La particule la plus énergétique de l’univers

Ethan est un astrophysicien américain qui répond sur son blog à des questions posées par ses lecteurs. J’ai déjà eu l’occasion de vous proposer une traduction d’un de ces articles. Début Décembre l’un de ses lecteur lui a demandé qu’il explique les rayonnements cosmiques. Je ne résiste pas à la tentation d’en proposer une traduction, cela correspond exactement à certaines parties du programme de physique en terminale S. Continue reading « La particule la plus énergétique de l’univers »

A la recherche de la matière noire…

Il a été proclamé ici et là que l’expérience AMS aurait détecté des traces de matière noire. Mais qu’est-ce que la matière noire ? Et comment peut-on la détecter ? Ethian Siegel astrophysicien travaillant à l’université de Portland anime un blog de renommée internationale start with a bang qui est une excellente ressource pour se tenir au courant des dernières péripéties de la science. Continue reading « A la recherche de la matière noire… »

Lorsque 2012 DA 14 croisera la terre

2012 DA 14, ça n’est pas le nom de code d’un joujou technologique produit dans la silicone valley  ou le nom d’une opération militaire, mais le nom d’un astéroïde qui frôlera suffisamment la terre pour avoir attirer l’attention de la NASA. En effet, le 15 février prochain, cet astéroïde de 50 mètres de large passera à 28 000 kilomètres de la terre. Soit entre les orbites basses qui accueille la station spatiale orbitale ISS :

et les orbites géostationnaires qui accueille les satellites de télécommunications (en vert sur l’illustration) :

A priori, rien à craindre de cette rencontre, la probabilité d’un impact avec un satellite avoisinant la probabilité d’une conversation évoquant Ludwig Wittgenstein dans une émission de télé-réalité. Mais ce passage si proche de l’astéroide sera l’occasion pour la NASA de connaître avec plus de précision la trajectoire de cet objet et de calculer les risques d’une collision avec la terre. En effet, on considère que des rencontre de ce types sont très fréquentes (environ une fois tous les 40 ans) et qu’une collision avec la terre a lieu environ tous les 1 200 ans. Lorsqu’un tel astéroïde percute la terre, cela peut donner un immense cratère comme celui de Winslow, tombé il y a 50 000 ans dans l’actuel Arizona ou encore cet astéroïde tombé en Sibérie en 1908 qui a explosé dans l’atmosphère provoquant un séisme de magnitude 4,5 à 5 et rasant la forêt sur un rayon de 20 kms. Mieux vaut donc surveiller de près ce genre d’objet !

Le cratère de Winslow, Arizona

La forêt dévastée en 1908 en Sibérie

Mise en ligne de « de la physique… »

[dailymotion]http://www.dailymotion.com/video/xhx23d_de-la-physique-teaser_school[/dailymotion]

Plus de 2 ans de travail, une équipe de plus de 70 personnes, 80 minutes d’animations pédagogiques de physique. Ok, c’est pas le dernier pixar, mais quand même…

Au final, un court-métrage de 7min30 basé sur 20 notions de physique. Saurez-vous toutes les trouver en cliquant au bon moment ? A vous de voir sur www.delaphysique.com

A quoi ressemble la terre lors d’une éclipse de soleil ?

Ombre de la lune sur la terre

L’ombre de la lune sur terre, le 11 Août 1999

Cette photo prise de la station orbitale Russe Mir (quelques mois avant sa destruction) montre l’ombre de la lune sur la terre. Cette ombre se déplace à la vitesse de variant entre 1 706 km/h à l’équateur, et environ 3 380 km/h aux pôles (voir sur le site d’astrosurf). Le 11 Août 99, dans l’ombre de la lune, voici ce qu’on pouvait voir  :

eclipse de soleil

Le plus surprenant dans le phénomène de l’éclipse c’est que la lune occulte parfaitement le soleil. Cela veut dire que vus de la terre, la lune et le soleil ont le même diamètre.
Comme le soleil est 400 fois plus loin de la terre que la lune cela signifie qu’il est exactement 400 fois plus gros que la Lune. Étonnant, non ?

