2015 déclarée Année Internationale de la Lumière |
| Année Internationale de la Lumière | | | | Catégorie : lumière et photon
Mise à jour 24 janvier 2015 | L'année 2015 a été déclarée Année internationale de la Lumière (AIL) par les Nations Unies.
2015 va donc célébrer la lumière, et l'astronomie est une science essentiellement basée sur l'observation de la lumière sous toutes ses formes.
Pour répondre aux grandes interrogations scientifiques dans le domaine de l'astrophysique, depuis un siècle l'humanité investit des milliards de dollars dans des télescopes de plus en plus puissants. La raison principale de cet investissement est de capter toutes informations qui pourraient nous permettre de comprendre l'histoire de l'Univers et donc indirectement notre propre histoire.
Depuis les années 1990, les plus belles images de l'univers dans le domaine visible, proviennent du télescope spatial Hubble (HST). Hubble Space Telescope est un télescope en orbite à 560 km d'altitude et il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Hubble est capable d'observer durant de longues pauses, le fond de l'Univers. C'est une "machine à remonter le temps" qui permet aux astronomes de voir des galaxies comme elles étaient il y a 13 milliards d'années, juste 600 millions à 800 millions d'années après le Big Bang.
Depuis d'autres télescopes sont venus compléter les observations de la lumière dans d'autres domaines de la gamme électromagnétique.
Depuis 1999, le télescope Chandra, l'Observatoire de rayons X, explore l'Univers dans les hautes énergies de la lumière. Chandra est placé sur une orbite haute et elliptique de 16 000 à 133 000 km qui permet de longues périodes d'observation continues dans le domaine des rayons X.
| | Dans le domaine infrarouge c'est le Télescope spatial Spitzer qui récolte la lumière depuis 2003. Spitzer observe principalement la composition chimiques de l'univers. Il est spécialisé dans la formation et l'évolution des galaxies primitives, la genèse des étoiles et des planètes. Ces informations masquées par la poussière des nébuleuses, sont visibles dans l'infrarouge. Placé sur une orbite héliocentrique parallèle à celle de la Terre, il fait le tour du Soleil en 372 jours.
Tous les télescopes qui vont succéder à ces trois géants seront adaptés à l'observation d'un domaine spécifique du spectre électromagnétique, c'est-à-dire à différentes longueurs d'onde de la lumière. En effet, les images combinées des grands observatoires aux caractéristiques complémentaires montrent une autre facette des objets cosmiques. Une autre façon de voir l'Univers car toutes les informations sur l'univers nous sont communiquées par la lumière.
2015 nous dévoilera notre histoire, toujours mystérieuse, mais de plus en plus lumineuse car la matière et la lumière sont intensément couplées...
nota : Entre la longueur d'onde (λ) et la fréquence (ν) existe la relation suivante : ν = c / λ
ν = fréquence d'onde en hertz
c = vitesse de la lumière dans le vide en m/s
λ = longueur d'onde en mètre | |  Image : Dans cette image, nous observons une bulle de débris en expansion appelée SNR 0519-69.0. Cette étoile massive a explosé dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie satellite de la Voie Lactée. Ces débris d'étoile sont du gaz à très haute température, plusieurs millions de degrés, observable (en bleu) dans les rayons X grâce à Chandra. Le bord extérieur de l'explosion (rouge) et les étoiles dans le champ de vision sont vus dans la lumière visible par le télescope spatial Hubble. Crédit: NASA. | Naissance de la Lumière | | | | | Notre Univers est vieux de 13,7 milliards d'années, si la lumière existe depuis le commencement, elle ne se propage pas depuis la "naissance de l'Univers".
Au début, le système tout entier est dans un état que les mathématiciens appellent une « singularité ». Dans cette singularité, certaines grandeurs physiques telles que la densité ou la température sont infinies. Le tout est dans un état purement théorique, c'est pourtant le début de notre histoire, celle de la lumière.
Très tôt la première force, la force nucléaire forte va assembler les quarks, 3 par 3 pour donner les protons et les neutrons et former les noyaux d’hydrogène.
