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2nde Thème : Univers TP n°1
Physique La détection d’une exoplanète Chap.1
Compétences attendues
Utiliser les puissances de 10 dans l’évaluation des ordres de grandeur en physique.
Connaître la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide ou dans l’air.
Connaître la définition de l’année-lumière et son intérêt Définitions et données
La notation scientifique (ou écriture scientifique) d’un nombre décimal est l’écriture de ce nombre sous la forme a 10 n, le nombre a ne possédant qu’un chiffre non nul avant la virgule (1 ≤ a < 10n) et n étant un nombre entier positif ou négatif.
L’ordre de grandeur d’un nombre est la puissance de 10 la plus proche de ce nombre.
Tableau des puissances de 10 : en gras, les plus utilisées.
Préfixe femto pico nano micro milli centi déci déca hecto kilo méga giga téra
Symbole f
p n µ m c d da h k M G
T10 n 10 -15 10 -12 10 -9 10 -6 10 -3 10 -2 10 -1 10 1 10 2 10 3 10 6 10 9 10 12 I. La découverte d’une exoplanète
L’astrophysique est une branche de l’astronomie qui étudie les propriétés physiques des objets de l’univers (planètes, étoiles, galaxies…), comme leur luminosité, leur densité, leur température, leur composition chimique…
Entre autres, la découverte d’exoplanètes a pris un essor important à partir des années 1990 grâce au
développement de nouvelles techniques d’observation. Aujourd’hui, on connaît plus de 3 000 exoplanètes (3660 le 27 août 2017), dont la plupart de masse supérieure à celle de la Terre.
Une méthode de détection appelée méthode du transit consiste à détecter la baisse de luminosité de l’étoile lors du passage de la planète devant celle-ci (voir l’animation sur http://www.iac.es/proyecto/tep/transitanim.html).
L’exoplanète HD 189733B (voir doc.1) en orbite autour de l’étoile HD 189733 a été découverte le 5 Octobre 2005 par cette méthode grâce au télescope Spitzer (voir doc.2).
Cette planète est classée comme un Jupiter chaud de la classe des planètes Joviennes. Elle gravite autour de son étoile dans la constellation du Petit Renard ou Vulpecula (voir doc.3) avec une courte période de 2,2 jours. La distance qui nous sépare d’elle est d’environ de 63 années de lumière.
Questions sur le texte
1) Qu’est-ce qu’une exoplanète ?
2) Quelle propriété le télescope Spitzer utilise-t-il ? (Voir doc.2).
3) Quelle est la durée d’une révolution de cette planète autour de son étoile ? 4) Quelle distance nous sépare de cette exoplanète ?
5) Qu’est-ce qu’une année de lumière notée a.ℓ. ?
6) Calculer une année de lumière en mètre (et en notation scientifique).
7) En déduire la distance (en m) qui nous sépare de cette exoplanète. Donner un ordre de grandeur de cette distance. A votre avis, cette planète fait-elle partie de notre galaxie ?
Doc.2 Vue d’artiste du télescope Spitzer sur son orbite héliocentrique.
Doc.1 Vue d’artiste en infra- rouge de l’exoplanète HD
189733B.
(Crédit: ESA - C. Carreau)
Doc.3 Etoile HD 189733 dans la constellation du Petit Renard
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II. Comparaison de dimensions des objets dans l’Univers Document 1 : Des objets très différents
Document 2 : des diamètres très différents
Les longueur suivantes correspondent aux dimensions des objets du document 1 : 0,062 mm ; 6380 km ; 150 millions de km ; 0,085 µm
Questions sur les documents
1) Classer les objets du document 1 par ordre croissant de taille.
2) Attribuer à chacun de ces objets son diamètre parmi ceux proposés d ans le document 2.
3) Réécrire les diamètres du document 2 en mètre en utilisant la notation scientifique.
4) En déduire leur ordre de grandeur.
5) Quel est l’intérêt d’exprimer des longueurs dans la même unité et de les écrire en notation scientifique ?
III. Un petit défi : déterminer l’épaisseur d’une feuille de papier
Proposer un protocole pour déterminer l’épaisseur e (en m et en écriture scientifique) d’une feuille A4 de papier de grammage 80g/m².
Diamètre d’un cheveu
