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étoilé

Ciel

L’astronomie en Alsace, un voyage dans l’univers


Directeurs de la publication : Hugues Dreyssé, directeur du Jardin des Sciences, Anne-Catherine Hauglustaine, Coordinatrice du Jardin des Sciences de l’Université de Strasbourg et Christine Welty, Directrice de la Nef des sciences Coordination, rédacteurs et suivi de réalisation : Saïd Hasnaoui, Jardin des sciences de l’Université de Strasbourg et Anne-Gaëlle Le Perchec, la Nef des sciences Conseillers scientifiques : Sébastien Derrière, Astronome à l’Observatoire de Strasbourg, Stéphane Guibert, Directeur scientifique du Planétarium de Strasbourg et Hervé Wozniak, Directeur de l’Observatoire de Strasbourg Remerciements : Comité de pilotage national de l’Année Mondiale de l’Astronomie (ce projet a reçu le label «AMA09»), l’ensemble des sites et des acteurs de l’astronomie en Alsace, l’Observatoire de Strasbourg et l’Agence Spatiale Européenne (ESA) Graphisme & illustrations : Dominique Schoenig, Mulhouse Crédits photographiques : Laurent Laveder, NASA, ESA, Hubble, ESO, STScl, CEA, Institute for Astronomy and Space Physics/Conicet of Argentina, Arizona State University, University of Toledo, A. Fujii, Y. Beletsky, Stéphane Guibert, Sebastian Deiries, Allison Loll, Jeff Hester, Davide De Martin, S. Beckwith, C. Carreau, T. Megeath, M. Robberto, et Felix Mirabel Impression : Imprimerie Manupa (Mulhouse) Edition : la Nef des sciences 40 rue Marc Seguin B.P. 2118 - 68060 Mulhouse cedex téléphone : + 33 (0)3 89 32 76 33 - télécopie : + 33 (0)3 89 32 76 31 courriel : nef-des-sciences@uha.fr - site : www.nef-des-sciences.uha.fr N°ISBN : 2-909495-18-3 - Ne peut être vendu. Dépôt légal : Avril 2009 Tous droits de reproduction réservés sans l’autorisation de l’éditeur.


Sommaire

Le ciel à l’ o ei l n u Le ciel to urn e !

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pages 06-07

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pages 08-09

Les co nste l l a t i o n s

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pages 10-11

Les planètes v i s i bl es à l’ œil nu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pages 12-13 Le zo d iaqu e

..................................

Les co nste l l a t i o n s , c ’ est d e l’ im a g i n a t i o n Observer les ét o i l es

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pages 16-17

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pages 18-19

Utiliser un i n s t r u m en t A ne pas ma n q u er ! L’ Univers

pages 14-15

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pages 20-21

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pages 22-23

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pages 24-25

L’astronomie en Alsace, un voyage dans l’univers

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Š Laurent Laveder


C’est à un voyage loin de notre planète que vous invite ce petit guide... L’astronomie en Alsace, un voyage dans l’univers

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Le ciel à l’œil nu Masses brûlantes et lumineuses, ces astres géants peuplent l’Univers.

L es ét o i l es

On peut en distinguer plusieurs milliers à l’œil nu.

© Laurent Laveder

L a Vo ie l act é e

Constellation de Persée © A. Fujii

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Voie lactée au dessus du Mont Paranal © ESO/Y. Beletsky

Malheureusement, en ville, l’éclairage urbain ne nous permet d’en percevoir au mieux que quelques centaines.

Brouillard de milliards d’étoiles, c’est notre propre galaxie vue par la tranche. Seuls les ciels les plus purs permettent d’en apprécier toute la majesté.


L a Lu ne

Seul satellite naturel de la Terre, la Lune est responsable des marées. Elle nous offre chaque jour un ballet lumineux magistral dans lequel elle reflète la lumière du Soleil à la saveur de ses cratères et de ses phases.

L e s o lei l

Premier quartier de Lune © Stéphane Guibert

Étoile de taille moyenne, il dévoilera les charmes de ses tâches et de sa couronne avec une instrumentation adaptée. L’observer à l’œil nu peut causer des dommages irréparables.