A une certaine densité et une certaine température (≈3000 K), les photons obtiennent une complète liberté. Lorsque l'Univers s'est suffisamment étendu, l'espace entre chaque particule de matière (proton et électron) est suffisant pour que la lumière s'en échappe. La lumière qui apparait alors, va pouvoir voyager avec l'espace inflationnaire.
L'Univers n'est plus opaque mais transparent.
380 000 ans après le commencement, l'ère matérielle apparait avec la force électromagnétique, celle qui construit les premiers atomes d’hydrogène et d’hélium.
| | L'Univers toujours en expansion et en refroidissement voit la force gravitationnelle regrouper les atomes en structures de plus en plus complexes. C’est la naissance des galaxies qui dans leurs cœurs abritent les stars du ciel, les étoiles que nous voyons évoluer depuis 13 milliards d’années.
Dans les étoiles, les protons fusionnent pour former des noyaux de deutérium selon des processus liés aux interactions faibles, la force nucléaire faible.
Ces noyaux de matière servent ensuite à l'édification de la pyramide des noyaux plus massifs (hélium 3, hélium 4, lithium, béryllium, bore, carbone,...).
L'énergie dégagée est emportée à 98% sous forme d'énergie lumineuse par les photons. C'est cette information de la lumière que nous captons aujourd'hui et qui nous permet de reconstituer notre histoire.
La lumière a donné naissance à la matière et à l'antimatière et lorsque la matière et l'antimatière se rencontrent, elles restituent la lumière qui les a créé.
Lumière et information sont liées alors 2015 sera l'Année Internationale de la Lumière et de l'Information. | |  Image : Les premières lueurs de l'univers observable vues par la mission Planck (mars 2013). Cette image représente les traces des premiers instants de la création environ 380 000 ans après le Big Bang. Crédit image: ESA et Planck collaboration. |
La force électromagnétique, bien supérieure à la force de gravité, n'agit que sur les particules chargées, soit positivement comme les protons, soit négativement comme les électrons. Elle forme les atomes en
attachant les électrons aux noyaux, mais elle ne s'arrête pas là. Elle soude les atomes en les obligeant à partager leurs électrons pour former les molécules. Elle pousse encore les molécules
à se combiner à leur tour en de longues chaines, la plus haute expression de ces chaines est l'ADN qui permet la vie.
La force la force nucléaire forte est celle qui cimente les nucléons dans les noyaux. C’est elle aussi qui associe les quarks 3 par 3 à l'intérieur des nucléons et donne naissance à l'énergie
nucléaire. 1 gramme de carburant nucléaire = 1 tonne de dynamite. Elle agit sur une distance de 10e-13 cm, elle est 100 fois plus forte que la force électromagnétique et n'agit que sur des particules
massives comme le proton et le neutron d'un poids de 10e-24 grammes. La masse d'un proton est égale à 1836 fois la masse de l'électron.
La force nucléaire faible est celle qui permet aux neutrons de se transformer en protons et vice versa quand les conditions sont réunies. Elle n'agit pas sur les particules immortelles comme l'électron,
le photon et le neutrino. Bien que plus forte que la gravité, elle est 1000 fois plus faible que la force électromagnétique. Elle n'a d'influence que sur une distance de 10-16 cm. C’est en 1896, par
hasard que le physicien français Henri Becquerel découvrit ce processus de désintégration, sur une plaque photographique.
La force gravitationnelle a été découverte au XVII siècle par Newton, cette force attractive agit sur toutes masses. La plus faible des quatre forces de la nature, mais aussi celle qui a la plus grande
portée, elle agit sur l'ensemble de l'univers, elle est la colle du cosmos. L'intensité ce cette force dépend de la masse de l'objet. Ce n'est qu'à l'échelle astronomique
que la gravité se fait vraiment sentir, dans d'énormes masses comme celle de la Terre (6x10e27 grammes), du Soleil (10e33 grammes), d'une galaxie (10e44 grammes), d'un amas de galaxies
(10e47 grammes) ou de l'univers tout entier.
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