La première seconde planète extra-solaire photographiée ?

Cette photo serait la première photo d’une planète extra-solaire !

Cela reste encore a démontrer mais le cercle rouge de la photo ci-dessus serait une planète de masse 8 fois supérieure à Jupiter qui serait en orbite autour d’une étoile de type solaire à 330 fois la distance Terre-soleil. Celle-ci est située à 500 années-lumière de la terre.

Jusqu’à maintenant, toutes les preuves d’existence de planètes extra-solaires était indirectes. En effet, les astronomes détectent la présence de planète autour d’une étoile par les variations de luminosité de cette dernière : lorsque la planète passe devant l’étoile, elle intercepte un peu de sa lumière. Cette variation de luminosité est infime ce qui rend la détection de planète extra-solaire très difficile. Cette photo serait donc une première historique puisqu’on y voit un objet qui pourrait être une planète orbitant autour d’une étoile autre que le soleil !

Il reste encore à démontrer que c’est bien le cas, ce qui devrait prendre environ 2 ans : le temps de vérifier que cet objet se déplace bien avec son étoile.

Petite correction Nov 2008 (voir les commentaires) : L’observatoire Européen ESO avait déjà pris une photo d’une planète extra-solaire en Avril 2004. A noter, cependant que l’étoile de la photo ci-dessus est une étoile type soleil alors que celle ci-contre est une jeune étoile faiblement lumineuse.

Source : Gemini observatory (pour la première photo), ESO (pour la seconde)

du femtomètre aux années-lumière

universcale

Nikon propose sur son site anglais une belle animation pour illustrer les différentes échelles de notre univers : universcale. Cela rappelle le film sur les puissances de 10.

L’animation est en anglais, mais la navigation est assez facile : en cliquant sur les textes, ceux-ci disparaissent. Pour « zoomer » ou « dézoomer », il suffit d’utiliser la molette centrale de sa souris.

Elle illustre parfaitement le caractère « lacunaire » de la matière : il y a parfois de grandes plages d’échelles sans aucun objet. Par exemple, la taille de notre galaxie est de 1021m et la taille d’une nébuleuse est de l’ordre de 1018 m. On ne connait pas d’objet dont la taille est intermédiaire. De la même façon, notre système solaire s’étend sur 1014 m et contient une étoile de 109 m et des planètes de l’ordre de 108 m mais il n’y a pas d’objet entre 109 m et 1014 m. Cette structure lacunaire se retrouve également au niveau microscopique. En effet, à partir de 10-10 m, il ne semble plus y avoir « d’objet » mais en continuant à zoomer, on finit par trouver le noyau de l’atome à 10-15 m (cela répond aux interrogations de Lélia dans les commentaires de « ce produit est en fait constitué à 99,9999999999 % d’espace vide« ). La diversité d’objet que nous connaissons de 105 m à 10-9 m n’existe donc pas à toutes les échelles.

Mentions légales : « la masse de ce produit contient l’équivalent de 21 000 tonnes de TNT par gramme »

Continuons un peu à explorer les recommandations de sécurité proposées par les physiciens.

Avertissement de santé :
Le déplacement de cet objet doit se faire avec toutes les précautions appropriées compte tenu que sa masse et donc son poids dépendent de sa vitesse relative à l’utilisateur.

EinsteinCet avertissement fait référence à la relativité restreinte (est-il nécessaire de présenter son père ?) dans lequel les équations du mouvement sont modifiées de sorte que mathématiquement, tout ce passe comme si la masse dépendait de la vitesse de l’objet. Ainsi, plus on se rapproche de la vitesse de la lumière, plus la masse semble augmenter, tendant vers l’infini lorsque la vitesse tend vers celle de la lumière. C’est ce qui permet d’affirmer qu’il est impossible à un objet massif d’atteindre la vitesse de la lumière puisque plus on se rapproche de la vitesse de la lumière, plus il faut communiquer d’énergie à l’objet pour le faire accélérer (on démontre qu’il faut une énergie infinie pour accélérer un objet à la vitesse de la lumière). C’est la raison pour laquelle on apprend en seconde que la vitesse de la lumière est une limite pour tous les objets massifs de l’univers. Ainsi lors du maniement d’un objet, prenez soin de ne pas l’amener à une valeur proche de celle de la lumière sans quoi, c’est le tour de rein assuré !