Coucher de Soleil sur le Pic de l’Ours © Laurent Laveder

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© Laurent Laveder

Le ciel tourne

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Dans le ciel, les astres se lèvent et se couchent. Étrange de penser que des étoiles si lointaines décrivent des mouvements si importants au cours d’une nuit. En réalité, il n’en est rien. Ce ne sont pas les étoiles qui bougent, mais la Terre qui tourne. Une étoile semble immobile : l’Étoile polaire. Située dans la prolongation de l’axe de rotation de notre planète, elle nous indique le nord.


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Les constellations

© Laurent Laveder

Devant la majesté du ciel étoilé, les Grecs de l’Antiquité ont laissé voguer leur imagination à de multiples dessins et histoires épiques sur le théâtre de la voûte céleste.

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Ours, taureaux, chasseurs, centaures et autres chevaux ailés ont peuplé de leur présence mythologique les formes géométriques du firmament cosmique. Avec une simple carte du ciel, et quelques conseils, tout ceci s’anime au gré des histoires fantastiques de la Grèce antique. Laissez-vous tenter, un soir d’été, par la contemplation de ce théâtre animé !


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Les planètes visibles à l’œil nu

M er cu r e est la plus proche voisine du Soleil. Un jour* y dure 59 jours terrestres, et 1 année** trois mois. Le jour, la température dépasse les 400°C. Elle serait suffisante pour faire fondre du plomb. La nuit, le mercure du thermomètre descendrait sous les -100°C. Sans atmosphère, pas d’effet de Serre. Mercure chauffe et se refroidit au gré du rayonnement solaire.

Saturne La planète aux multiples anneaux est emblématique. Gazeuse, comme Jupiter, elle est elle également dotée d’un système de satellites aussi diversifiés que surprenants. Laboratoire d’exobiologie à ciel ouvert, le système saturnien est de plus en plus le fantasme des astrophysiciens.

Contrairement aux étoiles qui dessinent dans le ciel des formes immuables à l’échelle d’une vie humaine, des astres se déplacent dans le paysage céleste. Ce sont les planètes. 12

Cinq sont observables à l’oeil nu. Parfois éclatantes, ces raretés astronomiques savent surprendre l’oeil attentif du badaud céleste.


Vénus est la planète de l’amour. Loin d’être la destination idéale d’une lune de miel, il y pleut de l’acide sulfurique et sa pression atmosphérique est 90 fois plus importante que sur notre confortable Terre. Sa température : 460 degrés en moyenne. Malmenée par un effet de serre important, son atmosphère retient la chaleur du soleil dans cet enfer sulfureux à déconseiller à toute forme de vie humaine.

Mars L’énigmatique planète rouge a la couleur de la rouille et du sang. C’est le même composé chimique, l’oxyde de fer III, qui donne sa couleur à ces deux éléments. Ayant, il y a très longtemps, abrité une atmosphère plus importante et de l’eau à l’état liquide, Mars nous tient en haleine au gré des missions qui parviennent à se poser sur son sol. Une question nous taraude : abrite t’elle une forme de vie extraterrestre ?

Jupiter est la plus grande planète du système solaire. 1300 fois plus volumineuse que la Terre, cette planète gazeuse est principalement constituée d’hydrogène et d’hélium, comme le Soleil. Autour d’elle, une soixantaine de satellites exhibent aux yeux des planétologues des mondes étranges, faits de volcans, de roche, de glace, et de mystère. Qu’allons-nous y découvrir ?

* la durée d’un jour est le temps nécessaire à une planète pour faire un tour sur ellemême ** la durée d’une année est le temps nécessaire à une planète pour effectuer sa révolution autour du Soleil

