Astronomie

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Une mosaïque géante de Hubble de la nébuleuse du crabe , un vestige de supernova

L'astronomie (du grec : ἀστρονομία , signifiant littéralement la science qui étudie les lois des étoiles) est une science naturelle qui étudie les objets et les phénomènes célestes . Il utilise les mathématiques , la physique et la chimie pour expliquer leur origine et leur évolution . Les objets d'intérêt incluent les planètes , les lunes , les étoiles , les nébuleuses , les galaxies et les comètes . Les phénomènes pertinents comprennent les explosions de supernova ,sursauts gamma , quasars , blazars , pulsars et rayonnement de fond cosmique micro-ondes . Plus généralement, l'astronomie étudie tout ce qui provient de l'extérieur de l'atmosphère terrestre . La cosmologie est une branche de l'astronomie qui étudie l' univers dans son ensemble. [1]

L'astronomie est l'une des plus anciennes sciences naturelles. Les premières civilisations de l' histoire enregistrée ont fait des observations méthodiques du ciel nocturne . Ceux-ci incluent les Babyloniens , les Grecs , les Indiens , les Égyptiens , les Chinois , les Mayas et de nombreux anciens peuples autochtones des Amériques . Dans le passé, l'astronomie comprenait des disciplines aussi diverses que l' astrométrie , la navigation céleste , l' astronomie d'observation et la fabrication de calendriers . De nos jours, on dit souvent que l'astronomie professionnelle est la même chose que l' astrophysique. [2]

L'astronomie professionnelle est divisée en branches d' observation et théoriques . L'astronomie d'observation se concentre sur l'acquisition de données à partir d'observations d'objets astronomiques. Ces données sont ensuite analysées en utilisant les 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. Ces deux domaines se complètent. L'astronomie théorique cherche à expliquer les résultats d'observation et les observations sont utilisées pour confirmer les résultats théoriques.

L'astronomie est l'une des rares sciences dans lesquelles les amateurs jouent un rôle actif . Cela est particulièrement vrai pour la découverte et l'observation d' événements transitoires . Les astronomes amateurs ont contribué à de nombreuses découvertes importantes, telles que la découverte de nouvelles comètes.

Étymologie

19e siècle, Australie (1873)
L'observatoire astronomique de Quito, datant du XIXe siècle , est situé à 12 minutes au sud de l' équateur à Quito , en Équateur . [3]

Astronomie (du grec ἀστρονομία de ἄστρον astron , «star» 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 avec les positions des objets célestes. [4] Bien que les deux domaines partagent une origine commune, ils sont maintenant entièrement distincts. [5]

Utilisation des termes «astronomie» et «astrophysique»

«Astronomie» et «astrophysique» sont des synonymes. [6] [7] [8] Basé sur des définitions strictes du dictionnaire, «astronomie» se réfère à «l'étude des objets et de la matière en dehors de l'atmosphère terrestre et de leurs propriétés physiques et chimiques», [9] tandis que «l'astrophysique» se réfère à la branche de l'astronomie traitant "du comportement, des propriétés physiques et des processus dynamiques des objets et phénomènes célestes". [10] Dans certains cas, comme dans l'introduction du manuel d'introduction The Physical Universe de Frank Shu , "l'astronomie" peut être utilisée pour décrire l'étude qualitative du sujet, alors que "l'astrophysique"est utilisé pour décrire la version orientée physique du sujet. [11]Cependant, comme la plupart des recherches astronomiques modernes traitent de sujets liés à la physique, l'astronomie moderne pourrait en fait être appelée astrophysique. [6] Certains domaines, tels que l'astrométrie, sont purement astronomiques plutôt que l'astrophysique. Différents départements dans lesquels les scientifiques mènent des recherches sur ce sujet peuvent utiliser «l'astronomie» et «l'astrophysique», en partie selon que le département est historiquement affilié à un département de physique [7], et de nombreux astronomes professionnels ont des diplômes de physique plutôt que d'astronomie. [8] Certains titres des principales revues scientifiques dans ce domaine incluent The Astronomical Journal , The Astrophysical Journal etAstronomie et astrophysique .

Histoire

Une carte céleste du XVIIe siècle, par le cartographe néerlandais Frederik de Wit

Les temps anciens

Dans les premiers temps de l'histoire, l'astronomie consistait uniquement en l'observation et les prévisions des mouvements d'objets visibles à l'œil nu. Dans certains endroits, les premières cultures ont assemblé des artefacts massifs qui avaient peut-être un but astronomique. En plus de leurs usages rituels, ces observatoires pourraient être utilisés pour déterminer les saisons, un facteur important pour savoir quand planter des cultures et pour comprendre la durée de l'année. [12]

Avant que des outils tels que le télescope ne soient inventés, les premières études des étoiles ont été menées à l'œil nu. Au fur et à mesure que les civilisations se développaient, notamment en Mésopotamie , en Grèce , en Perse , en Inde , en Chine , en Égypte et en Amérique centrale , des observatoires astronomiques ont été assemblés et des idées sur la nature de l'Univers ont commencé à se développer. La plupart des premières astronomies consistaient à cartographier les positions des étoiles et des planètes, une science maintenant appelée astrométrie.. À partir de ces observations, les premières idées sur les mouvements des planètes se sont formées et la nature du Soleil, de la Lune et de la Terre dans l'Univers a été explorée philosophiquement. On croyait que la Terre était le centre de l'Univers avec le Soleil, la Lune et les étoiles en rotation autour d'elle. Ceci est connu sous le nom de modèle géocentrique de l'Univers, ou système ptolémaïque , du nom de Ptolémée . [13]

Le Suryaprajnaptisūtra, un texte d'astronomie du 6ème siècle avant JC de Jains à la Schoyen Collection, Londres. Ci-dessus: son manuscrit de c.  1500 AD. [14]

Un développement précoce particulièrement important a été le début de l'astronomie mathématique et scientifique, qui a commencé chez les Babyloniens , qui ont jeté les bases des traditions astronomiques ultérieures qui se sont développées dans de nombreuses autres civilisations. [15] Les Babyloniens ont découvert que les éclipses lunaires se reproduisaient dans un cycle répété connu sous le nom de saros . [16]

Cadran solaire équatorial grec , Alexandrie sur l'Oxus , Afghanistan actuel IIIe-IIe siècle av.

