Qui fut le premier astronome royal ?
John Flamsteed
L'astronome anglais John Flamsteed a répertorié plus de 3 000 étoiles. D'autres découvertes ont été parallèles aux améliorations apportées à la taille et à la qualité du télescope. Des catalogues d'étoiles plus complets ont été produits par Lacaille. L'astronome William Herschel dressa un catalogue détaillé des nébulosités et des amas et découvrit en 1781 la planète Uranus, la première nouvelle planète découverte. La distance à une étoile a été annoncée pour la première fois en 1838 lorsque la parallaxe de 61 Cygni a été mesurée par Friedrich Bessel.
L'astronomie, une science naturelle, est l'étude des objets célestes (tels que les étoiles, les galaxies, les planètes, les lunes, les astéroïdes, les comètes et les nébuleuses) et des processus (tels que les explosions de supernovae, les sursauts gamma et le rayonnement cosmique de fond micro-ondes). , la chimie et l'évolution de ces objets et processus, et plus généralement tous les phénomènes qui prennent leur origine en dehors de l'atmosphère terrestre. Un sujet connexe mais distinct, la cosmologie physique, concerne l'étude de l'Univers dans son ensemble.
L'astronomie est l'une des sciences les plus anciennes. Les premières civilisations de l’histoire enregistrée, telles que les Babyloniens, les Grecs, les Indiens, les Égyptiens, les Nubiens, les Iraniens, les Chinois et les Mayas, ont effectué des observations méthodiques du ciel nocturne. Historiquement, l'astronomie a inclus des disciplines aussi diverses que l'astrométrie, la navigation céleste, l'astronomie d'observation et la réalisation de calendriers, mais l'astronomie professionnelle est aujourd'hui souvent considérée comme synonyme d'astrophysique.
Au cours du XXe siècle, le domaine de l'astronomie professionnelle s'est divisé en branches observationnelles et théoriques. L'astronomie observationnelle se concentre sur l'acquisition de données provenant d'observations d'objets astronomiques, qui sont ensuite analysées à l'aide des principes de base de la physique. L'astronomie théorique est orientée vers le développement de modèles informatiques ou analytiques pour décrire des objets et des phénomènes astronomiques. Les deux domaines se complètent, l'astronomie théorique cherchant à expliquer les résultats d'observation et les observations étant utilisées pour confirmer les résultats théoriques.
L'astronomie est l'une des rares sciences où les amateurs peuvent encore jouer un rôle actif, notamment dans la découverte et l'observation de phénomènes transitoires. Les astronomes amateurs ont réalisé et contribué à de nombreuses découvertes astronomiques importantes.
Étymologie
Astronomie (du grec ἀστρονομία de ἄστρον astron, « étoile » et -νομία -nomia de νόμος nomos, « loi » ou « culture ») signifie « loi des étoiles » (ou « culture des étoiles » selon la traduction) . L'astronomie ne doit pas être confondue avec l'astrologie, le système de croyance qui prétend que les affaires humaines sont corrélées à la position des objets célestes. Bien que les deux domaines partagent une origine commune, ils sont désormais tout à fait distincts.
Utilisation des termes « astronomie » et « astrophysique »
Généralement, le terme « astronomie » ou « astrophysique » peut être utilisé pour désigner ce sujet. Basé sur des définitions strictes du dictionnaire, « l'astronomie » fait référence à « l'étude des objets et de la matière en dehors de l'atmosphère terrestre et de leurs propriétés physiques et chimiques » et « l'astrophysique » fait référence à la branche de l'astronomie traitant de « le comportement, les propriétés physiques et processus dynamiques des objets et phénomènes célestes". Dans certains cas, comme dans l'introduction du manuel d'introduction The Physical Universe de Frank Shu, « astronomie » peut être utilisée pour décrire l'étude qualitative du sujet, tandis que « astrophysique » est utilisée pour décrire la version du sujet orientée vers la physique. . Cependant, étant donné que la plupart des recherches astronomiques modernes portent sur des sujets liés à la physique, l’astronomie moderne pourrait en fait être appelée astrophysique. Peu de domaines, comme l'astrométrie, relèvent uniquement de l'astronomie plutôt que de l'astrophysique. Divers départements dans lesquels les scientifiques effectuent des recherches sur ce sujet peuvent utiliser « astronomie » et « astrophysique », en partie selon que le département est historiquement affilié à un département de physique, et de nombreux astronomes professionnels ont des diplômes en physique plutôt qu'en astronomie. L’une des principales revues scientifiques dans le domaine est la revue européenne Astronomy and Astrophysics. Les principales revues américaines sont The Astrophysical Journal et The Astronomical Journal.
