Starvard.Starvard.Starvard University · Astronomie
Connaissez le ciel au-dessus de vous : les planètes voisines, la vie des étoiles, les trous noirs, les galaxies, et comment tout a commencé. Aucun télescope requis.
Tout le cours en bref
Douze leçons, douze grandes idées.
Les douze leçons
Leçon 1
L'univers a environ 13,8 milliards d'années et au moins 93 milliards d'années-lumière de diamètre, et la plupart de tout cela n'est rien. Si le Soleil était une bille, l'étoile la plus proche serait une autre bille à 600 milles de distance, avec du vide entre les deux. L'espace n'est pas surtout fait d'étoiles. Il est surtout fait d'espace.
Des trucs d'échelle aident. La lumière du Soleil prend 8 minutes à vous atteindre ; de l'étoile la plus proche, plus de 4 ans ; de la plus proche grande galaxie, 2,5 millions d'années. Quand les nombres deviennent ridicules, les astronomes changent d'unités : des années-lumière pour la distance, et des puissances de dix pour tout le reste. La compétence n'est pas de mémoriser les nombres. C'est de sentir combien de vide se trouve entre les lumières.
Leçon 2
Une étoile ordinaire, huit planètes, et beaucoup de débris restants. Les quatre planètes intérieures sont petites et rocheuses (Mercure, Vénus, Terre, Mars). Les quatre extérieures sont des géantes de gaz et de glace (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune). Au-delà de Neptune se trouve la ceinture de Kuiper, foyer de Pluton et d'innombrables corps glacés, et bien au-delà, le nuage d'Oort, une coquille de comètes à une année-lumière.
Tout orbite à peu près dans le même plan parce que tout le système s'est effondré à partir d'un nuage en rotation. Jupiter est le videur, sa gravité déviant les comètes qui pourraient autrement frapper la Terre. Et la Terre se trouve dans la zone habitable, la bande ni trop chaude ni trop froide où l'eau liquide peut exister. L'emplacement, l'emplacement, l'emplacement.
Leçon 3
La Lune est le seul satellite naturel de la Terre, environ le quart de la taille de la Terre, et l'objet le plus observé du ciel. Elle est probablement née d'une collision géante : un corps de la taille de Mars a percuté la Terre primitive, et les débris se sont rassemblés pour former la Lune. C'est pourquoi les roches lunaires ressemblent tant à la croûte terrestre.
Les phases ne sont que de la géométrie. La Lune ne change pas ; la lumière du Soleil qui la frappe change d'angle pendant qu'elle orbite. Une pleine lune est la face entièrement éclairée ; une nouvelle lune est la face sombre tournée vers nous. Les marées viennent de la gravité de la Lune qui tire les océans, le Soleil ajoutant une traction plus petite. Et oui, des humains y ont marché : douze astronautes, six alunissages, de 1969 à 1972, et nous y retournons.
Leçon 4
Le Soleil détient 99,86 % de la masse du système solaire. C'est une étoile d'âge moyen et de taille moyenne, âgée d'environ 4,6 milliards d'années, qui fusionne 600 millions de tonnes d'hydrogène en hélium chaque seconde. Cette fusion est la source de presque toute l'énergie sur Terre : la lumière du Soleil, la météo, la nourriture, les combustibles fossiles (de la lumière solaire ancienne), tout.
Dans environ 5 milliards d'années, il manquera d'hydrogène, gonflera en géante rouge qui engloutira probablement la Terre, puis rejettera ses couches extérieures et s'installera comme naine blanche, refroidissant lentement pour toujours. Ne vous inquiétez pas pour votre plan de retraite. Appréciez plutôt que chaque journée chaude est une étoile qui fait de la fusion nucléaire à 93 millions de milles, juste pour vous.
Leçon 5
Les étoiles naissent quand des nuages de gaz s'effondrent sous la gravité jusqu'à ce que le noyau devienne assez chaud pour la fusion. Les petites étoiles comme les naines rouges sirotent leur carburant et peuvent brûler pendant des billions d'années. Les grosses étoiles vivent vite et meurent jeunes, brûlant leur carburant en des millions d'années et finissant dans de spectaculaires explosions de supernova.
Ces explosions sont la raison de votre existence. La fusion construit des éléments jusqu'au fer ; les supernovae forgent tout ce qui est plus lourd et le répandent dans l'espace. Le calcium de vos os, le fer de votre sang, l'or d'une bague : tous faits dans des étoiles mourantes. « Nous sommes de la poussière d'étoiles » n'est pas de la poésie. C'est de la chimie.
Leçon 6
La lumière voyage vite (186 000 milles par seconde), mais pas instantanément. La lumière du Soleil a 8 minutes quand elle vous atteint. Celle de l'étoile la plus proche est partie il y a plus de 4 ans. Quand vous regardez une galaxie à 10 milliards d'années-lumière, vous la voyez telle qu'elle était il y a 10 milliards d'années, quand l'univers était jeune. L'astronomie est la seule science où le passé est directement visible.
C'est aussi ainsi que nous connaissons l'histoire de l'univers. Les galaxies lointaines ont l'air plus jeunes et plus désordonnées, exactement comme on s'y attend si l'univers a évolué avec le temps. Le fond diffus cosmologique, une faible chaleur restante du Big Bang, est visible dans toutes les directions : la rémanence de la création, refroidie pendant 13,8 milliards d'années jusqu'à juste au-dessus du zéro absolu.
Leçon 7
Les galaxies sont des villes gravitationnelles de milliards d'étoiles, plus du gaz, de la poussière et de la matière noire. Elles ont des formes : des spirales comme notre Voie lactée, des elliptiques (des amas ronds de vieilles étoiles) et des irrégulières (les désordonnées). La Voie lactée contient de 100 à 400 milliards d'étoiles, et elle est l'une des quelque deux billions de galaxies estimées dans l'univers observable.