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 le départ par la recherche d'une explication rationnelle et physique des phénomènes célestes. [17] Au 3ème siècle avant JC, Aristarque de Samos a estimé la taille et la distance de la Lune et du Soleil et il a proposé un modèle du Système Solaire où la Terre et les planètes tournaient autour du Soleil, maintenant appelé le modèle héliocentrique . [18] Au 2ème siècle avant JC, Hipparque a découvert la précession, a calculé la taille et la distance de la Lune et a inventé les premiers appareils astronomiques connus tels que l' astrolabe . [19] Hipparque a également créé un catalogue complet de 1020 étoiles et la plupart des constellations de l'hémisphère nord dérivent de l'astronomie grecque. [20] Le mécanisme d'Antikythera (vers 150–80 avant JC) était un ordinateur analogique précoce conçu pour calculer l'emplacement du Soleil , de la Lune et des planètes pour une date donnée. Les artefacts technologiques d'une complexité similaire ne réapparurent qu'au XIVe siècle, lorsque les horloges astronomiques mécaniques sont apparues en Europe.[21]

Moyen Âge

L'Europe médiévale abritait un certain nombre d'astronomes importants. Richard de Wallingford (1292–1336) a fait des contributions majeures à l'astronomie et à l'horlogerie, y compris l'invention de la première horloge astronomique, le Rectangulus qui permettait de mesurer les angles entre les planètes et d'autres corps astronomiques, ainsi qu'un équatorium appelé l' Albion qui pourrait être utilisé pour des calculs astronomiques tels que les longitudes lunaires , solaires et planétaires et pourrait prédire des éclipses . Nicole Oresme (1320–1382) et Jean Buridan(1300-1361) ont d'abord discuté des preuves de la rotation de la Terre, en outre, Buridan a également développé la théorie de l'impulsion (prédécesseur de la théorie scientifique moderne de l' inertie ) qui a pu montrer que les planètes étaient capables de se déplacer sans l'intervention des anges. [22] Georg von Peuerbach (1423–1461) et Regiomontanus (1436–1476) ont aidé à faire des progrès astronomiques instrumentaux au développement de Copernic du modèle héliocentrique des décennies plus tard.

L'astronomie a prospéré dans le monde islamique et dans d'autres parties du monde. Cela a conduit à l'émergence des premiers observatoires astronomiques dans le monde musulman au début du 9ème siècle. [23] [24] [25] En 964, la Galaxie d'Andromède , la plus grande galaxie du Groupe Local , a été décrite par l'astronome musulman persan Abd al-Rahman al-Sufi dans son Livre des Étoiles Fixes . [26] Le SN 1006 supernova , la plus brillante magnitude apparente événement stellaire dans l' histoire, a été observé par l'astronome arabe égyptienAli ibn Ridwan et les astronomes chinois en 1006. Parmi les astronomes islamiques (principalement persans et arabes) qui ont apporté des contributions significatives à la science figurent Al-Battani , Thebit , Abd al-Rahman al-Sufi , Biruni , Abū Ishāq Ibrāhīm al- Zarqālī , Al-Birjandi et les astronomes des observatoires Maragheh et Samarkand . Les astronomes à cette époque ont introduit de nombreux noms arabes maintenant utilisés pour les étoiles individuelles . [27] [28]

On pense également que les ruines du Grand Zimbabwe et de Tombouctou [29] auraient abrité des observatoires astronomiques. [30] En Afrique de l'Ouest post-classique , les astronomes ont étudié le mouvement des étoiles et la relation aux saisons, en élaborant des cartes des cieux ainsi que des diagrammes précis des orbites des autres planètes basées sur des calculs mathématiques complexes. L' historien Songhaï Mahmud Kati a documenté une pluie de météores en août 1583. [31] [32] Les Européens avaient auparavant cru qu'il n'y avait eu aucune observation astronomique en Afrique sub-saharienneau Moyen Âge précolonial, mais les découvertes modernes montrent le contraire. [33] [34] [35] [36]

Pendant plus de six siècles (depuis la récupération des connaissances anciennes à la fin du Moyen Âge jusqu'aux Lumières), l'Église catholique romaine a donné plus de soutien financier et social à l'étude de l'astronomie que probablement toutes les autres institutions. L'une des motivations de l'Église était de trouver la date de Pâques. [37]

Révolution scientifique

Les croquis et les observations de Galilée sur la Lune ont révélé que la surface était montagneuse.
Une carte astronomique d'un manuscrit scientifique ancien, v. 1000

À la Renaissance , Nicolas Copernic a proposé un modèle héliocentrique du système solaire. Son travail a été défendu par Galileo Galilei et développé par Johannes Kepler . Kepler a été le premier à concevoir un système décrivant correctement les détails du mouvement des planètes autour du Soleil. Cependant, Kepler n'a pas réussi à formuler une théorie derrière les lois qu'il a écrites. [38] C'était Isaac Newton , avec son invention de la dynamique céleste et sa loi de gravitation , qui a finalement expliqué les mouvements des planètes. Newton a également développé le télescope à réflexion . [39]

L'amélioration de la taille et de la qualité du télescope a conduit à de nouvelles découvertes. L'astronome anglais John Flamsteed a catalogué plus de 3000 étoiles, [40] Des catalogues d'étoiles plus étendus ont été produits par Nicolas Louis de Lacaille . L'astronome William Herschel a fait un catalogue détaillé de la nébulosité et des amas, et en 1781 a découvert la planète Uranus , la première nouvelle planète découverte. [41]

Au cours des 18e et 19e siècles, l'étude du problème des trois corps par Leonhard Euler , Alexis Claude Clairaut et Jean le Rond d'Alembert a conduit à des prédictions plus précises sur les mouvements de la Lune et des planètes. Ce travail a été affiné par Joseph-Louis Lagrange et Pierre Simon Laplace , permettant d'estimer les masses des planètes et des lunes à partir de leurs perturbations. [42]