Histoire
Au début, l’astronomie consistait uniquement à observer et à prédire les mouvements d’objets visibles à l’œil nu. Dans certains endroits, les premières cultures assemblaient des artefacts massifs qui avaient peut-être un but astronomique. En plus de leurs utilisations cérémoniales, ces observatoires pourraient être utilisés pour déterminer les saisons, un facteur important pour savoir quand planter des cultures, ainsi que pour comprendre la durée de l'année.
Avant l’invention d’outils tels que le télescope, les premières études des étoiles étaient réalisées à l’œil nu. À mesure que les civilisations se développaient, notamment en Mésopotamie, en Grèce, en Inde, en Chine, en Égypte et en Amérique centrale, des observatoires astronomiques furent construits et des idées sur la nature de l'Univers commencèrent à être explorées. L’essentiel des débuts de l’astronomie consistait en réalité à cartographier la position des étoiles et des planètes, une science aujourd’hui appelée astrométrie. À partir de ces observations, les premières idées sur les mouvements des planètes ont été formées et la nature du Soleil, de la Lune et de la Terre dans l’Univers a été explorée philosophiquement. On pensait que la Terre était le centre de l’Univers, autour d’elle tournait le Soleil, la Lune et les étoiles. C’est ce qu’on appelle le modèle géocentrique de l’Univers, ou système ptolémaïque, du nom de Ptolémée.
Un développement précoce particulièrement important a été le début de l’astronomie mathématique et scientifique, qui a débuté chez les Babyloniens, qui ont jeté les bases des traditions astronomiques ultérieures qui se sont développées dans de nombreuses autres civilisations. Les Babyloniens ont découvert que les éclipses lunaires se reproduisaient selon un cycle répétitif appelé saros.
À la suite des Babyloniens, des progrès significatifs en astronomie ont été réalisés dans la Grèce antique et dans le monde hellénistique. L'astronomie grecque se caractérise dès l'origine par la recherche d'une explication rationnelle et physique des phénomènes célestes. Au IIIe siècle avant JC, Aristarque de Samos estima la taille et la distance de la Lune et du Soleil et fut le premier à proposer un modèle héliocentrique du système solaire. Au IIe siècle avant JC, Hipparque découvrit la précession, calcula la taille et la distance de la Lune et inventa les premiers appareils astronomiques connus tels que l'astrolabe. Hipparque a également créé un catalogue complet de 1 020 étoiles, et la plupart des constellations de l’hémisphère nord proviennent de l’astronomie grecque. Le mécanisme d'Anticythère (vers 150-80 avant JC) était un des premiers ordinateurs analogiques conçu pour calculer l'emplacement du Soleil, de la Lune et des planètes pour une date donnée. Des artefacts technologiques d’une complexité similaire ne sont réapparus qu’au XIVe siècle, lorsque des horloges astronomiques mécaniques sont apparues en Europe.
Au Moyen Âge, l’astronomie stagnait dans l’Europe médiévale, au moins jusqu’au XIIIe siècle. Cependant, l’astronomie a prospéré dans le monde islamique et dans d’autres régions du monde. Cela a conduit à l’émergence des premiers observatoires astronomiques dans le monde musulman au début du IXe siècle. Dans Roshdi Rashed & Régis Morelon (1996), Encyclopédie de l'histoire de la science arabe, pp. 985-1007, Routledge, Londres et New York. En 964, la galaxie d'Andromède, la plus grande galaxie du groupe local, fut découverte par l'astronome persan Azophi et décrite pour la première fois dans son Livre des étoiles fixes. La supernova SN 1006, l'événement stellaire de magnitude apparente le plus brillant de l'histoire enregistrée, a été observée par l'astronome arabe égyptien Ali ibn Ridwan et les astronomes chinois en 1006. Certains des astronomes islamiques éminents (principalement persans et arabes) qui ont apporté des contributions significatives à l'étude La science comprend Al-Battani, Thebit, Azophi, Albumasar, Biruni, Arzachel, Al-Birjandi et les astronomes des observatoires de Maragheh et de Samarkand. À cette époque, les astronomes ont introduit de nombreux noms arabes désormais utilisés pour désigner des étoiles individuelles. On pense également que les ruines du Grand Zimbabwe et de Tombouctou auraient abrité un observatoire astronomique. Les Européens pensaient auparavant qu’il n’y avait eu aucune observation astronomique dans l’Afrique subsaharienne précoloniale du Moyen Âge, mais les découvertes modernes montrent le contraire.