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Le zodiaque

Ophiuchus

Sagittaire

Scorpion Balance

Capricorne

Verseau

juin

mars

septembre

Vierge

Poissons

décembre Lion

Bélier

Cancer

Verseau Taureau Gémeaux

© Laurent Laveder

Capricorne

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Sagitaire


Aux premiers temps du système solaire, un fragment de nébuleuse s’est condensé. En se contractant, ce nuage de gaz et de poussières se mit à tourner sur lui-même. Il forma une étoile en son centre, notre soleil. Autour, l’excès de gaz et les poussières formèrent un disque. S’attirant par gravité, ces composés façonnèrent peu à peu des planètes et de petits corps rocheux. Aujourd’hui, les planètes tournent à peu près dans le même plan que l’orbite de la Terre, avec le Soleil au centre. On appelle ce plan l’écliptique. L’écliptique est le siège des constellations du zodiaque. Au nombre de 13, ce sont les constellations situées à l’opposé du Soleil lorsque la Terre effectue sa révolution autour de lui en une année. Ophiuchus, la constellation du Serpentaire, est ignorée par les astrologues et leurs 12 constellations du zodiaque ne sont pas conformes à la réalité des cieux. Laissez-vous tenter par l’observation de ces constellations. Devant elles, vous verrez passer les planètes !

Ophiuchus

Scorpion

Sagitaire

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Les constellations, c’est de l’imagination !

Bonne Courge

Gourde pourrie

Passage Impérial

Drapeau de gauche Tisserande Fille

Tambour Baguette Marché Drapeau de droite

Bœuf

Officier du Marché

Etablissement

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Cuisine

Dans d’autres cultures, les peuples ont vu dans les étoiles des formes différentes de celles qu’ont dessinées les Grecs anciens. Chinois, Égyptiens, Inuits, Navajos, ou encore Polynésiens ont dessiné le ciel à la couleur de leurs croyances et de leur culture. La voûte étoilée peut alors s’animer de constellations aux noms colorés, telles la Louche du nord, l’Homme aux pieds écartés, le Récipient de graisse de baleine, la Bonne courge, le Pot de chambre, la Cuisine, l’Hippopotame, la Conspiration du ciel, le Coup de foudre, ou encore l’Aimé de la lune. Fléau

Peut-être vous amusez-vous à voir dans le ciel étoilé, comme dans les nuages, les formes suggérées par votre imagination. Ouvrez la voie aux muses, le ciel est la toile infinie de l’artiste et du conteur. Action !

Lit de la Dame Sept Excellences

Lance

Louche du Nord

Lanière enroulée

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Observer les étoiles Avec une simple carte du ciel, l’astronome amateur peut se repérer dans cette immensité qui donne le vertige. Savoir identifier quelques constellations, et avoir le plaisir de dire à ses amis « celle-là, c’est Cassiopée ! » lors d’un dîner mondain sous les étoiles permet de briller en société et de se sentir moins perdu dans la galaxie !

M a is co mment s’ y prendre ? Ré p o n s e en 7 é t a p es :

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Trouver une c arte d u ciel C’est est facile. En plus de l’ouvrage, des cartes du ciel sont en vente dans plusieurs lieux en Alsace. Vous pouvez en trouver la liste ou télécharger des cartes du ciel à fabriquer sur le site accompagnant ce livret : www.astronomie-en-alsace.fr

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Ch ois ir le mo ment o ppo rtun Le ciel nous livre un spectacle variant au gré des phases de la Lune, des mouvements des planètes, ou des nuages d’étoiles filantes. Pour être au courant des éphémérides et des dernières nouvelles du ciel, n’hésitez pas à surfer sur www.astronomie-en-alsace.fr Par exemple, une pleine Lune est défavorable à l’observation des étoiles et du ciel profond. Les astres discrets de la voûte céleste s’effacent alors sous la puissante lumière de notre satellite naturel.

© Laurent Laveder - Dominique Schoenig

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Ch ois ir un site Selon ce que vous souhaitez observer, préférez les villes ou les champs. Contrairement aux idées reçues, les villes se prêtent à la pratique de l’observation du ciel. Il faudra alors se concentrer sur des objets particulièrement lumineux, comme la Lune ou les planètes. Par contre, l’éclairage public a le défaut d’éclairer également la voûte céleste. Les étoiles, la Voie lactée, et les objets du ciel profond tels les nébuleuses et les galaxies ont disparu des ciels citadins. Pour les observer, il faut s’échapper vers les campagnes et les montagnes. En Alsace, certains sites sont le paradis des astronomes amateurs. N’hésitez pas à vous renseigner auprès des clubs !