Des progrès significatifs en astronomie ont été réalisés avec l'introduction de nouvelles technologies, notamment le spectroscope et la photographie . Joseph von Fraunhofer a découvert environ 600 bandes dans le spectre du Soleil en 1814–15, ce que, en 1859, Gustav Kirchhoff attribuait à la présence de différents éléments. Il a été prouvé que les étoiles ressemblaient au propre Soleil de la Terre, mais avec une large gamme de températures , de masses et de tailles. [27]

L'existence de la galaxie terrestre, la Voie lactée , comme son propre groupe d'étoiles, n'a été prouvée qu'au XXe siècle, avec l'existence de galaxies «externes». La récession observée de ces galaxies a conduit à la découverte de l'expansion de l' Univers . [43] L'astronomie théorique a conduit à des spéculations sur l'existence d'objets tels que les trous noirs et les étoiles à neutrons , qui ont été utilisés pour expliquer des phénomènes observés tels que les quasars , les pulsars , les blazars et les radio-galaxies . La cosmologie physique a fait d'énormes progrès au cours du 20e siècle. Au début des années 1900, le modèle de laLa théorie du Big Bang a été formulée, largement mise en évidence par le rayonnement de fond micro-ondes cosmique , 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 brouillées par l'atmosphère. [la citation nécessaire ] En février 2016, il a été révélé que le projet LIGO avait détecté des preuves d' ondes gravitationnelles en septembre précédent. [44] [45]

Astronomie d'observation

La principale source d'information sur les astres et autres objets est la lumière visible , ou plus généralement le rayonnement électromagnétique . [46] L' astronomie d'observation peut être catégorisée selon la région correspondante du spectre électromagnétique sur laquelle les observations sont faites. Certaines parties du spectre peuvent être observées à partir de la surface de la Terre, tandis que d'autres parties ne sont observables qu'à haute altitude ou à l'extérieur de l'atmosphère terrestre. Des informations spécifiques sur ces sous-champs sont données ci-dessous.

Radioastronomie

Le Very Large Array au Nouveau-Mexique , un exemple de radiotélescope

La radioastronomie utilise des rayonnements dont les longueurs d' onde sont supérieures à environ un millimètre, en dehors du domaine visible. [47] La radioastronomie est différente de la plupart des autres formes d'astronomie d'observation en ce que 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. [47]

Bien que certaines ondes radio soient émises directement par des objets astronomiques, un produit d' émission thermique , la majeure partie de l'émission radio observée est le résultat du rayonnement synchrotron , qui est produit lorsque les électrons gravitent autour des champs magnétiques . [47] De plus, un certain nombre de raies spectrales produites par le gaz interstellaire , notamment la raie spectrale d' hydrogène à 21 cm, sont observables aux longueurs d'onde radio. [11] [47]

Une grande variété d'autres objets sont observables aux longueurs d'onde radio, y compris les supernovae , le gaz interstellaire, les pulsars et les noyaux galactiques actifs . [11] [47]

Astronomie infrarouge

L' observatoire ALMA est l'un des sites d'observation les plus élevés de la planète. Atacama, Chili. [48]

L'astronomie infrarouge est fondée sur la détection et l'analyse du rayonnement infrarouge , des longueurs d'onde plus longues que la lumière rouge et en dehors de la portée de notre vision. Le spectre infrarouge est utile pour étudier les objets trop froids pour rayonner la lumière visible, comme les planètes, les disques circumstellaires ou les nébuleuses dont la lumière est bloquée par la poussière. Les plus longues longueurs d'onde de l'infrarouge peuvent pénétrer les nuages ​​de poussière qui bloquent la lumière visible, permettant l'observation des jeunes étoiles noyées dans les nuages ​​moléculaires et les noyaux des galaxies. Les observations du Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) ont été particulièrement efficaces pour dévoiler de nombreuses protostars galactiques et leurs amas d'étoiles hôtes .[49] [50] À l'exception des longueurs d' onde infrarougesproches de la lumière visible, un tel rayonnement est fortement absorbé par l'atmosphère, ou masqué, car l'atmosphère elle-même produit une émission infrarouge significative. Par conséquent, les observatoires infrarouges doivent être situés dans des endroits élevés et secs sur Terre ou dans l'espace. [51] Certaines molécules rayonnent fortement dans l'infrarouge. Cela permet l'étude de la chimie de l'espace; plus spécifiquement, il peut détecter l'eau dans les comètes. [52]

Astronomie optique

Le télescope Subaru (à gauche) et l'observatoire de Keck (au centre) sur Mauna Kea , deux exemples d'observatoire fonctionnant aux longueurs d'onde proche infrarouge et visible. L' installation de télescope infrarouge de la NASA (à droite) est un exemple de télescope qui fonctionne uniquement aux longueurs d'onde du proche infrarouge.

Historiquement, l'astronomie optique, également appelée astronomie en lumière visible, est la plus ancienne forme d'astronomie. [53] Les images des observations ont été dessinées à l'origine à la main. À la fin du 19e siècle et pendant la majeure partie du 20e siècle, les images étaient réalisées à l'aide de matériel photographique. Les images modernes sont réalisées à l'aide de détecteurs numériques, en particulier à l'aide de dispositifs à couplage de charge (CCD) et enregistrées sur un support moderne. Bien que la lumière visible elle-même s'étende d'environ 4000 Å à 7000 Å (400 nm à 700 nm), [53] ce même équipement peut être utilisé pour observer un certain rayonnement proche ultraviolet et proche infrarouge .

