Cerro Paranal
Le Very Large Telescope au Chili. Crédit : ESO

L’histoire de l’astronomie

Cette section retrace l’histoire de l’astronomie, ses origines dans les civilisations antiques, son développement pendant le miracle grec et l’âge d’or de l’Islam, son entrée dans l’époque moderne avec Nicolas Copernic, Tycho Brahe, Johannes Kepler, Galileo Galilei, et enfin la naissance de la mécanique céleste avec Isaac Newton. Elle détaille ensuite l’histoire de l’astrophysique, qui, née grâce à l’analyse spectrale, nous a permis d’étudier la nature physique des corps célestes. Elle explore finalement les moyens de l’astronomie moderne, en particulier les télescopes spatiaux et l’observation dans toutes les longueurs d’onde du spectre électromagnétique.

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Le système solaire interne

Dans ce chapitre, nous visitons les quatre planètes rocheuses du système solaire interne, Mercure, Vénus, la Terre, et Mars, pour finir dans la ceinture d’astéroïdes et autour de la planète naine Cérès. Nous nous intéressons à quelques aspects particuliers comme la formation du système solaire, les atmosphères planétaires, les éclipses et marées du système Terre-Lune, le changement climatique sur notre planète, et la recherche d’eau sur Mars.

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Une dune sur Mars
Une dune à la surface de Mars. Crédit : NASA
Un ouragan sur Saturne
La planète géante Saturne. Crédit : NASA

Le système solaire externe

Cette partie explore le système solaire externe, en commençant par la planète Jupiter et ses quatre grands satellites, Io, Europe, Ganymède et Callisto. Nous survolons Saturne et ses deux plus intéressants satellites, Encelade et Titan, puis Uranus et Neptune. Nous nous intéressons ensuite aux régions les plus éloignées du système solaire, le système Pluton-Charon, les objets transneptuniens comme par exemple Haumea et Eris, les comètes, la ceinture de Kuiper et le nuage d’Oort.

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Le Soleil et les étoiles

Cette section s’intéresse à l’astronomie stellaire, avec une attention particulière pour l’étoile la plus proches de nous, le Soleil, sa surface, sa chromosphère, sa couronne et son vent. Elle se tourne ensuite vers les autres étoiles, leur distance, leur taille, leur masse, et leur source d’énergie. Puis elle passe en revue les différents stades de l’évolution de la majorité des étoiles : la séquence principale, les géantes rouges, les étoiles variables, les nébuleuses planétaires, les naines blanches et les novæ.

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La nébuleuse de l'hélice
La nébuleuse planétaire de l’Hélice. Crédit : ESO
Les Dentelles du Cygne
Une partie des Dentelles du Cygne. Crédit : NASA

Les étoiles massives

Ce chapitre explore l’évolution des étoiles les plus massives et passe en revue les corps stellaires les plus extrêmes : supergéantes, supernovæ, étoiles à neutrons, pulsars, sursauts gamma et trous noirs. Pour mieux comprendre ces derniers, il nous introduit à la relativité restreinte et à la relativité générale, à la notion de courbure de l’espace-temps, et en profite pour expliquer d’autres phénomènes astronomiques comme les lentilles gravitationnelles et les ondes gravitationnelles.

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La Voie Lactée

Dans cette section, nous nous lançons dans l’astronomie galactique, soit l’étude de notre galaxie, la Voie Lactée. Nous faisons connaissance avec ses deux composants principaux, le gaz interstellaire et les poussières interstellaires, et nous intéressons à la naissance des étoiles et aux corps associés à ce processus : les nuages moléculaires géants, les étoiles T Tauri, les régions HII. Nous nous dirigeons ensuite vers le cœur de la Voie Lactée et découvrons la structure composite Sagittaire A, la source radio Sagittaire A* et le trou noir supermassif du centre galactique.

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La nébuleuse d'Orion
La nébuleuse d’Orion. Crédit : ESO
NGC 2841
La galaxie spirale NGC 2841. Crédit : NASA

Les galaxies

Dans cette partie, nous explorons les autres galaxies et leurs différents caractères. Nous nous intéressons à certains types particuliers de galaxies comme les radiogalaxies et les quasars, et découvrons leur moteur, un trou noir supermassif entouré d’un disque d’accrétion. Nous passons enfin à l’échelle supérieure en observant les galaxies s’organiser en groupes, amas et superamas, en particulier le superamas Laniakea, pour donner naissance à la structure à grande échelle de l’Univers.

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L’Univers

Ce chapitre s’occupe de cosmologie, l’étude de l’Univers dans son ensemble, et s’intéresse en particulier à son expansion et à son âge. Il passe en revue les observations qui prouvent l’existence d’une matière noire, sous forme baryonique ou exotique, et les instruments qui essayent de détecter cette dernière. Il se tourne alors vers l’accélération de l’expansion et sa source présumée, l’énergie noire, avant de se préoccuper de l’avenir de la matière et de l’Univers.

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L'Univers lointain par Hubble
L’Univers lointain par Hubble. Crédit : NASA
Désintégration d'une particule
Désintégration d’une particule. Crédit : CERN

Le Big Bang

Cette section a pour objet le Big Bang. Elle nous introduit d’abord à quelques concepts de base de la physique, les particules élémentaires, les forces, les théories d’unification, et à certains aspects de la mécanique quantique comme la dualité onde-particule et les particules virtuelles. Elle nous fait ensuite parcourir les étapes de l’évolution de l’Univers primordial : le Big-Bang, l’ère de Planck, la période d’inflation, la naissance de la matière, la nucléosynthèse primordiale, la recombinaison et l’apparition du rayonnement fossile, puis l’entrée dans l’âge sombre de l’Univers. Elle finit avec quelques curiosités comme le réglage des constantes fondamentales et la notion d’univers parallèle.

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Les planètes et la vie

Ce chapitre commence avec un inventaire des différentes méthodes de détection d’exoplanètes et un survol de leurs résultats. Il continue en s’intéressant à la chimie de la vie, à son apparition sur Terre et à sa complexification. Il se tourne ensuite vers les autres planètes pour déterminer les conditions favorables à la vie et passer en revue les différentes tentatives de détection de vie extraterrestre. Il s’interroge finalement sur les résultats décevants de ces recherches et explore quelques idées comme le paradoxe de Fermi et le Grand Filtre.

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Survol de la Terre par la sonde Messenger
La Terre à 56.000 kilomètres. Crédit : NASA