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S’éq u ip er Pour observer les étoiles, il faut que les yeux s’habituent à l’obscurité. Les pupilles sont alors dilatées, et laissent le maximum de lumière pénétrer à l’intérieur de l’oeil, révélant les charmes discrets de la voûte cosmique. Pour lire votre carte du ciel, pensez à vous munir d’une lampe éclairant de préférence en rouge, c’est la couleur éblouissant le moins la nuit. Une simple LED dont vous tamisez la lumière peut faire l’affaire. Côté mercure, même en été, les nuits peuvent être fraîches. N’hésitez pas à bien vous couvrir et à préférez un habillage multi-couches, vous permettant de mieux retenir la chaleur, et d’adapter votre tenue à la température extérieure. Enfin, n’oubliez pas d’emporter à boire et à manger. Sous les étoiles, les mets prennent une toute autre saveur !

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Régl er sa carte d u ciel Le ciel change en fonction du jour et de l’heure d’observation. Cela est dû à la rotation de la Terre sur elle-même, et à sa révolution autour du Soleil. Sur les cartes célestes, un ingénieux système permet d’afficher le ciel visible au dessus de votre tête quel que soit le jour et l’heure de l’année. Il suffit simplement de faire coïncider le jour et l’heure en faisant tourner le ciel ! Notons que le ciel visible en Alsace n’est pas le même que celui du Mali ou de l’Australie. Les cartes du ciel sont ainsi calculées pour correspondre à une zone géographique précise, à une latitude. 6

S e repérer La carte du ciel est réglée. Il ne reste plus qu’à l’orienter correctement. Pour cela, il faut trouver le nord. Vous pouvez au choix vous équiper d’une boussole, ou tout simplement repérer l’étoile polaire. Cette dernière est le bout de la queue de la petite ourse. Elle se repère aisément à partir de la grande ourse. Il suffit de prolonger 4 fois vers le haut de la casserole la distance entre les deux étoiles les plus éloignées du manche. Une fois le Nord trouvé, tournez-lui le dos, mettez la carte au dessus de votre tête, et faites correspondre le nord de la carte avec le nord réel. Il ne reste plus qu’à repérer les étoiles ! 7

Observer La voûte est sous vos yeux. Selon la saison, repérer certaines figures, comme le triangle d’été, permet de trouver ses marques rapidement dans cet océan d’étoiles. Encore une fois, le site www.astronomie-en-alsace.fr vous donnera des clés plus précises pour observer le ciel à tout moment de l’année !

Excellente promenade céleste !

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Utiliser un instrument Il arrive un temps où l’astronome amateur ressent l’envie de voir au-delà des limites de ses propres yeux. Un instrument est alors le bienvenu. Mais lequel choisir ?

Les jumelles Avec de simples jumelles, le ciel prend déjà une toute autre dimension. Bien que si le grossissement soit bien plus faible qu’avec un télescope, certains objets astronomiques, tels des nébuleuses, des galaxies, et des amas d’étoiles sont bien plus jolis à observer aux jumelles. Cela est dû au grand champ de vision que ces instruments peuvent offrir. Les objets apparaissent dans leur contexte. Optez plutôt pour une paire de jumelles ayant un diamètre d’au moins 50 mm. Les modèles les plus courants sont les 7X50, les 10X50, les 11X70, et les 12X80. Le premier nombre représente le grossissement, et le second le diamètre en mm. Une fois les jumelles au bout des yeux, laissez-vous tenter par exemple par l’amas des Pléiades, l’amas des Hyades, la nébuleuse d’Orion, la Voie lactée, la galaxie d’Andromède, la Lune, les anneaux de Saturne, ou encore la planète Jupiter et ses satellites qui se laissent deviner.

Les lunettes et télesco pes Contrairement aux idées reçues, en astronomie, un instrument n’est pas d’autant plus performant qu’il est capable de grossir. D’autres paramètres sont plus importants, tels la luminosité de l’image, sa résolution et son contraste. Il faut alors choisir soigneusement son instrument selon différents paramètres.