Astronomie ultraviolette

L'astronomie ultraviolette utilise des longueurs d'onde ultraviolettes comprises entre environ 100 et 3200 Å (10 à 320 nm). [47] La lumière à ces longueurs d'onde est absorbée par l'atmosphère terrestre, ce qui nécessite des observations à ces longueurs d'onde à partir de la haute atmosphère ou de l'espace. L'astronomie ultraviolette est la mieux adaptée à l'étude du rayonnement thermique et des raies d'émission spectrale 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 levés ultraviolets. D'autres objets couramment observés dans la lumière ultraviolette comprennent les nébuleuses planétaires , les restes de supernova et les noyaux galactiques actifs.[47] Cependant, comme la lumière ultraviolette est facilement absorbée par la poussière interstellaire , un ajustement des mesures ultraviolettes est nécessaire. [47]

Astronomie aux rayons X

Jet de rayons X fabriqué à partir d'un trou noir supermassif découvert par l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA, rendu visible par la lumière du début de l'Univers

Astronomie aux rayons X utilisant des longueurs d' onde de rayons X . En règle générale, le rayonnement X est produit par émission synchrotron (le résultat d'électrons en orbite autour des lignes de champ magnétique), par émission thermique de gaz minces au-dessus de 10 7 (10 millions) kelvins et par émission thermique de gaz épais au-dessus de 10 7 Kelvin. [47] Étant donné que les rayons X sont absorbés par l' atmosphère terrestre , toutes les observations de rayons X doit être effectué de ballons à haute altitude , des fusées ou des satellites d'astronomie à rayons X . Les sources de rayons X notables comprennent les binaires à rayons X, pulsars , restes de supernova , galaxies elliptiques , amas de galaxies et noyaux galactiques actifs . [47]

Astronomie gamma

L'astronomie des rayons gamma observe les 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 . [47] 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. [54]

La plupart des sources émettant des rayons gamma sont en fait 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 de trous noirs tels que des noyaux galactiques actifs. [47]

Champs non basés sur le spectre électromagnétique

En plus du rayonnement électromagnétique, quelques autres événements provenant de grandes distances peuvent être observés depuis la Terre.

Dans l'astronomie des neutrinos , les astronomes utilisent des installations souterraines fortement blindées telles que SAGE , GALLEX et Kamioka II / III pour la détection des neutrinos . La grande majorité des neutrinos traversant la Terre proviennent du Soleil , mais 24 neutrinos ont également été détectés à partir de la supernova 1987A . [47] Les rayons cosmiques , qui se composent de particules de très haute énergie (noyaux atomiques) qui peuvent se désintégrer ou être absorbés lorsqu'ils pénètrent dans l'atmosphère terrestre, entraînent une cascade de particules secondaires qui peuvent être détectées par les observatoires actuels. [55] Un avenirLes détecteurs de neutrinos peuvent également être sensibles aux particules produites lorsque les rayons cosmiques frappent l'atmosphère terrestre. [47]

L'astronomie des ondes gravitationnelles est un domaine émergent de l'astronomie qui utilise des détecteurs d'ondes gravitationnelles pour collecter des données d'observation sur des objets massifs éloignés. Quelques observatoires ont été construits, comme le Laser Interferometer Gravitational Observatory LIGO . LIGO a effectué sa première détection le 14 septembre 2015, en observant les ondes gravitationnelles d'un trou noir binaire . [56] Une deuxième onde gravitationnelle a été détectée le 26 décembre 2015 et des observations supplémentaires devraient se poursuivre, mais les ondes gravitationnelles nécessitent des instruments extrêmement sensibles. [57] [58]

La combinaison d'observations faites à l'aide de rayonnements électromagnétiques, de neutrinos ou d'ondes gravitationnelles et d'autres informations complémentaires, est connue sous le nom d' astronomie multi-messagers . [59] [60]

Astrométrie et mécanique céleste

Amas d'étoiles Pismis 24 avec une nébuleuse

L'un des domaines les plus anciens de l'astronomie et de toute la science est la mesure des positions 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 (l'utilisation d'objets célestes pour guider la navigation) et dans la réalisation des calendriers .

Une mesure minutieuse des positions des planètes a conduit à une solide compréhension des perturbations gravitationnelles et à une capacité à déterminer les positions passées et futures des planètes avec une grande précision, un champ connu sous le nom de mécanique céleste . Plus récemment, le suivi d' objets géocroiseurs permettra de prédire des rencontres rapprochées ou des collisions potentielles de la Terre avec ces objets. [61]

La mesure de la parallaxe stellaire des étoiles proches fournit une ligne de base fondamentale dans l' échelle de distance cosmique qui est utilisée pour mesurer l'échelle de l'Univers. Les mesures de parallaxe d'étoiles proches fournissent une base de référence absolue pour les propriétés d'étoiles plus éloignées, car leurs propriétés peuvent être comparées. Les mesures de la vitesse radiale et du mouvement correct des étoiles permettent aux astronomes de tracer le mouvement de ces systèmes à travers la galaxie de la Voie lactée. Les résultats astrométriques sont la base utilisée pour calculer la distribution de la matière noire spéculée dans la galaxie. [62]

Au cours des années 1990, la mesure de l' oscillation stellaire des étoiles proches a été utilisée pour détecter de grandes planètes extrasolaires en orbite autour de ces étoiles. [63]

Astronomie théorique

Les astronomes théoriques utilisent plusieurs outils, notamment des modèles analytiques et des simulations numériques informatiques ; chacun a ses avantages particuliers. Les modèles analytiques d'un processus sont meilleurs pour donner un aperçu plus large du cœur de ce qui se passe. Les modèles numériques révèlent l'existence de phénomènes et d'effets non observés autrement. [64] [65]

Les théoriciens de l'astronomie s'efforcent de créer des modèles théoriques et, à partir des résultats, prédisent 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 comme celui qui est le mieux à même de décrire le phénomène.

Les théoriciens essaient également de générer ou de modifier des modèles pour prendre en compte de nouvelles données. En cas d'incohérence entre les données et les résultats du modèle, la tendance générale est d'essayer d'apporter des modifications minimales au modèle afin qu'il produise des résultats qui correspondent 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 phénomènes modélisés par les astronomes théoriques comprennent: la dynamique et l' évolution stellaires ; formation de galaxies ; distribution 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 jauger les propriétés des structures à grande échelle pour lesquelles la gravitation joue un rôle important dans les phénomènes physiques étudiés et de base pour le trou noir ( astro )physique et étude des ondes gravitationnelles .

Certaines théories et modèles largement acceptés et étudiés en astronomie, maintenant inclus dans le modèle Lambda-CDM sont le Big Bang , la matière noire et les théories fondamentales de la physique .

