L'univers et son histoire
L'univers contient des milliards de galaxies ; chaque galaxie compte des milliards d'étoiles ; le Soleil est une étoile parmi la Voie lactée. La gravité façonne toutes les orbites, les étoiles naissent et meurent selon des schémas dictés par leur masse, et le décalage vers le rouge des galaxies lointaines nous indique que l'univers entier s'expande — preuve d'un début : le Big Bang.
Edexcel International GCSE Physique 4PH1, Section 8 (affirmations 8.1–8.18P). Les affirmations suffixées P sont l'extension exclusive Physique (Dossier 2P).
Mouvement dans l'univers
Univers → des milliards de galaxies → chacune comptant des milliards d'étoiles → notre système solaire se trouve dans la Voie lactée. La champ gravitationnel g varie avec la masse et la taille — plus faible sur la Lune, plus intense sur Jupiter. La gravité maintient chaque orbite : les lunes orbitent autour des planètes, les planètes et comètes orbitent autour du Soleil, les satellites artificiels orbitent autour de la Terre.
Les orbites planétaires sont quasi circulaires ; les orbites cométaires sont hautement excentriques — rapides près du Soleil, lentes loin de celui-ci. La vitesse orbitale provient de circonférence ÷ période :
Vérification corrigée. Un satellite à un rayon orbital de 7000 km (r mesuré depuis le centre de la Terre) avec une période de 5800 s : $v = 2\pi \times 7.0 \times 10^6/5800 \approx 7580$ m/s ≈ 7.6 km/s.
Évolution stellaire
Les étoiles sont classées par couleur, qui correspond à la température de surface : bleu le plus chaud → rouge le plus froid. Une étoile semblable au Soleil suit nébuleuse → séquence principale (fusion équilibre gravité pendant des milliards d'années) → géante rouge → naine blanche ; une étoile plus massive que le Soleil suit nébuleuse → séquence principale → supergéante rouge → supernova → étoile à neutrons ou trou noir.
(P) La luminosité d'une étoile est comparée via sa magnitude absolue à distance standard ; le diagramme Hertzsprung-Russell représente la magnitude absolue contre la température, avec la séquence principale, les géantes et les naines blanches comme bandes principales.
Cosmologie (P)
Une source ondulante en mouvement modifie la longueur d'onde observée (décalage vers le rouge pour l'éloignement). Le décalage vers le rouge des galaxies augmente avec la distance, et la relation est quantifiée ainsi :
Vérification corrigée. Une raie spectrale à 500 nm apparaît à 505 nm dans une galaxie lointaine : $\Delta\lambda/\lambda_0 = 5/500 = 0.01$, donc $v = 0.01c = 3000$ km/s.
Le décalage vers le rouge croissant avec la distance signifie que les galaxies s'éloignent d'autant plus vite qu'elles sont éloignées — l'univers est en expansion, ce qui renvoie à un début chaud et dense : le Big Bang. Le fond diffus cosmique (FDC) — de faibles micro-ondes venant dans toutes les directions — est le vestige refroidi de cette radiation primitive, deuxième pilier de preuve.
Vérifiez-vous
- Classez par taille : galaxie, système solaire, univers, étoile.
- Pourquoi g diffère-t-il entre la Terre et la Lune ?
- Nommez les deux formes d'orbite des comètes et des planètes.
- Calculez la vitesse orbitale d'un satellite à r = 42 000 km avec T = 24 heures.
- Énoncez les deux stades suivant la séquence principale pour une étoile semblable au Soleil.
- Que vous indique la couleur d'une étoyle ?
- (P) Quelles deux grandeurs le diagramme de Hertzsprung-Russell représente-t-il ?
- (P) Une ligne à 400 nm se décale vers 404 nm. Calculez v/c.
- (P) Énoncez les deux preuves du Big Bang.
- (P) Pourquoi le décalage vers le rouge augmente-t-il avec la distance ?
Réponses : 1 étoile (la plus petite) → système solaire → galaxie → univers (la plus grande) ; 2 g dépend de la masse et du rayon du corps — la Lune est plus petite et moins massive, donc son g est d'environ 1.6 N/kg ; 3 planètes — presque circulaires ; comètes — ellipses très excentriques ; 4 $r = 4.2 \times 10^7$ m, $T = 86\,400$ s ; $v = 2\pi \times 4.2\times10^7/86\,400 \approx 3060$ m/s ≈ 3.1 km/s ; 5 géante rouge, puis naine blanche ; 6 sa température de surface — bleu le plus chaud, rouge le plus froid ; 7 (P) magnitude absolue contre température (ou couleur) ; 8 (P) $\Delta\lambda/\lambda_0 = 4/400 = 0.01 = v/c$ ; 9 (P) le décalage vers le rouge des galaxies croissant avec la distance, et le rayonnement du fond diffus cosmique ; 10 (P) plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement — l'espace lui-même s'étend, donc la vitesse de récession croît avec la distance, décalant davantage la lumière vers le rouge.