L’Église catholique romaine a apporté plus de soutien financier et social à l’étude de l’astronomie pendant plus de six siècles, depuis la récupération des connaissances anciennes de la fin du Moyen Âge jusqu’au siècle des Lumières, que toute autre institution et, probablement, toutes les autres institutions. L'une des motivations de l'Église était de trouver la date de Pâques.
Révolution scientifique
À la Renaissance, Nicolas Copernic proposa un modèle héliocentrique du système solaire. Son travail a été défendu, développé et corrigé par Galileo Galilei et Johannes Kepler. Galilée a utilisé des télescopes pour améliorer ses observations.
Kepler fut le premier à concevoir un système décrivant correctement les détails du mouvement des planètes avec le Soleil au centre. Cependant, Kepler n’a pas réussi à formuler une théorie derrière les lois qu’il a écrites. C'est à l'invention de la dynamique céleste et à sa loi de la gravitation que Newton a finalement expliqué les mouvements des planètes. Newton a également développé le télescope à réflexion. Forbes, 1909, pp. 58-64.
L'astronome anglais John Flamsteed a répertorié plus de 3 000 étoiles. D'autres découvertes ont été parallèles aux améliorations apportées à la taille et à la qualité du télescope. Des catalogues d'étoiles plus complets ont été produits par Lacaille. L'astronome William Herschel dressa un catalogue détaillé des nébulosités et des amas et découvrit en 1781 la planète Uranus, la première nouvelle planète découverte. La distance à une étoile a été annoncée pour la première fois en 1838 lorsque la parallaxe de 61 Cygni a été mesurée par Friedrich Bessel.
Au cours des XVIIIe et XIXe siècles, l'attention portée au problème des trois corps par Euler, Clairaut et D'Alembert a conduit à des prédictions plus précises sur les mouvements de la Lune et des planètes. Ce travail a été affiné par Lagrange et Laplace, permettant d'estimer les masses des planètes et des lunes à partir de leurs perturbations.
Des progrès significatifs en astronomie ont été réalisés avec l’introduction de nouvelles technologies, notamment le spectroscope et la photographie. Fraunhofer a découvert environ 600 bandes dans le spectre du Soleil en 1814-1815, que Kirchhoff attribua en 1859 à la présence de différents éléments. Il a été prouvé que les étoiles sont similaires au Soleil terrestre, mais avec une large gamme de températures, de masses et de tailles.
L'existence de la galaxie terrestre, la Voie lactée, en tant que groupe distinct d'étoiles, n'a été prouvée qu'au XXe siècle, de même que l'existence de galaxies « externes », et peu après, l'expansion de l'Univers, observée dans la récession. de la plupart des galaxies de nous. L'astronomie moderne a également découvert de nombreux objets exotiques tels que des quasars, des pulsars, des blazars et des radiogalaxies, et a utilisé ces observations pour développer des théories physiques décrivant certains de ces objets en termes d'objets tout aussi exotiques tels que des trous noirs et des étoiles à neutrons. La cosmologie physique a fait d'énormes progrès au cours du XXe siècle, le modèle du Big Bang étant fortement étayé par les preuves fournies par l'astronomie et la physique, telles que le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes, la loi de Hubble et l'abondance cosmologique des éléments. Les télescopes spatiaux ont permis des mesures dans des parties du spectre électromagnétique normalement bloquées ou floues par l'atmosphère. Récemment, en février 2016, il a été révélé que le projet LIGO avait détecté des preuves d'ondes gravitationnelles en septembre 2015.
Astronomie d'observation
En astronomie, la principale source d’informations sur les corps célestes et autres objets est la lumière visible ou plus généralement le rayonnement électromagnétique. L'astronomie d'observation peut être divisée en fonction de la région observée du spectre électromagnétique. Certaines parties du spectre peuvent être observées depuis la surface de la Terre, tandis que d'autres parties ne sont observables qu'à haute altitude ou en dehors de l'atmosphère terrestre. Des informations spécifiques sur ces sous-champs sont données ci-dessous.
Radioastronomie
La radioastronomie étudie les rayonnements dont les longueurs d'onde sont supérieures à environ un millimètre. La radioastronomie est différente de la plupart des autres formes d'astronomie d'observation dans la mesure où les ondes radio observées peuvent être traitées comme des ondes plutôt que comme des photons discrets. Par conséquent, il est relativement plus facile de mesurer à la fois l’amplitude et la phase des ondes radio, alors que cela n’est pas aussi facile à faire à des longueurs d’onde plus courtes.
Bien que certaines ondes radio soient produites par des objets astronomiques sous forme d'émission thermique, la plupart des émissions radio observées depuis la Terre sont le résultat d'un rayonnement synchrotron, produit lorsque des électrons orbitent autour de champs magnétiques. De plus, un certain nombre de raies spectrales produites par le gaz interstellaire, notamment la raie spectrale de l'hydrogène à 21 cm, sont observables aux longueurs d'onde radio.
