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"Astronomie"   [Référence principale du cours], M.Marc Fouchard / Observatoire de Lille / Laboratoire d’Astronomie de Lille
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Introduction

 L’astronomie et l’astrophysique consistent en l’´etude des diff´erents objets et ph´enom`enes observ´es dans le ciel. Avec le simple outil d’observation qu’est notre œil, d`es l’antiquit´e l’homme avait acc`es `a de nombreuses informations :

´eclat et direction des ´etoiles, mouvement des plan`etes, ´eclipses de Soleil et de Lune, m´et´eores, passage de com`ete, etc. L’´etude de ces objets et en particulier de leur mouvement a conduit au d´eveloppement de m´ethodes math´ematiques adapt´ees `a l’astronomie, jusqu’`a constituer apr`es Newton, un domaine entier : la m´ecanique c´eleste.

Depuis  moins  de  2  si`ecles  (av`enement  de  la  spectrographie  au  XIX`eme si`ecle),  les  d´eveloppements  des  techniques  d’observation  et  la  cr´eation  de nouveaux outils, ont permis l’´emergence de l’astrophysique, extension de l’as- tronomie au domaine de la physique. De nos jours pratiquement toutes les sp´ecialit´es  de  la  physique,  de  la  chimie,  de  la  biologie  trouvent  des  appli- cations en astronomie. Ainsi sous les mots astronomie ou astrophysique se cachent de nombreuses sp´ecialit´es : m´ecanique c´eleste, plan´etologie, astrobi- ologie, cosmologie, pour ne citer que les principales.

Toutes ces connaissances ont montr´e que le ciel ´etait rempli d’une vari´et´e d’objets consid´erable : de poussi`ere microm´etrique ou de gaz (activit´e com´e- taire, n´ebuleuse, etc) pour les plus petits, jusqu’aux galaxies dont le diam`etre est de l’ordre de 30 kpc (de l’ordre de 10²¹ km), pour les plus grands. D’autre part la distance `a laquelle se trouve ces objets peut aller de quelques centaines de kilom`etres (les ´etoiles filantes), `a 3 Gpc (de l’ordre de 10²⁶   km) pour les plus lointains (les quasars).

Les  ´echelles  de  longueur  que  l’on  retrouve  en  astronomie  sont  donn´ees dans la figure 1, avec en correspondance les unit´es de distance habituellement utilis´ees `a ces ´echelles.

En revanche la composition de l’univers est beaucoup plus uniforme, puisqu’il  est  constitu´e  `a  74,41%  d’hydrog`ene  (proportion  massique).  Les autres  principaux  constituant  ´etant  :  l’H´elium  (13,81  %),  l’Oxyg`ene  (0,83

%), le Carbone (0,35 %), le Fer, l’ Azote, le N´eon, etc.

L’objet de ce cours est de d´ecrire les connaissances obtenues jusqu’`a nos

jours sur les diff´erents objets et structures de l’univers, tout en essayant, dans la mesure  du possible,  de  pr´esenter  les  diff´erentes  m´ethodes  qui  ont permis d’obtenir ces connaissances.

En  effet,  ce  qui  caract´erise  l’astronomie  en  g´en´erale  est  bien  le  fait  que les  objets  ´etudi´es  sont  inatteignables  (mise  `a  part  quelques  missions  spa- tiales). Ainsi toutes nos connaissances d´erivent de l’information qu’on arrive

`a soustraire de la lumi`ere nous provenant de ces objets.

Apr`es  une br`eve  pr´esentation  des instruments  utilis´es  de nos jours pour capter et analyser cette lumi`ere, le premier chapitre (Chap. 1) de ce cours se consacre `a la description des informations “cach´ees”  dans la lumi`ere, ou de mani`ere plus pr´ecise, dans le rayonnement ´electromagn´etique. Il ne s’agit pas ici d’un cours sur le rayonnement mais de donner quelques notions sur les propri´et´es ´el´ementaires de celui-ci : propagation, spectres, corps noir, atome de Bohr, effet Doppler-Fizeau.

Une fois ces notions introduites, le voyage dans notre univers peut com- mencer,  en  partant  de  l’´etoile  la  plus  proche  :  le  Soleil.  Sa  structure,  ses caract´eristiques,  son  fonctionnement  sont  d´ecrits  dans  le  chapitre  2.  L’en- vironnement proche du Soleil, ou plus exactement son domaine d’influence, appel´e le syst`eme solaire, fait l’objet du chapitre 3. Dans ce chapitre les car- act´eristiques principales de chaque plan`ete du syst`eme solaire sont pr´esent´ees ainsi que leur environnement. Les autres structures du syst`eme solaire, comme la ceinture d’ast´ero¨ıdes, la ceinture de Kuiper et le nuage de Oort, y sont aussi d´ecrites.

La  distinction  entre  les ´etoiles  et  les  plan`etes  remonte  `a  l’antiquit´e.  En effet une observation attentive du ciel la nuit permet rapidement de voir que  les  plan`etes  du  syst`eme  solaire  sont  les  seuls  points  lumineux  qui  se d´eplacent par rapport aux autres points lumineux que sont les ´etoiles. De plus ces d´eplacements  correspondent `a des mouvements  r´eguliers et p´eriodiques. L’´etude et la description de ces mouvements fait l’objet du chapitre 4. On y trouvera entre autre les premi`eres notions de m´ecanique c´eleste que forment les fameuses lois de Kepler.

Les  ´etoiles,  leur  classement,  leur  activit´e  et  ´evolution  sont  d´ecrits  dans le chapitre 5. Le chapitre 6 est lui d´edi´e aux grandes structures de l’univers et  `a  leur  ´evolution  :  notre  Galaxie,  les  diff´erents  types  de  galaxies  et  leur organisation, les mod`eles d´evolutions de l’univers.

Il  existe  une  information  fondamentale  en  astronomie  `a  laquelle  on  n’a pas acc`es directement : c’est la distance `a laquelle se trouvent les objets ob- serv´es. Les diff´erentes connaissances sur les objets et structures de l’univers permettent  parfois d’acc´eder  `a cette  troisi`eme  dimension  qui  nous  reste  in- accessible lorsqu’on observe depuis la Terre. Quelques m´ethodes permettant de calculer ces distances sont pr´esent´ees dans le chapitre 7.

Enfin, le cours se termine par deux chapitres consacr´es `a deux domaines de recherche tr`es actifs de nos jours : la formation du syst`eme solaire (chapitre 9) et les plan`etes extrasolaires (chapitre 10)

VOIR L'IMAGE: Echelle de longueurs en astronomie

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