanente, que constitue notre galaxie, mais aussi, selon Céline Reylé "d'étudier l'évolution des étoiles de la Voie lactée au fil du temps, depuis sa formation, voici environ 13 milliards d'années, jusqu'à aujourd'hui". Le nombre de paramètres à prendre en compte est étourdissant, depuis la vitesse de rotation des étoiles jusqu'à leur âge, en passant par leur masse, leur composition chimique, leur espérance de vie... Sans oublier la structure de la Galaxie et la densité de matière. En effet, plus on se rapproche du centre galactique, plus le nombre d'étoiles augmente. Dans la banlieue de la Voie lactée où nous nous trouvons, un cube de dix années-lumière d'arête ne contient qu'une ou deux étoiles. Dans le bulbe central, le même cube contient plusieurs dizaines d'étoiles. Et, dans le noyau, ce sont des dizaines de milliers d'étoiles qui s'agglutinent dans un tel volume !

À tous ces paramètres, il faut ajouter une inconnue... de taille, la fameuse matière noire, une matière invisible, transparente, indétectable et de nature mystérieuse, qui baignerait en théorie la Galaxie comme, d'ailleurs, toutes les galaxies de l'Univers. "La masse totale de la Voie lactée incluant la matière noire, atteint mille milliards de fois la masse du Soleil. En revanche, lorsque l'on prend en compte seulement les corps visibles — étoiles, nuages interstellaires, etc. —, la masse de la Voie lactée atteint seulement 50 milliards de masses solaires", explique Céline Reylé. "On a longtemps cherché à expliquer cette énorme masse de matière invisible par la présence dans la Galaxie d'astres indétectables, comme les naines brunes. Mais les observations ont permis d'éliminer cette hypothèse. Aujourd'hui, les physiciens cherchent l'explication à cette énigme du côté des particules exotiques, qui n'interagissent pratiquement pas avec la matière normale."

... ADOPTÉ PAR LES SCIENTIFIQUES

Le "modèle standard" de l'observatoire de Besançon est si précis et efficace dans sa capacité à corréler observation et théorie qu'il a été adopté par les astronomes européens engagés dans le projet de futur satellite astronomique Gaia. Il s'agit d'un télescope spatial de l'Agence spatiale européenne qui doit s'envoler de Kourou fin 2012.
Pendant cinq ans, ce satellite de 500 millions d'euros scannera le ciel entier près d'une cinquantaine de fois, afin de dresser la carte de la Galaxie avec une extrême précision. Sa gigantesque caméra CCD d'un milliard de pixels enregistrera les caractéristiques complètes d'un milliard d'étoiles de la Voie lactée, avec une précision mille fois supérieure à celle des mesures actuelles ! Un bond de géant dans notre connaissance de la Galaxie, mais pas seulement : le télescope de Gaia sera assez puissant pour lier dans un même système de référence spatial la Voie lactée et les autres galaxies, une première dans l'histoire de l'astronomie et la promesse d'une meilleure compréhension de l'évolution de l'Univers. Cela dit, les astronomes n'imaginent pas un atlas complet de la Voie lactée. Techniquement, l'analyse de ses 140 milliards d'étoiles ne sera peut-être jamais possible et, de toute façon, le modèle réel ressemblerait probablement trait pour trait... à son clone numérique.
 
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Le futur satellite Gaia
(Benjamin, vue d'artiste)
 

voie lactée,bras spiraux

© ESA, Gaia, DPAC La première carte de la voie lactée vue par Gaia

 

Sources :

 

 — Article de Isabelle Brunnarius sur France 3 Franche-Comté

 
— Magazine Science & Vie, août 2009, n° 1103, p. 104-109.
Voir également dans ce même blog : la Voie lactée étend ses bras.

La Voie lactée étend ses bras

voie lactée,bras spirauxLa Voie lactée étend ses bras

 

Des observations récentes révèlent que l'un des bras spiraux de notre galaxie est plus étendu qu'on ne le pensait (voir l'article Voie lactée : son recensement est terminé).

 

De l'avis de la plupart des astronomes, la Voie lactée est une galaxie spirale barrée comportant deux bras principaux, celui de Persée et celui de l'Écu-Croix (voir l'illustration ci-dessous). Les autres bras seraient des structures mineures, faites surtout de gaz. Thomas Dame et Patrick Thaddeus, astrophysiciens à Harvard, aux États-Unis ont découvert ce qui est probablement un prolongement du bras de l'Écu-Croix, bras qui entoure désormais presque toute notre galaxie, depuis sa barre centrale d'étoiles jusqu'à son bord. Le bras de l'Écu-Croix apparaît ainsi comme le symétrique du bras de Persée, ce qui confère à la Voie lactée une structure plus simple et plus symétrique qu'on ne le croyait.

 

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Vue d’artiste de la Voie lactée, qui intègre la découverte

du prolongement du bras de l’Écu-Croix

 

Le nouveau bras ou morceau de bras serait long d'environ 60 000 années-lumière, alors que le diamètre de la Voie lactée en fait 100 000. Pourquoi n'avait-il pas été remarqué auparavant ? Probablement parce qu'il est courbé : il se trouve en effet légèrement au-dessus du disque voilé de notre galaxie. Il aurait ainsi échappé à l'attention des astronomes, qui l'avaient déjà observé sans l'identifier.

 

Les deux astrophysiciens l'ont découvert en tentant de suivre les bords du bras de l'Écu-Croix. À leur grande surprise, ils ont détecté une structure surgissant à un angle de trois degrés au-dessus du plan galactique, dans le prolongement linéaire de l'Écu-Croix. Afin de s'assurer de leur découverte, ils ont examiné les données préexistantes d'une cartographie de l'hydrogène neutre dans notre galaxie et ses alentours. Cela leur a permis de tracer l'aspect du bras tel qu'il est observé à la longueur d'onde de 21 centimètres.

 

Puis ils ont eux-mêmes réalisé des observations dans le domaine millimétrique pour détecter la présence de monoxyde de carbone (CO) à une dizaine d'endroits le long du nouveau bras. Cette présence est révélatrice de nuages denses d'hydrogène moléculaire où se forment les étoiles, nuages qui constituent les meilleurs traceurs des bras spiraux. Ils démontrent ainsi que le nouveau bras n'est pas une illusion.

 

voie lactée,bras spiraux

© ESA, Gaia, DPAC La première carte de la voie lactée vue par Gaia

 

Pour en savoir plus :

 

 — Article de Isabelle Brunnarius sur France 3 Franche-Comté

 

— Pour la Science, juillet 2011.

T. M. Dame and P. Thaddeus (2011). - A molecular spiral arm in the far outer galaxy Astrophysics J. Letters, 734 

http://arxiv.org/abs/1105.2523