Une grande variété d’objets sont observables aux longueurs d’onde radio, notamment les supernovae, les gaz interstellaires, les pulsars et les noyaux galactiques actifs.
Astronomie infrarouge
L'astronomie infrarouge est fondée sur la détection et l'analyse du rayonnement infrarouge (longueurs d'onde plus longues que la lumière rouge). Le spectre infrarouge est utile pour étudier les objets trop froids pour émettre de la lumière visible, comme les planètes, les disques circumstellaires ou les nébuleuses dont la lumière est bloquée par la poussière. Des longueurs d’onde infrarouges plus longues peuvent pénétrer dans les nuages ​​de poussière qui bloquent la lumière visible, permettant ainsi l’observation de jeunes étoiles dans les nuages ​​moléculaires et au cœur des galaxies. Les observations du Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) ont été particulièrement efficaces pour dévoiler de nombreuses protoétoiles galactiques et leurs amas d'étoiles hôtes. Majaess, D. (2013). [http://adsabs.harvard.edu/abs/2013Ap%26SS.344..175M Découverte des protoétoiles et de leurs clusters hôtes via WISE], ApSS, 344, 1 ([http://vizier.u-strasbg.fr/ viz-bin/ViziR?-source=J%2Fother%2FApSS%2F344%2E175 Catalogue VizieR])
À l’exception des longueurs d’onde proches de la lumière visible, le rayonnement infrarouge est fortement absorbé par l’atmosphère, ou masqué, car l’atmosphère elle-même produit une émission infrarouge importante. Les observatoires infrarouges doivent donc être situés dans des endroits élevés et secs ou dans l'espace. Certaines molécules rayonnent fortement dans l’infrarouge. Cela permet l'étude de la chimie de l'espace ; plus précisément, il peut détecter l'eau dans les comètes.
Astronomie optique
Historiquement, l’astronomie optique, également appelée astronomie à la lumière visible, est la forme d’astronomie la plus ancienne. Les images optiques des observations étaient à l’origine dessinées à la main. À la fin du XIXe siècle et pendant la majeure partie du XXe siècle, les images étaient réalisées à l’aide de matériel photographique. Les images modernes sont réalisées à l'aide de détecteurs numériques, en particulier de détecteurs utilisant des dispositifs à couplage de charge (CCD) et enregistrées sur un support moderne. Bien que la lumière visible elle-même s'étende d'environ 4 000 Å à 7 000 Å (400 nm à 700 nm), ce même équipement peut être utilisé pour observer certains rayonnements proches de l'ultraviolet et du proche infrarouge.
Astronomie ultraviolette
L'astronomie ultraviolette fait référence aux observations à des longueurs d'onde ultraviolettes comprises entre environ 100 et 3 200 Å (10 à 320 nm). La lumière à ces longueurs d'onde est absorbée par l'atmosphère terrestre, les observations à ces longueurs d'onde doivent donc être effectuées depuis la haute atmosphère ou depuis l'espace. L'astronomie ultraviolette est la mieux adaptée à l'étude du rayonnement thermique et des raies d'émission spectrales des étoiles bleues chaudes (étoiles OB) très brillantes dans cette bande d'ondes. Cela inclut les étoiles bleues d’autres galaxies, qui ont été la cible de plusieurs études ultraviolettes. D'autres objets couramment observés dans la lumière ultraviolette comprennent les nébuleuses planétaires, les restes de supernova et les noyaux galactiques actifs. Cependant, comme la lumière ultraviolette est facilement absorbée par la poussière interstellaire, un ajustement approprié des mesures ultraviolettes est nécessaire.
Astronomie aux rayons X
L'astronomie aux rayons X est l'étude des objets astronomiques aux longueurs d'onde des rayons X. Généralement, le rayonnement X est produit par une émission synchrotron (résultat d'électrons en orbite autour des lignes de champ magnétique), une émission thermique de gaz minces au-dessus de 107 (10 millions) kelvins et une émission thermique de gaz épais au-dessus de 107 kelvins. Étant donné que les rayons X sont absorbés par l'atmosphère terrestre, toutes les observations de rayons X doivent être effectuées à partir de ballons, de fusées ou d'engins spatiaux à haute altitude. Les sources de rayons X notables comprennent les rayons X binaires, les pulsars, les restes de supernova, les galaxies elliptiques, les amas de galaxies et les noyaux galactiques actifs.