Le d iamè t r e Pour l’observation du ciel profond, une bonne luminosité est nécessaire. Préférez un télescope ayant un diamètre d’au moins 150 mm. En dessous, il est préférable d’investir dans une bonne lunette astronomique, qui vous permettra d’apprécier les merveilles du système solaire. En effet, il est possible de pratiquer l’astronomie en ville. Les planètes et la Lune étant des objets très lumineux, ils demeurent observables dans une atmosphère citadine. La lunette est alors le meilleur choix. Cet instrument diffère du télescope parce que son optique est composée uniquement de lentilles, alors que les télescopes sont équipés de miroirs. À budget donné, les lunettes astronomiques offrent, malgré un diamètre plus faible, de meilleures images planétaires que les télescopes de type Newton ou Schmidt Cassegrain.

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Le trépied Le trépied joue un rôle fondamental dans la stabilité de l’instrument. S’il n’est pas suffisamment stable, les images obtenues trembleront. Préférez un trépied en aluminium, plus rigide que le bois de sapin. Portez également attention à la section de ses pieds, qui doit être la plus grande possible.

La mo nture Il est fortement conseillé de s’orienter vers une monture équatoriale, qui permet de compenser efficacement le mouvement de rotation de la Terre. Sans compensation, on voit les objets pointés fuir du champ de vision. Les montures azimutales, moins chères, permettent également de compenser ce mouvement, mais de façon plus difficile si cette correction doit se faire manuellement. En effet, il existe des dispositifs électroniques permettant de compenser automatiquement le mouvement de rotation de la Terre. Des moteurs font tourner l’Instrument dans une direction opposée, permettant de conserver le même champ de vision pendant toute la durée de l’observation.

Le GOTO Simplifier la vie de l’astronome amateur va même beaucoup plus loin pour les fabricants de télescopes. Certains instruments sont équipés de dispositifs « GOTO ». Ils permettant, une fois rentrés la date, l’heure, et le lieu d’observation, de faire pointer automatiquement le télescope vers l’objet que l’on souhaite observer, et ce dans un catalogue de plusieurs dizaines de milliers d’étoiles, amas, nébuleuses, galaxies et autres merveilles du ciel ! Mais disparaît alors le plaisir de chercher pendant de longues minutes dans la nuit gelée l’objet tant convoité…

E t le plus impo rtant … Le choix d’un instrument n’est pas simple, et dépend avant tout de l’utilisation que vous en aurez. Cette section est bien trop courte pour exposer tous les critères qui doivent être examinés avant de porter son dévolu sur un modèle en particulier. N’hésitez pas à demander le conseil avisé de professionnels et de passionnés. Vous trouverez leurs coordonnées dans la section « Guide pratique » de cet ouvrage.

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A ne pas manquer ! Co mètes

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Le système solaire est peuplé de petits corps rocheux et glacés. Certains d’entre eux décrivent des orbites qui les amènent régulièrement au voisinage du Soleil. L’intense rayonnement de cet astre brûlant vaporise alors la glace et les poussières, faisant apparaître dans le sillage de la comète une queue étincelante.

Le ciel offre un spectacle de phénomènes extraordinaires. N’hésitez pas à surfer régulièrement sur www.astronomie-en-alsace.fr pour être au courant des prochains évènements célestes !

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La Lune tourne autour de la Terre, et la Terre autour du Soleil. Lorsque la Lune se place entre la terre et le Soleil, elle éclipse sa lumière. Il est alors extraordinaire de constater que le Soleil et la Lune nous apparaissent aussi gros l’un que l’autre. En effet, alors que la Lune est 8 millions de fois moins volumineuse que le Soleil, elle est située juste à la bonne distance de la Terre pour apparaître d’une taille égale à celle du Soleil. Etrange hasard de la nature…

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La Station Spatiale Internationale prend des allures d’étoile filante dans l’objectif du photographe - © Laurent Laveder

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Superno va Pour les étoiles les plus massives, la fin de vie se solde par une explosion parmi les phénomènes les plus violents de l’Univers. Ces événements rares sont perceptibles jusque très loin dans l’Univers. Sur Terre, il arrive même que ces supernovae soient visibles en plein jour, comme en 1054, où des textes chinois décrivent l’observation de la Supernova ayant aujourd’hui donné naissance à la nébuleuse du Crabe.

