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Mise à jour le 17 Juin 2018

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CONFÉRENCE
«MESURER LA DISTANCE DES ETOILES, DES GRECS À GAIA»

Par Jean-Pierre MAILLARD Astrophysicien IAP

Organisée par l'IAP   98 bis Bd Arago, Paris 14ème

Le Mardi 5 Juin 2018 à 19H30

 

Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos

Vidéos des conférences proposées par l’IAP sur Canal U

 

BREF COMPTE RENDU

 

 

 

 

Jean Pierre Maillard, a passé sa thèse sur le spectromètre à transformée de Fourier, puis est allé à Meudon et ensuite pour 15 ans d’étude avec le CFHT à Hawai.

 

Un an à Montréal puis retour à Paris en 1986, pour de nombreuses missions au CFHT de nouveau.

 

Il nous entretient ce soir de l’évolution de la mesure des distances au cours des siècles, depuis l’Antiquité à nos jours avec les derniers résultats de Gaia.

 

La mesure exacte des distances est d’une importance fondamentale en astronomie.

 

Cette détermination (ou plutôt) évaluation a commencé très tôt.

 

 

 

 

 

 

Le principe de la mesure des distances à Terre a longtemps été basé sur la triangulation.

 

Déjà les Grecs utilisaient cette méthode bien avant le début de notre ère.

Il s’agit de voir un même objet de deux points différents dont la distance est parfaitement connue

 

Si on connait précisément la distance entre deux points (la base, ici AB) on peut en déduire en mesurant des angles la distance à déterminer (ici BC).

En effet, sur de longues distances, les angles sont plus faciles à mesurer que les longueurs !

 

 

 

 

 

C’est vers -400 qu’Anaxagore, élève de Thalès, évalue la première distance Terre-Soleil, puis c’est vers -200 que le célèbre Ératosthène, directeur de la Bibliothèque d’Alexandrie (la plus grande bibliothèque au monde pendant des siècles) évalue la circonférence de la Terre en mesurant la distance d’Alexandrie à Syène et l’angle que faisait l’ombre d’un gnomon entre ces deux villes.

Il trouve la valeur exacte actuelle !! approximativement 40.000km.

Cette mesure sera reprise plus tard par Ptolémée qui se trompera en évoquant une valeur beaucoup plus faible, et trompera ainsi tout le monde pendant des siècles.

Et heureusement, cela permettra à Colomb de convaincre ses sponsors que les « Indes » n’étaient pas si loin que cela !

 

 

Un peu plus tard, vers -127, le génial Hipparcos, a l’idée d’utiliser l’ombre de la Terre sur la Lune lors d’une éclipse (de Lune) pour déterminer le rapport des diamètres Terre/Lune et la distance de la Terre à la Lune.

 

Il trouve des valeurs relativement correctes.

 

 

Cependant la distance au Soleil est très sous-évaluée d’un facteur 20, et la restera jusqu’à la Renaissance.

 

 

 

 

 

 

 

À partir du 17ème siècle, on va s’intéresser aux planètes, à leurs orbites et à leurs distances.

 

Depuis l’Antiquité on sait qu’il y a dans le ciel 7 objets errants périodiquement, ils sont manifestement plus proches que les étoiles. Ils vont d’ailleurs donner naissance aux 7 jours de la semaine. Parmi ces objets, 5 sont des planètes.

 

Aristote avait semé le germe du géocentrisme qui a perduré avec Ptolémée a sévi pendant le Moyen Age jusqu’à Copernic en 1543.

Il propose une révolution : l’héliocentrisme, la Terre n’est plus au centre du monde…scandale !

 

Galilée le confirme avec les phases de Vénus et les satellites de Jupiter…danger !

 

Kepler découvre les lois régissant le mouvement des planètes, ce ne sont pas des cercles mais des ellipses.

Il publie ses trois lois, dont la plus importante : la troisième loi : T2/a3 est constant, où T est la période de révolution de la planète et a son demi-grand axe (distance au Soleil), ceci va permettre de calculer exactement en RELATIF la distance de toutes les planètes du système solaire.

C’est Newton qui les expliquera théoriquement un peu plus tard avec sa loi sur la gravitation universelle.

 

Mais les distances absolues des planètes au Soleil, sont inconnues à cette époque.

 

Les précurseurs comme Cassini, Picard, Richer etc.. vont essayer de déterminer la distance de Mars au Soleil (et donc de la Terre au Soleil) en visant la planète depuis deux endroits distants de la Terre. Ils trouvent un bon ordre de grandeur

 

 

Mais il va falloir attendre la géniale idée de E Halley pour calculer plus précisément la distance Terre-Soleil grâce au passage de Vénus devant le Soleil.