Astronomie gamma
L'astronomie des rayons gamma est l'étude des objets astronomiques aux longueurs d'onde les plus courtes du spectre électromagnétique. Les rayons gamma peuvent être observés directement par des satellites tels que le Compton Gamma Ray Observatory ou par des télescopes spécialisés appelés télescopes atmosphériques Cherenkov. Les télescopes Cherenkov ne détectent pas directement les rayons gamma, mais détectent plutôt les éclairs de lumière visible produits lorsque les rayons gamma sont absorbés par l'atmosphère terrestre.
La plupart des sources émettant des rayons gamma sont en réalité des sursauts gamma, des objets qui ne produisent un rayonnement gamma que pendant quelques millisecondes à des milliers de secondes avant de disparaître. Seulement 10 % des sources de rayons gamma sont des sources non transitoires. Ces émetteurs de rayons gamma stables comprennent des pulsars, des étoiles à neutrons et des candidats trous noirs tels que les noyaux galactiques actifs.
Champs non basés sur le spectre électromagnétique
Outre le rayonnement électromagnétique, quelques autres événements provenant de grandes distances peuvent être observés depuis la Terre.
En astronomie des neutrinos, les astronomes utilisent des installations souterraines fortement protégées telles que SAGE, GALLEX et Kamioka II/III pour la détection des neutrinos. La grande majorité des neutrinos qui traversent la Terre proviennent du Soleil, mais 24 neutrinos ont également été détectés lors de la supernova 1987A. Les rayons cosmiques, constitués de particules de très haute énergie qui peuvent se désintégrer ou être absorbées lorsqu'elles pénètrent dans l'atmosphère terrestre, génèrent une cascade de particules qui peuvent être détectées par les observatoires actuels. De plus, certains futurs détecteurs de neutrinos pourraient également être sensibles aux particules produites lorsque les rayons cosmiques frappent l'atmosphère terrestre.
L'astronomie des ondes gravitationnelles est un nouveau domaine émergent de l'astronomie qui vise à utiliser des détecteurs d'ondes gravitationnelles pour collecter des données d'observation sur des objets compacts. Quelques observatoires ont été construits, comme l'Observatoire gravitationnel à interféromètre laser LIGO. LIGO a effectué sa première détection le 14 septembre 2015, en observant les ondes gravitationnelles d'un trou noir binaire. Une deuxième onde gravitationnelle a été détectée le 26 décembre 2015 et des observations supplémentaires devraient se poursuivre mais les ondes gravitationnelles sont extrêmement difficiles à détecter.
La combinaison d'observations réalisées à l'aide de rayonnements électromagnétiques, de neutrinos ou d'ondes gravitationnelles avec celles réalisées par d'autres moyens, qui doivent donner des informations complémentaires, est connue sous le nom d'astronomie multi-messagers.
Astrométrie et mécanique céleste
L’un des domaines les plus anciens de l’astronomie, et de toute la science, est la mesure de la position des objets célestes. Historiquement, une connaissance précise des positions du Soleil, de la Lune, des planètes et des étoiles a été essentielle dans la navigation céleste (utilisation d'objets célestes pour guider la navigation) et dans l'élaboration de calendriers.
Une mesure minutieuse des positions des planètes a conduit à une solide compréhension des perturbations gravitationnelles et à la capacité de déterminer les positions passées et futures des planètes avec une grande précision, un domaine connu sous le nom de mécanique céleste. Plus récemment, le suivi d'objets géocroiseurs permettra de prédire les rencontres rapprochées et les collisions potentielles avec la Terre.
La mesure de la parallaxe stellaire des étoiles proches fournit une référence fondamentale dans l’échelle des distances cosmiques utilisée pour mesurer l’échelle de l’Univers. Les mesures de parallaxe des étoiles proches fournissent une référence absolue pour les propriétés des étoiles plus éloignées, car leurs propriétés peuvent être comparées. Les mesures de la vitesse radiale et du mouvement propre tracent le mouvement de ces systèmes à travers la Voie lactée. Les résultats astrométriques servent de base au calcul de la répartition de la matière noire dans la galaxie.
Au cours des années 1990, la mesure de l’oscillation des étoiles proches a été utilisée pour détecter de grandes planètes extrasolaires en orbite autour d’étoiles proches.
Astronomie théorique
Les astronomes théoriques utilisent plusieurs outils, notamment des modèles analytiques (par exemple, des polytropes pour se rapprocher du comportement d'une étoile) et des simulations numériques. Chacun présente certains avantages. Les modèles analytiques d’un processus sont généralement plus efficaces pour donner un aperçu du cœur de ce qui se passe. Les modèles numériques révèlent l’existence de phénomènes et d’effets autrement inobservés.