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Lorsque la Terre se place entre la Lune et le Soleil, l’ombre de la Terre prive la pleine lune de l’éclat de l’astre solaire. Pourtant, la Lune ne s’assombrit pas complètement. Elle roussit. En effet, telle une lentille, l’atmosphère terrestre courbe la lumière du Soleil. La Lune est alors illuminée de rouge. Le bleu de la lumière solaire étant plus facilement diffusé que le rouge, il colorie le ciel terrestre, laissant le rouge s’évaporer vers le cosmos.

É t o i l es fi l a n t es Les étoiles filantes fascinent les amoureux du ciel nocturne. Imprévisibles, belles, éphémères et rapides, elle ne sont pourtant, et heureusement, pas des étoiles. En effet, une étoile est environ un million de fois plus volumineuse que la Terre. Une chute d’un de ces astres sur notre petit rocher céleste ne passerait pas inaperçue… En réalité, les étoiles filantes sont des poussières, des cailloux de l’espace tombant dans notre atmosphère. Atteignant dans leur chute des vitesses vertigineuses, les frottements avec l’air les amènent à se consumer en un trait de lumière.

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L’Univers Difficile de se représenter quelles sont les relations entre les objets cosmiques. L’univers est souvent vu comme une sorte de continuum où se croisent sur le même plan galaxies, comètes, planètes, étoiles, etc.

Dans l’univers l’objet de base est réellement la galaxie. Celles-ci s’organisent en amas et en super-amas.

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Galaxie du Tourbillon © NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), and The Hubble Heritage Team STScI/AURA)

Champ ultra profond de Hubble © NASA, ESA, and S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team

Pourtant, l’univers a une structure bien organisée et les échelles de taille entre ces objets sont gigantesques. Petite promenade en image !

C’est dans les galaxies que nous allons retrouver les étoiles, les planètes, les nébuleuses, etc. Une galaxie est en moyenne constituée de centaines de milliards d’étoiles, mais aussi et surtout de gaz. Ces grands nuages nébuleux représentent en général trois quarts de la masse visible d’une galaxie.


Vue d’artiste d’une exoplanète et de son étoile © ESA - C. Carreau Nébuleuse d’Orion © NASA, ESA, T. Megeath (University of Toledo) et M. Robberto (STScI) Vue d’artiste d’un trou noir de masse stellaire © ESA, NASA and Felix Mirabel (CEA & Conicet)

Les étoiles peuvent être accompagnées de planètes, liées à elles par la gravitation. Sur les centaines de milliards d’étoiles d’une galaxie, combien d’entre elles sont le cœur d’un système planétaire ? Et combien de ces planètes présentent des conditions favorables à la vie ? Cette question est encore en suspend dans la communauté des astrophysiciens…

Les nébuleuses sont de grands nuages de gaz, souvent berceaux des étoiles naissantes. Dans sa prime jeunesse, l’Univers était principalement constitué d’hydrogène, d’hélium, et de lumière. Les étoiles ont transformé cet hydrogène et cet hélium en de multiples autres constituants : carbone, azote, oxygène, fer… Cela signifie que les atomes de notre corps ont été en très grande majorité formés au cœur de ces astres brûlants, parfois à plusieurs milliards de degrés. Nous sommes des poussières d’étoiles.

Pour échapper à la gravitation terrestre, il faut atteindre une vitesse de 40 000 km/h, appelée vitesse de libération. Plus un astre est dense, plus la vitesse à atteindre pour s’en échapper est élevée. Les trous noirs sont des cœurs d’étoiles massives effondrés sur eux-mêmes. Leur densité est supérieure à celle qu’aurait la Terre si on l’enfermait dans un volume de quelques centimètres cubes. Ils sont tellement denses qu’il faudrait aller au-delà de la vitesse de la lumière pour s’en échapper. La lumière elle-même y est piégée. On ne les voit pas rayonner. Ils sont… des trous noirs.

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Ciel etoile  

Guide de l'astronomie en Alsace et dans le monde Co-edition Nef des sciences et Jardin des Sciences

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