 

La France est en pointe dans cette campagne de mesures avec nos amis Anglais (en fait on est en guerre avec eux).

 

Des scientifiques sont envoyés dans tous les coins du monde pour effectuer ces mesures. Lalande les collationne et donne enfin une valeur à la distance Terre Soleil (UA = Unité Astronomique), c’est une valeur énorme, en unités de maintenant : 150 millions de km. Mais le km n’existe pas encore, mais ça c’est une autre histoire.

 

 

 

 

 

Maintenant on s’intéresse aux étoiles.

 

 

Lorsque l'on regarde une étoile « proche » depuis la Terre, le mouvement de celle-ci autour du Soleil provoque un mouvement APPARENT de l’étoile ; cette orbite apparente est une ellipse plus ou moins aplatie. C’est la parallaxe.

 

 

C'est le célèbre mathématicien allemand Bessel qui le premier mesura en 1838 une telle quantité : Il mesura le déplacement annuel de l'étoile 61 Cygni comme étant de 0,29" (depuis cette étoile est aussi appelée, Étoile de Bessel).

C’était une distance énorme : 100.000 milliards de km, c’est lui qui introduit à cette occasion l’utilisation de l’année lumière (al) comme unité de distance, unité plus appropriée à ce genre de distance

Son étoile (qui était proche ne l’oublions pas !) était à 11 al!!

 

L’Univers changeait encore une fois de dimension !!!

 

 

 

 

 

En fait dans notre Galaxie, il n'y a pas plus d'un millier d'étoiles (sur 100 Milliards !) qui sont accessibles à la mesure de parallaxe depuis la Terre. Nous sommes dans un coin relativement vide de notre Galaxie, donc cette méthode a ses limites.

La distance maximale mesurable avec la méthode de parallaxe terrestre est approx. 65al.

 

 

Mais dans l’Univers, il y a ce que l’on appelait à l’époque, les « nébuleuses », elles ont l’air plus loin que les étoiles.

 

On va s’intéresser à ces objets, et notamment Henrietta Leavitt, elle prouve que certaines étoiles pulsantes (les céphéides) sont des étalons de lumière, c’est à dire des phares dans l’Univers

 

 

Leur luminosité intrinsèque est liée à leur période. En mesurant l’éclat apparent on mesure leur distance !

 

Par exemple : Andromède = 2,2 millions d’al 

 

L’univers visible devient vieux de 15 milliards d’années

 

 

 

 

 

En 1929 on montre que l’Univers est en expansion, mais les distances des étoiles et galaxies sont encore assez peu précises, cela va durer jusqu’aux années 1990.

 

Des progrès décisifs se produisent alors avec de nouveaux puissants télescopes au sol, une optique adaptative et surtout à l’aide de télescopes spatiaux.

 

 

Oui, surtout depuis l’espace, et ça a commencé avec le satellite de l’ESA, Hipparcos (High Precison Parallax Collecting Satellite) lancé en 1989 et opérationnel jusqu’en 1993.

On a pu grâce à lui, déterminer les caractéristiques précises de plus de 118.000 étoiles et de 273 céphéides.

 

 

Afin d’améliorer les données d’Hipparcos, l’ESA décide de lancer la mission GAIA dont a rapporté les derniers résultats il y a quelques semaines.

 

Gaia est 100 fois plus précis qu’Hipparcos.

 

Seule une petite partie du ciel (approx 1%) est étudiée par Gaia, mais c’est un progrès énorme par rapport aux données précédentes.

Ce catalogue contient la position et la luminosité de 1,692 milliards d’étoiles (chaque étoile a été mesurée plus de 200 fois !), ainsi que la parallaxe et le mouvement propre de 1,331 milliards d’étoiles.

 

 

 

 

De même la couleur de plus de 1,3 milliards d’étoiles et la vitesse radiale de 7,2 millions d’étoiles.

Ces données permettront l’élaboration d’une carte 3D de notre Galaxie.

 

De plus Gaia s’est aussi intéressé aux petits corps du Système Solaire, les astéroïdes, et mesuré la position de 14.000 d’entre eux.

 

 

Si un successeur à Gaia devait voir le jour, il serait en IR.

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

 

Cassini et Richer évaluent la distance Terre-Soleil.

 

Les Aventuriers de l’Astronomie : CR de la conf SAF de JP Martin du 12 Avril 2017

 

La mesure des distances ds le S Sol. au 17ème : CR conf SAF de Ch Vilain du 12 Sept 2012

 

Le site de Gaia à l’ESA.

 

 

 

 

 

 

Bon ciel à tous !

 

 

Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF.

www.planetastronomy.com

 

Les autres CR des conférences IAP.

 

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