Les théoriciens de l'astronomie s'efforcent de créer des modèles théoriques et, à partir des résultats, de prédire les conséquences observationnelles de ces modèles. L'observation d'un phénomène prédit par un modèle permet aux astronomes de choisir entre plusieurs modèles alternatifs ou contradictoires.
Les théoriciens tentent également de générer ou de modifier des modèles pour prendre en compte de nouvelles données. En cas d'incohérence, la tendance générale est d'essayer d'apporter des modifications minimes au modèle afin qu'il produise des résultats adaptés aux données. Dans certains cas, une grande quantité de données incohérentes au fil du temps peut conduire à l’abandon total d’un modèle.
Les sujets étudiés par les astronomes théoriciens comprennent : la dynamique et l'évolution stellaires ; formation de galaxies ; structure à grande échelle de la matière dans l'Univers ; origine des rayons cosmiques ; relativité générale et cosmologie physique, y compris la cosmologie des cordes et la physique des astroparticules. La relativité astrophysique sert d'outil pour évaluer les propriétés des structures à grande échelle pour lesquelles la gravitation joue un rôle important dans les phénomènes physiques étudiés et sert de base à la (astro)physique des trous noirs et à l'étude des ondes gravitationnelles.
Certaines théories et modèles largement acceptés et étudiés en astronomie, désormais inclus dans le modèle Lambda-CDM, sont le Big Bang, l'inflation cosmique, la matière noire et les théories fondamentales de la physique.
Quelques exemples de ce processus :
La matière noire et l'énergie noire sont les sujets phares actuels de l'astronomie, car leur découverte et leur controverse sont nées lors de l'étude des galaxies.
Sous-champs spécifiques
Astronomie solaire
À une distance d'environ huit minutes-lumière, l'étoile la plus fréquemment étudiée est le Soleil, une étoile naine typique de la séquence principale de la classe stellaire G2 V, âgée d'environ 4,6 milliards d'années (Gyr). Le Soleil n’est pas considéré comme une étoile variable, mais il subit des changements périodiques d’activité appelés cycle des taches solaires. Il s’agit d’une fluctuation du nombre de taches solaires sur 11 ans. Les taches solaires sont des régions où les températures sont inférieures à la moyenne et qui sont associées à une activité magnétique intense.
La luminosité du Soleil a augmenté régulièrement au cours de sa vie, augmentant de 40 % depuis qu'il est devenu une étoile de la séquence principale. Le Soleil a également subi des changements périodiques de luminosité qui peuvent avoir un impact significatif sur la Terre. Le minimum de Maunder, par exemple, serait à l’origine du phénomène du Petit Âge Glaciaire au Moyen Âge.
La surface extérieure visible du Soleil s’appelle la photosphère. Au-dessus de cette couche se trouve une fine région appelée chromosphère. Celle-ci est entourée d'une région de transition où les températures augmentent rapidement et, enfin, d'une couronne surchauffée.
Au centre du Soleil se trouve la région centrale, un volume de température et de pression suffisantes pour que la fusion nucléaire se produise. Au-dessus du noyau se trouve la zone de rayonnement, où le plasma transporte le flux d'énergie par rayonnement. Au-dessus se trouvent les couches externes qui forment une zone de convection où le matériau gazeux transporte l'énergie principalement par déplacement physique du gaz. On pense que cette zone de convection crée l’activité magnétique qui génère les taches solaires.
Un vent solaire de particules de plasma s'échappe constamment du Soleil jusqu'à ce que, à la limite la plus externe du système solaire, il atteigne l'héliopause. Ce vent solaire interagit avec la magnétosphère terrestre pour créer les ceintures de rayonnement de Van Allen autour de la Terre, ainsi que les aurores boréales où les lignes du champ magnétique terrestre descendent dans l'atmosphère.
Sciences planétaires
La science planétaire est l'étude de l'assemblage des planètes, des lunes, des planètes naines, des comètes, des astéroïdes et d'autres corps en orbite autour du Soleil, ainsi que des planètes extrasolaires. Le système solaire a été relativement bien étudié, d’abord grâce à des télescopes, puis plus tard par des engins spatiaux. Cela a permis une bonne compréhension globale de la formation et de l’évolution de ce système planétaire, même si de nombreuses nouvelles découvertes sont encore en cours.
Le système solaire est subdivisé en planètes intérieures, ceinture d'astéroïdes et planètes extérieures. Les planètes terrestres intérieures comprennent Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Les planètes géantes gazeuses extérieures sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Au-delà de Neptune se trouve la ceinture de Kuiper et enfin le nuage d'Oort, qui peut s'étendre jusqu'à une année-lumière.