Les galaxies entrent en collision et fusionnent, et la nôtre le fera : dans environ 4 milliards d'années, la Voie lactée et Andromède se percuteront pour former une nouvelle elliptique géante. Les étoiles sont si éloignées les unes des autres que peu entreront vraiment en collision ; les galaxies se traverseront surtout et s'installeront. De la violence cosmique, poliment exécutée.
Leçon 8
Un trou noir est ce qui reste quand une étoile très massive s'effondre : tant de masse dans si peu d'espace que la gravité écrase tout, même la lumière. L'« horizon des événements » est le point de non-retour. À l'intérieur, tous les chemins mènent vers l'intérieur. Ce ne sont pas des aspirateurs cosmiques, cependant ; de loin, la gravité d'un trou noir n'est que de la gravité. Vous pourriez orbiter autour de l'un d'eux en sécurité, comme les planètes orbitent autour des étoiles.
Nous en avons photographié deux : le géant de la galaxie M87 et Sagittarius A*, celui au centre de notre propre galaxie, quatre millions de fois la masse du Soleil. Les images montrent du gaz chaud et brillant qui se courbe autour d'une ombre sombre, exactement comme les mathématiques d'Einstein l'avaient prédit un siècle plus tôt. La théorie d'abord, la photo ensuite : la science à son meilleur.
Leçon 9
Jusqu'en 1992, nous ne connaissions aucune planète en dehors de notre système solaire. Nous en connaissons maintenant plus de 5 000, et le compte grimpe chaque mois. Nous les trouvons en regardant les étoiles osciller (la traction de la gravité), pâlir (une planète qui passe devant), ou par imagerie directe. La variété est folle : des Jupiters chauds qui rôtissent près de leurs étoiles, des mondes océans, des planètes de diamant, des planètes avec deux soleils.
La grande chasse vise les planètes semblables à la Terre dans les zones habitables, et les biosignatures : des gaz dans une atmosphère que la vie pourrait produire. Nous avons trouvé des candidats prometteurs, mais aucune vie confirmée. La réponse honnête à « sommes-nous seuls » reste « nous ne savons pas », mais pour la première fois de l'histoire, nous avons les outils pour vraiment vérifier.
Leçon 10
L'univers a commencé chaud, dense et petit il y a environ 13,8 milliards d'années et il n'a cessé de s'étendre et de refroidir depuis. C'est le Big Bang : pas une explosion DANS l'espace, mais l'expansion DE l'espace lui-même. Les preuves sont triples : des galaxies qui s'éloignent dans toutes les directions, la rémanence de chaleur restante dans toutes les directions, et les quantités observées d'hydrogène et d'hélium qui correspondent aux prédictions.
La partie bizarre : l'expansion s'accélère, poussée par quelque chose que nous appelons l'énergie noire, qui compose environ 68 % de tout et que personne ne comprend. Ajoutez la matière noire (27 %, aussi mystérieuse) et il se trouve que nous comprenons environ 5 % du contenu de l'univers. La phrase la plus honnête de la cosmologie est « nous ne savons pas », et elle fait beaucoup de travail.
Leçon 11
Vous n'avez pas besoin d'un télescope. Commencez par la Lune : même des jumelles bon marché révèlent des cratères et des montagnes. Apprenez quelques constellations comme points de repère : la Grande Ourse, Orion, Cassiopée. Les planètes sont les « étoiles » brillantes qui ne scintillent pas ; Vénus, Mars, Jupiter et Saturne sont toutes visibles à l'œil nu aux bons moments.
Éloignez-vous des lumières de la ville si vous le pouvez ; l'obscurité est l'amélioration la moins chère. Laissez vos yeux s'adapter pendant 20 minutes. Utilisez une application gratuite de carte du ciel pour identifier ce que vous voyez. Et regardez souvent vers le haut. Le ciel est le seul écran qui n'a jamais besoin d'être rechargé et qui présente le même grand spectacle depuis des milliards d'années.
Leçon 12
Voici la frontière, les choses qui gardent les astronomes éveillés la nuit. Qu'est-ce que la matière noire ? Qu'est-ce que l'énergie noire ? L'univers a-t-il eu un vrai commencement, ou tourne-t-il en cycle ? Sommes-nous seuls ? Y a-t-il une autre vie, intelligente ou non, quelque part dans ces deux billions de galaxies ? Chaque question a ses gens brillants, ses grands télescopes et ses indices partiels.
La meilleure partie : ce sont des questions auxquelles on peut répondre, ou du moins s'approcher. De nouveaux télescopes arrivent qui cartographieront l'univers primitif, renifleront les atmosphères des exoplanètes, et peut-être, juste peut-être, découvriront que nous ne sommes pas seuls. Vous avez appris les bases en onze leçons. La douzième est une invitation : continuez à regarder. L'univers raconte encore son histoire.
Diplôme
Treize virgule huit milliards d'années, deux billions de galaxies, une étoile ordinaire avec huit planètes, et une espèce de poussière d'étoiles qui a appris à lever les yeux et à poser des questions. C'est l'histoire jusqu'ici, et vous en connaissez maintenant les chapitres principaux. Sortez ce soir, trouvez la Lune, et souvenez-vous : sa lumière est partie il y a une seconde, la lumière des étoiles est partie il y a des années, et certains de ces photons voyagent depuis avant l'existence des humains. Regardez souvent vers le haut.
Continuer à apprendre
Ce cours fait partie de Starvard University, en quête d'excellence.
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Traduction automatique en français. La relecture par des locuteurs natifs est en route.