Quelques exemples de ce processus:

Processus physiqueOutil expérimentalModèle théoriqueExplique / prédit
GravitationRadiotélescopesSystème auto-gravitantÉmergence d'un système stellaire
La fusion nucléaireSpectroscopieÉvolution stellaireComment les étoiles brillent et comment les métaux se sont formés
Le Big BangTélescope spatial Hubble , COBEUnivers en expansionÂge de l'univers
Fluctuations quantiquesInflation cosmiqueProblème de planéité
Effondrement gravitationnelAstronomie aux rayons XRelativité généraleTrous noirs au centre de la galaxie d' Andromède
Cycle CNO en étoilesLa source d'énergie dominante pour les étoiles massives.

Avec l' inflation cosmique , la matière noire et l'énergie noire sont les principaux sujets actuels de l'astronomie [66], car leur découverte et leur controverse ont pris naissance lors de l'étude des galaxies.

Sous-champs spécifiques

Astrophysique

L'astrophysique applique la physique et la chimie pour comprendre les mesures faites par l'astronomie. Représentation de l'univers observable qui comprend des images de Hubble et d'autres télescopes .

L'astrophysique est la branche de l'astronomie qui emploie les principes de la physique et de la chimie "pour déterminer la nature des objets astronomiques , plutôt que leurs positions ou mouvements dans l'espace". [67] [68] Parmi les objets étudiés sont le Soleil , d'autres étoiles , des galaxies , des planètes extrasolaires , le milieu interstellaire et le fond cosmique de micro-ondes . [69] [70] Leurs émissions sont examinées à travers toutes les parties du spectre électromagnétique et les propriétés examinées incluent la luminosité ,densité , température et composition chimique . Parce que l' astrophysique est un sujet très large, les astrophysiciens appliquent généralement de nombreuses disciplines de la physique, y compris la mécanique , électromagnétisme , mécanique statistique , la thermodynamique , la mécanique quantique , la relativité , nucléaire et la physique des particules et la physique atomique et moléculaire .

Dans la pratique, la recherche astronomique moderne implique souvent une quantité substantielle de travail dans les domaines de la physique théorique et observationnelle. Certains domaines d'étude pour les astrophysiciens comprennent leurs tentatives de déterminer les propriétés de la matière noire , de l'énergie noire et des trous noirs ; que le voyage dans le temps soit possible ou non , des trous de ver peuvent se former, ou le multivers existe; et l' origine et le destin ultime de l'univers . [69] Les sujets également étudiés par les astrophysiciens théoriques incluent la formation et l'évolution du système solaire ; dynamique stellaireet évolution ; formation et évolution des galaxies ; magnétohydrodynamique ; 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 .

Astrochimie

L'astrochimie est l'étude de l'abondance et des réactions des molécules dans l' Univers , et de leur interaction avec le rayonnement . [71] La discipline est un chevauchement de l'astronomie et de la chimie . Le mot «astrochimie» peut être appliqué à la fois au système solaire et au milieu interstellaire . L'étude de l'abondance des éléments et des rapports isotopiques dans les objets du système solaire, tels que les météorites , est également appelée cosmochimie., tandis que l'étude des atomes et molécules interstellaires et de leur interaction avec le rayonnement est parfois appelée astrophysique moléculaire. La formation, la composition atomique et chimique, l'évolution et le devenir des nuages ​​de gaz moléculaires revêtent un intérêt particulier, car c'est à partir de ces nuages ​​que se forment les systèmes solaires.

Les études dans ce domaine contribuent à la compréhension de la formation du système solaire , de l'origine et de la géologie de la Terre, de l' abiogenèse et de l'origine du climat et des océans.

Astrobiologie

L'astrobiologie est un domaine scientifique interdisciplinaire concerné par les origines , l' évolution précoce , la distribution et l'avenir de la vie dans l' univers . L'astrobiologie considère la question de savoir si la vie extraterrestre existe et comment les humains peuvent la détecter si elle existe. [72] Le terme exobiologie est similaire. [73]

L'astrobiologie utilise la biologie moléculaire , la biophysique , la biochimie , la chimie , l'astronomie, la cosmologie physique , l' exoplanétologie et la géologie pour étudier la possibilité de vie sur d'autres mondes et aider à reconnaître des biosphères qui pourraient être différentes de celle sur Terre. [74] L'origine et l'évolution précoce de la vie sont une partie inséparable de la discipline de l'astrobiologie. [75] L' astrobiologie se préoccupe de l'interprétation des données scientifiques existantes, et bien que la spéculation soit envisagée pour donner un contexte, l'astrobiologie se préoccupe principalement d' hypothèses qui s'inscrivent fermement dans les théories scientifiques existantes .

Ce domaine interdisciplinaire englobe la recherche sur l'origine des systèmes planétaires , les origines des composés organiques dans l'espace , les interactions roches-eau-carbone, l' abiogenèse sur Terre, l'habitabilité planétaire , la recherche sur les biosignatures pour la détection de la vie et les études sur le potentiel d'adaptation de la vie à défis sur Terre et dans l’ espace . [76] [77] [78]

Cosmologie physique

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.

Hubble Extreme Deep Field

Les observations de la structure à grande échelle de l'Univers , une branche connue sous le nom de cosmologie physique , ont fourni une compréhension approfondie de la formation et de l'évolution du cosmos. La théorie bien acceptée du Big Bang est fondamentale pour la cosmologie moderne , dans laquelle notre Univers a commencé à un moment donné dans le temps, puis s'est étendu au cours de 13,8 milliards d'années [79] jusqu'à sa condition actuelle. [80] Le concept du Big Bang remonte à la découverte du rayonnement de fond micro - ondes en 1965. [80]

Au cours de cette expansion, l'Univers a subi plusieurs étapes évolutives. Dans les tout premiers instants, il est théorisé que l'Univers a connu une inflation cosmique très rapide , qui a homogénéisé les conditions de départ. Par la suite, la nucléosynthèse a produit l'abondance élémentaire de l'Univers primitif. [80] (Voir aussi nucléocosmochronologie .)