laserAu fait, quelle est la valeur de la vitesse de la lumière ? 300 000 kilomètres par seconde. C’est une vitesse colossale à notre échelle (pour se donner un ordre d’idée, la vitesse la plus grande atteinte par les humains est celle des équipages d’Apollo qui lors de leur périple vers la Lune ont voyagé à 30 km/s soit dix mille fois moins que la vitesse de la lumière). Mais cette vitesse n’est pas si grande aux échelles de l’univers puisqu’il faut quand même 8 minutes à la lumière pour nous parvenir du soleil, 4 ans pour nous parvenir de l’étoile la plus proche et 100 milles ans pour traverser notre galaxie. Ramenons cette vitesse à la cadence de l’horloge d’un ordinateur. Celle-ci est de 2 GHz, soit 2 milliards d’impulsion par seconde. Quelle est la distance parcourue par la lumière le temps d’une impulsion ? 300 millions de mètres divisé par 2 milliards donne 15 cm. Ce qui veut dire que la lumière ne parcourt que 15 cm le temps d’un cycle d’horloge. Cette valeur explique que plus les ordinateurs « pensent vite », plus ils doivent être petit, sans quoi la communication entre les éléments risque de devenir une limite à leur vitesse de calcul.

Attention :
la masse de ce produit contient l’équivalent en énergie de 21 000 tonnes de TNT par gramme.

Là encore une proposition qui nous vient de la relativité restreinte. En effet, l’expression de l’énergie d’un objet dans le cadre de cette théorie s’écrit : E=mc²+½mv².

Cette expression s’interprète comme la somme de l’énergie cinétique telle qu’on l’apprend en 1ère S et un terme correspondant à l’énergie au repos : mc². Cette expression est certainement la plus célèbre de la physique. Elle associe à toute masse une énergie dont la valeur est égale au produit de la masse par la vitesse de la lumière au carré. Cette dernière ayant une valeur colossale, l’énergie de masse atteint des échelle qui sont étrangères à notre environnement quotidien. Ainsi, une masse de 1 gramme a une énergie au repos exprimée en joule de 0,001x(300 000 000)² soit un 9 suivi de 13 zéros. A quoi cela correspond-il ? A l’énergie délivrée par une centrale nucléaire en 25 heures (une centrale nucléaire délivre une puissance de 1000 MW) ou l’énergie délivrée par 21 000 tonnes de TNT !

star trek - enterprisePeut-on libérer cette énergie ? En partie dans les réactions nucléaires, une partie infime mais qui suffit à expliquer les niveaux d’énergies atteint par les explosions nucléaires. Pour libérer totalement cette énergie il faut faire rencontrer à la matière son équivalent en antimatière. Cette rencontre se solde par une libération d’énergie sous forme de rayonnement gamma (le nom donné par les physiciens à la lumière de très courte longueur d’onde et de très haute énergie). C’est la façon dont est propulsé l’Enterprise dans Star Trek. Je tiens à vous rassurer tout de suite, il n’y a aucune chance que vous rencontriez au coin de rue votre double en anti-matière. En effet, les seules échantillons d’anti-matière que nous connaissions sont ceux que nous générons au sein des accélérateurs de particules. Pourquoi n’existe-t-il pas d’anti-matière naturelle ? Pour une raison toute simple : imaginons qu’un échantillon d’anti-matière existe quelque part sur notre planète, le moindre contact avec la matière se solderait par une libération colossale d’énergie. Il faudrait donc que cet échantillon soit isolé de toute matière, ce qui est impossible dans un environnement aussi dense que le notre.

Il est donc vrai que chaque gramme d’un objet contient l’équivalent en énergie de 21000 tonnes de TNT mais cela n’a de réalité qu’au coeur des réacteurs nucléaires, des bombes nucléaires et des étoiles.