Physique spatiale
La gravité rassemble la poussière pour former des étoiles, les étoiles fusionnent les éléments, et le décalage vers le rouge des galaxies lointaines indique que tout l'univers s'expand depuis un début il y a 14 milliards d'années. Le dernier module OxfordAQA clôture le cours avec les cycles de vie stellaires, les orbites et les preuves du Big Bang.
OxfordAQA International GCSE Physique 9203, module 3.8 (Version 5.1). Les énoncés marqués (P) concernent uniquement la Paper-2-.
Cycle de vie d'une étoile
Les étoiles se forment lorsque la gravité rassemble la poussière et le gaz (principalement l'hydrogène et l'hélium) — les plus petits amas deviennent des planètes. Dans la longue séquence principale, l'hydrogène fusionne en hélium dans le noyau, équilibrant les forces sortantes. Plus une étoile est massive, plus son noyau est chaud et plus elle peut synthétiser de noyaux lourds par fusion.
Lorsque l'hydrogène s'épuise, la masse détermine la fin. Une étoile semblable au Soleil gonfle en géante rouge, perd ses couches externes, et le noyau exposé refroidit de naine blanche à naine noire. Une étoile massive gonfle en supergéante rouge, fusionne des éléments toujours plus lourds (carbone, azote, oxygène), puis explose comme une supernova — dispersant les éléments (ceux plus lourds que le fer sont créés lors de l'explosion elle-même) — laissant une étoile à neutrons ou un trou noir. La fusion dans les étoiles et les supernovae a produit tous les éléments naturels : l'univers primitif ne contenait que de l'hydrogène.
Système solaire et mouvement orbital
Le système solaire : huit planètes orbitant autour du Soleil, ainsi que des lunes, des astéroïdes, des planètes naines et des comètes. La Voie lactée est l'une des milliards de galaxies, chacune contenant des milliards d'étoiles. Les satellites artificiels orbitent autour de la Terre sur des orbites géostationnaires ou polaire basse.
La gravité fournit la force centripète : elle agit vers le centre, changeant la direction du mouvement (vitesse) sans modifier sa magnitude. Une plus grande distance entraîne une gravité plus faible, donc une vitesse orbitale plus basse : pour rester à un rayon particulier, un satellite doit se déplacer à la vitesse correspondante — changer la vitesse modifie le rayon de l'orbite.
Décalage vers le rouge et univers en expansion (P)
Une source ondulatoire en mouvement modifie la longueur d'onde observée (effet Doppler) : les sources qui s'éloignent étirent les ondes — longueur d'onde plus longue, fréquence plus basse. Plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement et plus le décalage vers le rouge est grand — l'espace lui-même s'expand, indiquant un début très petit : le Big Bang. Le fond diffus cosmologique — rayonnement remplissant l'univers peu après ce début — constitue le deuxième pilier ; la théorie du Big Bang est actuellement la seule à pouvoir l'expliquer.
Vérifiez-vous
- Quoi attire la poussière et le gaz pour former des étoiles ?
- Que se passe-t-il dans le noyau d'une étoile de la séquence principale ?
- Citez les trois stades qu'une étoile semblable au Soleil traverse après sa séquence principale.
- Quelles étoiles deviennent des supernovae ?
- Où sont fabriqués les éléments plus lourds que le fer ?
- Nommez les deux types d'orbites de satellites artificiels.
- Pourquoi un satellite en orbite plus élevée se déplace-t-il plus lentement ?
- (P) Que se passe-t-il à la longueur d'onde d'une onde lorsque sa source s'éloigne ?
- (P) Énoncez les deux preuves du Big Bang.
- (P) Qu'est-ce que le FDC ?
Réponses : 1 attraction gravitationnelle ; 2 l'hydrogène fusionne en hélium, libérant de l'énergie qui équilibre la gravité ; 3 géante rouge, naine blanche, naine noire ; 4 étoiles beaucoup plus massives que le Soleil ; 5 lors des supernovae ; 6 géostationnaire et orbite polaire basse ; 7 la gravité étant plus faible à distance, une force centripète et une vitesse plus faibles suffisent ; 8 (P) elle augmente (décalage vers le rouge) ; la fréquence diminue ; 9 (P) décalage vers le rouge augmentant avec la distance ; le CMBR ; 10 (P) rayonnement remplissant l'univers, vestige du Big Bang.