Lorsque les premiers atomes neutres se sont formés à partir d'une mer d'ions primordiaux, l'espace est devenu transparent au rayonnement, libérant l'énergie considérée aujourd'hui comme le rayonnement de fond des micro-ondes. L'Univers en expansion a ensuite subi un âge sombre en raison du manque de sources d'énergie stellaires. [81]

Une structure hiérarchique de la matière a commencé à se former à partir de variations infimes de la densité de masse de l'espace. La matière s'est accumulée dans les régions les plus denses, formant des nuages ​​de gaz et les premières étoiles, les étoiles Population III . Ces étoiles massives ont déclenché le processus de réionisation et auraient créé de nombreux éléments lourds du début de l'Univers, qui, par désintégration nucléaire, créent des éléments plus légers, permettant au cycle de nucléosynthèse de se prolonger plus longtemps. [82]

Les agrégations gravitationnelles se sont regroupées en filaments, laissant des vides dans les interstices. Peu à peu, des organisations de gaz et de poussières ont fusionné pour former les premières galaxies primitives. Au fil du temps, ceux-ci attiraient plus de matière et étaient souvent organisés en groupes et amas de galaxies, puis en superamas à plus grande échelle. [83]

Divers domaines de la physique sont essentiels pour étudier l'univers. Les études interdisciplinaires concernent les domaines de la mécanique quantique , de la physique des particules , de la physique des plasmas , de la physique de la matière condensée , de la mécanique statistique , de l' optique et de la physique nucléaire .

L'existence de matière noire et d' énergie noire est fondamentale à la structure de l'Univers . On pense maintenant que ceux-ci sont ses composants dominants, formant 96% de la masse de l'Univers. Pour cette raison, beaucoup d'efforts sont déployés pour essayer de comprendre la physique de ces composants. [84]

Astronomie extragalactique

Cette image montre plusieurs objets bleus en forme de boucle qui sont des images multiples de la même galaxie, dupliquées par l' effet de lentille gravitationnelle de l'amas de galaxies jaunes près du milieu de la photographie. La lentille est produite par le champ gravitationnel de l'amas qui plie la lumière pour agrandir et déformer l'image d'un objet plus éloigné.

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 classification , l'observation des galaxies actives , et à plus grande échelle, les groupes et amas de galaxies . Enfin, ce dernier est important 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. Ils sont généralement divisés en galaxies spirales , elliptiques et irrégulières . [85]

Comme son nom l'indique, une galaxie elliptique a la forme en coupe d'une ellipse . Les étoiles se déplacent le long d' orbites aléatoires sans direction préférée. Ces galaxies contiennent peu ou pas de poussière interstellaire, peu de régions de formation d'étoiles et des étoiles plus anciennes. Les galaxies elliptiques se trouvent plus couramment 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 traînants qui s'enroulent vers l'extérieur. Les bras sont des régions poussiéreuses de formation d'étoiles dans lesquelles de jeunes étoiles massives produisent une teinte bleue. Les galaxies spirales sont généralement entourées d'un halo d'étoiles plus anciennes. La Voie lactée et l'un de nos voisins les plus proches de la galaxie, la galaxie d'Andromède , sont des galaxies spirales.

Les galaxies irrégulières sont d'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 peuvent 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, poussières et gaz. Il est alimenté par une région compacte au cœur, considérée comme un trou noir supermassif qui émet un rayonnement provenant d'un matériau en chute.

Une radio-galaxie est une galaxie active qui est très lumineuse dans la partie radio du spectre et émet d'immenses panaches ou lobes de gaz. Les galaxies actives qui émettent des rayonnements à haute énergie et à fréquence plus courte comprennent les galaxies de Seyfert , les Quasars et les Blazars . On pense que les quasars sont les objets les plus lumineux de l'univers connu. [86]

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 grand étant les superamas . La matière collective est formée de filaments et de murs, laissant de grands vides entre eux. [87]

Astronomie galactique

Structure observée des bras en spirale de la Voie lactée

Le système solaire tourne autour de la Voie lactée , une galaxie spirale barrée qui est un membre proéminent du groupe local de galaxies. C'est une masse rotative de gaz, de poussière, d'étoiles et d'autres objets, maintenus ensemble par une attraction gravitationnelle mutuelle. Comme la Terre est située dans les bras extérieurs poussiéreux, il y a de grandes portions de la Voie lactée qui sont cachées de la vue.

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 en son centre. Celui-ci est entouré de quatre bras primaires en spirale à partir du noyau. Il s'agit d'une région de formation d'étoiles active qui contient de nombreuses étoiles de population I plus jeunes . Le disque est entouré d'un halo sphéroïde d' étoiles plus anciennes de la population II , ainsi que de concentrations d'étoiles relativement denses appelées amas globulaires . [88]

Entre les étoiles se trouve le milieu interstellaire , une région de matière clairsemée. Dans les régions les plus denses, les nuages moléculaires de l' hydrogène moléculaire et d' autres éléments créent des régions de formation d'étoiles. Celles-ci commencent comme un noyau pré-stellaire compact ou des nébuleuses sombres , qui se concentrent et s'effondrent (dans des volumes déterminés par la longueur de Jeans ) pour former des protoétoiles compactes. [89]

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 provoquent finalement la dispersion du nuage, laissant souvent derrière eux un ou plusieurs jeunes amas ouverts d'étoiles. Ces amas se dispersent progressivement et les étoiles rejoignent la population de la Voie lactée. [90]

Les études cinématiques de la matière dans la Voie lactée et 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, bien que la nature de cette matière noire reste indéterminée. [91]

Astronomie stellaire

Mz 3 , souvent appelée nébuleuse planétaire de la fourmi. L'éjection de gaz de l'étoile centrale mourante montre des schémas symétriques contrairement aux schémas chaotiques des explosions ordinaires.