Les planètes se sont formées dans le disque protoplanétaire qui entourait le Soleil primitif. Grâce à un processus comprenant une attraction gravitationnelle, une collision et une accrétion, le disque a formé des amas de matière qui, avec le temps, sont devenus des protoplanètes. La pression de rayonnement du vent solaire a ensuite expulsé la majeure partie de la matière non accrétée, et seules les planètes ayant une masse suffisante ont conservé leur atmosphère gazeuse. Les planètes ont continué à balayer, ou à éjecter, la matière restante pendant une période de bombardement intense, comme en témoignent les nombreux cratères d'impact sur la Lune. Au cours de cette période, certaines protoplanètes pourraient être entrées en collision, ce qui constitue l'hypothèse principale sur la formation de la Lune.
Une fois qu'une planète atteint une masse suffisante, les matériaux de densités différentes se séparent à l'intérieur, lors de la différenciation planétaire. Ce processus peut former un noyau pierreux ou métallique, entouré d'un manteau et d'une surface externe. Le noyau peut comprendre des régions solides et liquides, et certains noyaux planétaires génèrent leur propre champ magnétique, ce qui peut protéger leur atmosphère du vent solaire.
La chaleur intérieure d'une planète ou d'une lune est produite à partir des collisions qui ont créé le corps, des matières radioactives (par exemple l'uranium, le thorium et 26Al) ou du chauffage des marées. Certaines planètes et lunes accumulent suffisamment de chaleur pour alimenter des processus géologiques tels que le volcanisme et la tectonique. Ceux qui accumulent ou retiennent une atmosphère peuvent également subir une érosion de surface due au vent ou à l'eau. Les corps plus petits, sans chauffage par marée, se refroidissent plus rapidement ; et leur activité géologique cesse à l'exception des cratères d'impact.
Astronomie stellaire
L'étude des étoiles et de leur évolution est fondamentale pour notre compréhension de l'Univers. L'astrophysique des étoiles a été déterminée par l'observation et la compréhension théorique ; et à partir de simulations informatiques de l'intérieur.Harpaz, 1994, pp. 7-18. La formation d'étoiles se produit dans des régions denses de poussière et de gaz, connues sous le nom de nuages ​​​​moléculaires géants. Lorsqu’ils sont déstabilisés, les fragments de nuages ​​peuvent s’effondrer sous l’influence de la gravité pour former une protoétoile. Une région centrale suffisamment dense et chaude déclenchera la fusion nucléaire, créant ainsi une étoile de la séquence principale.
Presque tous les éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium ont été créés à l’intérieur du noyau des étoiles.
Les caractéristiques de l’étoile résultante dépendent principalement de sa masse de départ. Plus l’étoile est massive, plus sa luminosité est grande et plus elle dépense rapidement l’hydrogène contenu dans son noyau. Au fil du temps, ce carburant hydrogène est complètement converti en hélium et l’étoile commence à évoluer. La fusion de l’hélium nécessite une température centrale plus élevée, de sorte que l’étoile augmente en taille et en densité centrale. La géante rouge qui en résulte jouit d’une brève durée de vie, avant que l’hélium ne soit à son tour consommé. Les étoiles très massives peuvent également subir une série de phases d'évolution décroissantes, à mesure qu'elles fusionnent des éléments de plus en plus lourds. Harpaz, 1994
Le sort final de l'étoile dépend de sa masse, les étoiles de masse supérieure à environ huit fois celle du Soleil devenant des supernovae à effondrement du noyau ; tandis que les étoiles plus petites forment une naine blanche en éjectant de la matière qui forme une nébuleuse planétaire. Le reste d’une supernova est une étoile à neutrons dense ou, si la masse stellaire était au moins trois fois supérieure à celle du Soleil, un trou noir. Les étoiles binaires proches peuvent suivre des chemins évolutifs plus complexes, tels que le transfert de masse sur une compagne naine blanche qui peut potentiellement provoquer une supernova. Les nébuleuses planétaires et les supernovae sont nécessaires à la distribution des métaux dans le milieu interstellaire ; sans eux, toutes les nouvelles étoiles (et leurs systèmes planétaires) seraient formées uniquement à partir d’hydrogène et d’hélium.
Astronomie galactique
Notre système solaire orbite au sein de la Voie Lactée, une galaxie spirale barrée qui est un membre éminent du groupe local de galaxies. Il s’agit d’une masse en rotation de gaz, de poussières, d’étoiles et d’autres objets, maintenus ensemble par une attraction gravitationnelle mutuelle. Comme la Terre est située à l’intérieur des bras extérieurs poussiéreux, de grandes parties de la Voie lactée sont masquées.
