Quand on chauffe un objet, il perd son énergie en émettant de la lumière, dont le type dépend de la température: plus l’objet est chaud, plus la longueur d’onde est courte.
Spectres d’émission et d’absorption
Les électrons dans les atomes ne peuvent occuper que des espaces bien définis autour du noyau, qui dépendent de l’énergie des électrons, comme les marches d’un escalier.
Quand on leur donne de l’énergie sous forme de lumière, ils montent d’une marche, et cette lumière est ré-émise quand ils perdent la même énergie.
Quand un électron saute vers le haut ou vers le bas, il absorbe ou émet une énergie (couleur) spécifique, qui caractérise l’atome: l’hydrogène a un spectre différent de l’hélium, de l’oxygène, etc.
L’analyse du spectre est la clé de la compréhension de l’Univers: Si on peut mesurer la lumière, on peut déterminer de quoi l’objet est fait, même s’il est à des milliards d’années lumière. Dans un nuage de gaz ténu, la couleur dépend plus de la composition que de la température. Les étoiles et nuages de gaz sont surtout composés d’hydrogène, avec un peu d’hélium et d’autres éléments.
En analysant la lumière, on peut déterminer d’autres propriétés des objets lointains comme:
leur vitesse d’éloignement ou de rapprochement (grâce à l’effet Doppler-Fizeau). C’est le décalage vers le rouge (“red shift”) qui a permis de trouver que l’Univers est en expansion
leur vitesse de rotation
leur champ magnétique
leur masse et leur densité.
La mesure de la vitesse de la lumière
Hippolyte Fizeau
Une autre méthode
c = λf
L’éther
La Terre se déplace à environ 30km/s, donc 0,01% de la vitesse de la lumière.
Si l’éther existait, on devrait donc pouvoir détecter une différence de vitesse de la lumière dans deux directions à angle droit.
Les expériences de Michelson et Morley utilisaient un miroir semi-réfléchissant pour séparer et recombiner deux rayons ayant accompli des parcours à angle droit.
Ces expériences ont eu un résultat négatif, c’est-à-dire qu’elles n’ont pas permis de mesurer une différence de vitesse. On sait maintenant que la lumière a une vitesse constante.
La Gravité
Les objets ne se comportent pas de la même façon selon qu’ils sont sur Terre (ou une autre planète) ou dans l’espace intersidéral: sur Terre, les choses tombent parce que la gravité y est plus forte. Cette force agit partout, mais son action se réduit rapidement avec l’éloignement.
Sur certains corps célestes, elle est beaucoup plus forte que sur Terre.
Masse et gravité
La masse nous indique comment un objet résiste à une force appliquée. Un objet plus massif est plus difficile à déplacer.
Elle peut aussi être sentie grâce à la gravité: Tout ce qui a une masse génère aussi de la gravité, qui agit sur les autres objets.
Microgravité
La gravité agit partout, et par exemple dans l’ISS en orbite à 200km elle est encore de 90% de celle à la surface. Les astronautes ne sentent pas la gravité parce qu’ils tombent en même temps que leur vaisseau. Ceci nous fait comprendre la différence entre la masse et le poids. En orbite on a la même masse, mais on ne sent plus son poids.
Effondrement gravitationnel
Un nuage de gaz d’une densité suffisante s’effondre sur lui-même sous l’effet de sa propre gravité, en s’échauffant, ce qui est la source d’énergie initiale pour démarrer la fusion dans le noyau d’une étoile.
Kepler: 1571-1630
Newton: 1643-1727
F = M x a
Mécanique céleste
Stone.prototype.move = function()
{
// compute current acceleration
var r = this.pos.length;
var gamma = k / (r * r);
// acceleration points to center
var vec = this.pos.normalize();
this.v = this.v.subtract(vec.multiply(gamma));
// update position of satellite
this.pos = this.pos.add(this.v);
this.spot.position = view.center.add(this.pos);
this.pth.add (new Point(this.spot.position));
}
La situation à la fin du XIXe siècle
Relativité galiléenne (newtonienne): les lois de la physique sont identiques pour tout observateur se déplaçant à vitesse uniforme
Electromagnétisme et équations de Maxwell
Einstein: 1879-1955
C’est Einstein qui, par ses deux théories de la relativité, a résolu le problème, en bouleversant la physique:
la masse et le temps varient avec la vitesse
la gravité courbe l’espace
il doit exister des ondes gravitationnelles
Lentilles gravitationnelles
Abell 2218
Ondes gravitationnelles
LIGO est un ensemble d’interféromètres destiné à détecter les ondes gravitationnelles.
La détection du 14 septembre 2015
##Résumé Nous avons décrit les diverses formes de rayonnement électromagnétique, la longueur d’onde et la fréquence, les deux modes principaux d’émission de lumière, le décalage vers le rouge, et nous avons évoqué la théorie de l’éther, maintenant abandonnée, puis nous avons décrit l’action de la gravité, les orbites, la microgravité et l’effondrement gravitationnel, et enfin l’expérience LIGO de détection des ondes gravitationnelles.