L'étude des étoiles et de l' évolution stellaire 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. [92] 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 séquence principale . [89]

Presque tous les éléments plus lourds que l' hydrogène et l' hélium ont été créés à l'intérieur des noyaux des étoiles. [92]

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 fusionne rapidement son hydrogène combustible en hélium dans son noyau. Au fil du temps, cet hydrogène carburant est complètement converti en hélium et l'étoile commence à évoluer . La fusion de l'hélium nécessite une température à cœur plus élevée. Une étoile avec une température centrale suffisamment élevée poussera ses couches externes vers l'extérieur tout en augmentant sa densité centrale. La géante rouge résultante formée par les couches externes en expansion jouit d'une brève durée de vie, avant que le combustible d'hélium dans le cœur ne soit à son tour consommé. Les étoiles très massives peuvent également subir une série de phases évolutives, car elles fusionnent des éléments de plus en plus lourds. [93]

Le sort final de l'étoile dépend de sa masse, les étoiles de masse supérieure à environ huit fois le Soleil devenant des supernovae d' effondrement du noyau ; [94] tandis que les étoiles plus petites soufflent leurs couches extérieures et laissent derrière elles le noyau inerte sous la forme d'une naine blanche . L'éjection des couches externes forme une nébuleuse planétaire . [95] Le reste d'une supernova est une étoile à neutrons dense , ou, si la masse stellaire était au moins trois fois celle du Soleil, un trou noir . [96] Les étoiles binaires en orbite étroite peuvent suivre des chemins évolutifs plus complexes, tels que le transfert de masse sur un compagnon nain blanc qui peut potentiellement provoquer une supernova. [97]Les nébuleuses planétaires et les supernovae distribuent les " métaux " produits dans l'étoile par fusion au milieu interstellaire; sans eux, toutes les nouvelles étoiles (et leurs systèmes planétaires) seraient formées à partir d'hydrogène et d'hélium seuls. [98]

Astronomie solaire

Une image ultraviolette de la photosphère active du Soleil vue par le télescope spatial TRACE . Photo de la NASA
Observatoire solaire Lomnický štít ( Slovaquie ) construit en 1962

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 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 connus sous le nom de cycle des taches solaires . Il s'agit d'une oscillation sur 11 ans du nombre de taches solaires . Les taches solaires sont des régions de températures inférieures à la moyenne associées à une intense activité magnétique. [99]

La luminosité du Soleil a régulièrement augmenté 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. [100] On pense que le minimum de Maunder , par exemple, a causé le phénomène du petit âge glaciaire au Moyen Âge . [101]

La surface extérieure visible du Soleil s'appelle la photosphère . Au-dessus de cette couche se trouve une région mince connue sous le nom de chromosphère . Celui-ci est entouré par une région de transition dont les températures augmentent rapidement, et enfin par la 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 au moyen d'un rayonnement. Au-dessus se trouve la zone de convection où le matériau gazeux transporte de l'énergie principalement par déplacement physique du gaz appelé convection. On pense que le mouvement de masse dans la zone de convection crée l'activité magnétique qui génère des taches solaires. [99]

Un vent solaire de particules de plasma jaillit constamment du Soleil vers l'extérieur jusqu'à ce que, à la limite la plus externe du système solaire, il atteigne l' héliopause . Lorsque le vent solaire passe la Terre, il interagit avec le champ magnétique terrestre ( magnétosphère ) et dévie le vent solaire, mais en piège certains créant les ceintures de rayonnement de Van Allen qui enveloppent la Terre. Les aurores sont créées lorsque les particules du vent solaire sont guidées par les lignes de flux magnétique dans les régions polaires de la Terre où les lignes descendent ensuite dans l' atmosphère . [102]

Science planétaire

La tache noire au sommet est un diable de poussière escaladant un mur de cratère sur Mars . Cette colonne mobile et tourbillonnante de l' atmosphère martienne (comparable à une tornade terrestre ) a créé la longue traînée sombre.

La science planétaire est l'étude de l'assemblage de planètes , lunes , planètes naines , comètes , astéroïdes et autres corps en orbite autour du Soleil, ainsi que des planètes extrasolaires. Le système solaire a été relativement bien étudié, d'abord à l'aide de télescopes, puis plus tard par des engins spatiaux. Cela a fourni une bonne compréhension globale de la formation et de l'évolution du système planétaire du Soleil, bien que de nombreuses nouvelles découvertes soient encore en cours. [103]

Le système solaire est divisé en le système solaire interne (subdivisé en planètes internes et la ceinture d'astéroïdes ), le système solaire externe (subdivisé en planètes externes et centaures ), les comètes, la région trans-neptunienne (subdivisée en ceinture de Kuiper , et le disque dispersé ) et les régions les plus éloignées (par exemple, les limites de l' héliosphère et le nuage d'Oort , qui peut s'étendre jusqu'à une année-lumière). Les planètes terrestres intérieures sont constituées de Mercure , Vénus , Terre et Mars . Les planètes géantes extérieuressont les géantes gazeuses ( Jupiter et Saturne ) et les géantes des glaces ( Uranus et Neptune ). [104]

Les planètes se sont formées il y a 4,6 milliards d'années dans le disque protoplanétaire qui entourait le Soleil primitif. Grâce à un processus qui comprenait l'attraction gravitationnelle, la collision et l'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 alors expulsé la majeure partie de la matière non incrustée, et seules les planètes de masse suffisante ont conservé leur atmosphère gazeuse. Les planètes ont continué à balayer ou à éjecter la matière restante pendant une période de bombardements intenses, comme en témoignent les nombreux cratères d'impact sur la Lune. Pendant cette période, certains des protoplanètes peuvent être entrés en collision et une de ces collisions peut avoir formé la Lune . [105]

Une fois qu'une planète atteint une masse suffisante, les matériaux de différentes densités 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 croûte externe. Le noyau peut comprendre des régions solides et liquides, et certains noyaux planétaires génèrent leur propre champ magnétique , qui peut protéger leurs atmosphères contre le vent solaire. [106]

La chaleur intérieure d'une planète ou d'une lune est produite par les collisions qui ont créé le corps, par la désintégration de matières radioactives ( par exemple l' uranium , le thorium et 26 Al ), ou par le réchauffement des marées causé par les interactions avec d'autres corps. Certaines planètes et lunes accumulent suffisamment de chaleur pour entraîner 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. [107]

Études interdisciplinaires

L'astronomie et l'astrophysique ont développé des liens interdisciplinaires significatifs avec d'autres domaines scientifiques majeurs. L'archéoastronomie est l'étude des astronomies anciennes ou traditionnelles dans leur contexte culturel, en utilisant des preuves archéologiques et anthropologiques . L'astrobiologie est l'étude de l'avènement et de l'évolution des systèmes biologiques dans l'Univers, avec un accent particulier sur la possibilité d'une vie non terrestre. L'astrostatistique est l'application des statistiques à l'astrophysique à l'analyse d'une grande quantité de données astrophysiques d'observation.