Au centre de la Voie Lactée se trouve le noyau, un renflement en forme de barre avec ce que l'on pense être un trou noir supermassif au centre. Celui-ci est entouré de quatre bras principaux qui partent en spirale du noyau. Il s’agit d’une région de formation d’étoiles active qui contient de nombreuses étoiles plus jeunes de population I. Le disque est entouré d'un halo sphéroïde d'étoiles plus anciennes de population II, ainsi que de concentrations relativement denses d'étoiles connues sous le nom d'amas globulaires.
Entre les étoiles se trouve le milieu interstellaire, une région de matière clairsemée. Dans les régions les plus denses, des nuages ​​moléculaires d’hydrogène moléculaire et d’autres éléments créent des régions de formation d’étoiles. Celles-ci commencent sous la forme d'un noyau préstellaire compact ou de nébuleuses sombres, qui se concentrent et s'effondrent (dans des volumes déterminés par la longueur de Jeans) pour former des protoétoiles compactes.
À mesure que les étoiles les plus massives apparaissent, elles transforment le nuage en une région H II (hydrogène atomique ionisé) de gaz et de plasma incandescents. Le vent stellaire et les explosions de supernova de ces étoiles finissent par provoquer la dispersion du nuage, laissant souvent derrière lui un ou plusieurs jeunes amas d'étoiles ouverts. Ces amas se dispersent progressivement, et les étoiles rejoignent la population de la Voie Lactée.
Des études cinématiques de la matière dans la Voie lactée et dans d'autres galaxies ont démontré qu'il y a plus de masse que ce que peut expliquer la matière visible. Un halo de matière noire semble dominer la masse, même si la nature de cette matière noire reste indéterminée.
Astronomie extragalactique
L'étude des objets en dehors de notre galaxie est une branche de l'astronomie concernée par la formation et l'évolution des galaxies ; leur morphologie (description) et leur classification ; et l'observation des galaxies actives et, à plus grande échelle, des groupes et amas de galaxies. Enfin, cette dernière est importante pour la compréhension de la structure à grande échelle du cosmos.
La plupart des galaxies sont organisées en formes distinctes qui permettent des schémas de classification. Elles sont communément divisées en galaxies spirales, elliptiques et irrégulières.
Comme son nom l’indique, une galaxie elliptique a la forme transversale d’une ellipse. Les étoiles se déplacent sur des orbites aléatoires sans direction privilégiée. Ces galaxies contiennent peu ou pas de poussière interstellaire ; quelques régions de formation d'étoiles ; et généralement des étoiles plus âgées. Les galaxies elliptiques se trouvent plus souvent au cœur des amas galactiques et peuvent avoir été formées par la fusion de grandes galaxies.
Une galaxie spirale est organisée en un disque plat et rotatif, généralement avec un renflement ou une barre proéminente au centre, et des bras brillants qui traînent en spirale vers l'extérieur. Les bras sont des régions poussiéreuses de formation d’étoiles où les jeunes étoiles massives produisent une teinte bleue. Les galaxies spirales sont généralement entourées d’un halo d’étoiles plus anciennes. La Voie lactée et notre galaxie voisine la plus proche, la galaxie d'Andromède, sont des galaxies spirales.
Les galaxies irrégulières ont une apparence chaotique et ne sont ni spirales ni elliptiques. Environ un quart de toutes les galaxies sont irrégulières et les formes particulières de ces galaxies pourraient être le résultat d’une interaction gravitationnelle.
Une galaxie active est une formation qui émet une quantité importante de son énergie à partir d’une source autre que ses étoiles, ses poussières et ses gaz. Il est alimenté par une région compacte au cœur, considérée comme un trou noir supermassif qui émet un rayonnement provenant de matériaux tombant vers l'intérieur.
Une galaxie radio est une galaxie active très lumineuse dans la partie radio du spectre et qui émet d'immenses panaches ou lobes de gaz. Les galaxies actives qui émettent des rayonnements de fréquence plus courte et de haute énergie comprennent les galaxies Seyfert, les Quasars et les Blazars. On pense que les quasars sont les objets lumineux les plus constants de l’univers connu.
La structure à grande échelle du cosmos est représentée par des groupes et des amas de galaxies. Cette structure est organisée en une hiérarchie de regroupements, le plus important étant les supergrappes. La matière collective se forme en filaments et en parois, laissant entre eux de grands vides.
Cosmologie
La cosmologie (du grec κόσμος (kosmos) « monde, univers » et λόγος (logos) « mot, étude » ou littéralement « logique ») pourrait être considérée comme l'étude de l'Univers dans son ensemble.
Observations de la structure à grande échelle de l'Univers, une branche connue sous le nom de cosmologie physique