L'étude des produits chimiques trouvés dans l'espace, y compris leur formation, leur interaction et leur destruction, est appelée astrochimie . Ces substances se trouvent généralement dans les nuages ​​moléculaires , bien qu'elles puissent également apparaître dans les étoiles à basse température, les naines brunes et les planètes. La cosmochimie est l'étude des produits chimiques trouvés dans le système solaire, y compris les origines des éléments et les variations des rapports isotopiques . Ces deux domaines représentent un chevauchement des disciplines de l'astronomie et de la chimie. En tant qu ' « astronomie médico-légale », enfin, des méthodes issues de l'astronomie ont été utilisées pour résoudre des problèmes de droit et d'histoire.

Astronomie amateur

Les astronomes amateurs peuvent construire leur propre équipement et organiser des fêtes et des rassemblements d'étoiles, comme Stellafane .

L'astronomie est l'une des sciences auxquelles les amateurs peuvent contribuer le plus. [108]

Collectivement, les astronomes amateurs observent une variété d'objets et de phénomènes célestes parfois avec des équipements qu'ils construisent eux-mêmes . Les cibles communes des astronomes amateurs comprennent le Soleil, la Lune, les planètes, les étoiles, les comètes, les pluies de météores et une variété d' objets du ciel profond tels que des amas d'étoiles, des galaxies et des nébuleuses. Les clubs d'astronomie sont répartis dans le monde entier et beaucoup ont des programmes pour aider leurs membres à mettre en place et compléter des programmes d'observation, y compris ceux pour observer tous les objets des catalogues Messier (110 objets) ou Herschel 400 de points d'intérêt dans le ciel nocturne. Une branche de l'astronomie amateur, l' astrophotographie amateur, implique la prise de photos du ciel nocturne. De nombreux amateurs aiment se spécialiser dans l'observation d'objets particuliers, de types d'objets ou de types d'événements qui les intéressent. [109] [110]

La plupart des amateurs travaillent aux longueurs d'onde visibles, mais une petite minorité expérimente avec des longueurs d'onde en dehors du spectre visible. Cela comprend l'utilisation de filtres infrarouges sur les télescopes conventionnels, ainsi que l'utilisation de radiotélescopes. Le pionnier de la radioastronomie amateur était Karl Jansky , qui a commencé à observer le ciel aux longueurs d'onde radio dans les années 1930. Un certain nombre d'astronomes amateurs utilisent soit des télescopes artisanaux, soit des radiotélescopes construits à l'origine pour la recherche en astronomie mais qui sont maintenant disponibles pour les amateurs ( par exemple le télescope One-Mile ). [111] [112]

Les astronomes amateurs continuent d'apporter des contributions scientifiques au domaine de l'astronomie et c'est l'une des rares disciplines scientifiques où les amateurs peuvent encore apporter des contributions significatives. Les amateurs peuvent effectuer des mesures d'occultation qui sont utilisées pour affiner les orbites des planètes mineures. Ils peuvent également découvrir des comètes et effectuer des observations régulières d'étoiles variables. Les progrès de la technologie numérique ont permis aux amateurs de faire des progrès impressionnants dans le domaine de l'astrophotographie. [113] [114] [115]

Problèmes non résolus en astronomie

Bien que la discipline scientifique de l'astronomie ait fait d'énormes progrès dans la compréhension de la nature de l'Univers et de son contenu, il reste d'importantes questions sans réponse. Les réponses à ces questions peuvent nécessiter la construction de nouveaux instruments terrestres et spatiaux, et éventuellement de nouveaux développements en physique théorique et expérimentale.

  • Quelle est l'origine du spectre de masse stellaire? Autrement dit, pourquoi les astronomes observent-ils la même distribution des masses stellaires - la fonction de masse initiale - apparemment quelles que soient les conditions initiales? [116] Une compréhension plus profonde de la formation des étoiles et des planètes est nécessaire.
  • Y a-t-il une autre vie dans l'Univers ? Surtout, y a-t-il une autre vie intelligente? Dans l'affirmative, quelle est l'explication du paradoxe de Fermi ? L'existence de la vie ailleurs a d'importantes implications scientifiques et philosophiques. [117] [118] Le système solaire est-il normal ou atypique?
  • Quelle est la nature de la matière noire et de l'énergie noire ? Ceux-ci dominent l'évolution et le destin du cosmos, mais leur vraie nature reste inconnue. [119]
  • Quel sera le destin ultime de l'univers ? [120]
  • Comment se sont formées les premières galaxies? [121] Comment les trous noirs supermassifs se sont-ils formés? [122]
  • Qu'est-ce que la création des rayons cosmiques à ultra haute énergie ? [123]
  • Pourquoi l'abondance de lithium dans le cosmos est-elle quatre fois inférieure à celle prévue par le modèle standard du Big Bang ? [124]
  • Que se passe-t-il vraiment au-delà de l' horizon des événements ? [125]

Voir également

  • Masse d'air
  • Acronymes astronomiques
  • Instruments astronomiques
  • Cosmogonie
  • Année internationale de l'astronomie
  • Liste des acronymes d'astronomie
  • Liste des astronomes et astrophysiciens russes
  • Liste des logiciels pour la recherche et l'enseignement en astronomie
  • Aperçu de la science spatiale
  • Tourisme scientifique
  • Exploration de l'espace
  • Lumière des étoiles
  • Collision stellaire
  • Univers: The Infinite Frontier (série télévisée)

Les références

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Liens externes

  • Base de données extragalactique NASA / IPAC (NED) ( NED-Distances )
  • Année internationale de l'astronomie 2009 IYA2009 Site principal
  • Voyage cosmique: une histoire de la cosmologie scientifique de l'American Institute of Physics
  • Astronomie de l'hémisphère sud
  • Celestia Motherlode Site éducatif pour les voyages astronomiques dans l'espace
  • Kroto, Harry , Série de conférences sur la chimie astrophysique.
  • Ouvrages de base et revues de base en astronomie, du Smithsonian / NASA Astrophysics Data System
  • Un voyage avec Fred Hoyle par Wickramasinghe, Chandra.
  • Livres d'astronomie de l'histoire de la collection des sciences à Linda Hall Library