Les camps d'Astronomie

Depuis la suppression des camps de ski les élèves qui ne suivaient pas le cours facultatif d'observation astronomique n'avaient plus la possibilité de participer à des observations au télescope. C'est la raison pour laquelle nous avons profité de l'instauration (malheureusement provisoire) à Rousseau de semaines décloisonnées ("hors-cadre") pour proposer un thème pluridisciplinaire :

« ASTRONOMIE ET MYTHOLOGIE »

Cette formule a rencontré un vif succès puisque, les trois fois, il a fallu refuser des élèves, faute de places disponibles.

Ces camps avaient lieu au Chalet de l'Hermitage, au-dessus de l'Abbaye, dans la Vallée de Joux (VD). En 1988, ce camp fut dédoublé et une partie des élèves se rendirent à Arbaz (VS) où ils purent profiter des installations de l'observatoire.

Ces camps furent l'occasion d'expériences de vie communautaire exceptionnelles, puisque les installations de l'Hermitage sont particulièrement spartiates (cuisine et chauffage au bois, eau à la pompe, électricité à la génératrice). Les élèves s'occupaient des "tâches ménagères" (cuisine, vaisselle, bois, etc..). La journée était consacrée aux séminaires (environ 6 heures) et le soir aux observations.

Voici, à titre d'exemple, le rapport d'observation de l'édition 1997 :

SEMAINE HORS-CADRE « ASTRONOMIE ET MYTHOLOGIE » LES HERMITAGES (1205 m.), 29 SEPT.- 3 OCT. 1997

Les Hermitages

BILAN DES ACTIVITES

SEMINAIRES

Le programme des séminaires était ambitieux. Cependant, grâce à la motivation et à l'intérêt des élèves, et en réponse à leurs nombreuses questions, il nous a non seulement été possible de le parcourir entièrement, mais de le déborder largement.

Ainsi, en plus des notions présentées dans le document remis aux élèves, les sujets suivants ont-ils été abordés :

RAPPORT D'OBSERVATIONS

En raison d'une météo exceptionnelle et de l'absence de Lune (nouvelle Lune le 1 oct.), les conditions d'observation du ciel furent idéales. Hormis un bref passage nuageux jeudi soir, c'est l'ensemble d'une voûte céleste remarquable de transparence qui s'est offerte à nos yeux et à nos appareils. Les observations furent menées le soir, de 20h à 22h30, ainsi que le matin entre 4h30 et 6h, pour un total de plus de 10 heures, la journée étant réservée au travail en séminaires (plus de 16h), aux tâches ménagères (cuisine, vaisselle) et à la détente.

Matériel

Introduction

Durant cette semaine les élèves se sont "acclimatés" aux notions délicates de géométrie sphérique, de coordonnées azimutales et équatoriales, de mouvements apparents de la sphère céleste. Ils ont appris à repérer le pôle céleste nord, l'équateur céleste ainsi que l'écliptique. Ils se sont familiarisés avec les divers chemins du ciel, et ont apprivoisé plus de 30 constellations. Enfin, ils ont pu observer, à l'oeil nu et au télescope, au moins un échantillon de chaque type d'objet céleste, à savoir, planètes, météorites, systèmes doubles, amas ouverts, amas globulaires, restes de supernovae, nébuleuses diffuses, nébuleuses planétaires et galaxies.

Le système solaire

Notre étoile: le Soleil . Nous en sommes distants de 150 millions de km (1 unité astronomique ou 8 minutes-lumière) . Son diamètre est de 1,5 millions de km soit environ 375 fois la distance Terre-Lune. Sa masse est de 2x1030 kg. Sa température superficielle est de 5800K, d'où son aspect jaune, alors que la température du centre, siège des réactions de fusion thermonucléaire, est de 15 millions K.

Le Soleil a été observé en mode projectif avec le télescope Newton et à l'aide d'un filtre milar de densité 4 avec le Schmidt-Cassegrain (grossissement 70x). Bien que proche du minimum d'activité (cycle de 11 ans), le Soleil présentait, sur le bord de son disque, un petit groupe de taches. C'est à Galilée, en 1613, que l'on doit la découverte de ce phénomène spectaculaire. Il utilisa d'ailleurs cette observation pour déterminer la période de rotation du Soleil sur lui-même (26 jours). L'aspect de ces taches est dû à une température locale légèrement plus faible (4500K) que celle du reste de la surface du Soleil (5800K). Elles correspondent à des régions où le champ magnétique est plus intense et sont associées à de gigantesques jets de matière incandescente, les protubérances. Le nombre de taches suit un cycle de 11 ans mesurant l'activité solaire.

Autre observation intéressante, l'assombrissement centre-bord, dû à la forme sphérique du Soleil.

Les planètes sont, comme la Terre, des satellites du Soleil. L'éclat des planètes, dû à la réflexion sur leur surface de la lumière solaire, est suffisamment élevé pour que la turbulence ne fasse pas clignoter l'astre : contrairement aux étoiles, les planètes ne scintillent pas. Se trouvant toutes dans le même plan, elles suivent dans le ciel la même trajectoire que le Soleil : l'écliptique.

Le Soleil, les planètes et d'autres petits corps (astéroïdes, comètes) constituent le système solaire.

Les planètes ont été observées avec des oculaires de 30mm (grossissement de 67X), 25mm (80X),12mm (167X) et 7mm (286X).

Les essaims de météorites sont associés aux orbites cométaires. Lorsqu' une comète s'approche du Soleil, sa surface va se sublimer (passage direct de l'état solide à l'état gazeux). Les gaz, les poussières et les fragments solides ainsi éjectés formeront les queues visibles de la comète. Ces particules parsèment la trajectoire de la comète, et y restent bien après son départ. Lorsque la Terre, dans sa rotation autour du Soleil, coupe cette trajectoire, des fragments et des poussières, attirés par la gravitation terrestre, vont tomber et s'échauffer dans l'atmosphère, devenant incandescents : ce sont les étoiles filantes ou météorites. On estime à 10'000 tonnes par année la masse totale de météorites atteignant le sol, la majorité, fort heureusement, sous forme de minuscules fragments.

Ces pluies d'étoiles filantes semblent provenir d'une région bien définie du ciel, le radiant, auquel on donne le nom de la constellation qui le contient. Par exemple, les Perséides, associées à la comète Swift-Tuttle, présentent un maximum, pouvant atteindre 10 météores à la minute, à la mi-août.

L'essaim des Draconides associé à la comète P/Giacobini-Zinner, dont la période est de 6 ans, a été observé (plusieurs dizaines d'étoiles filantes) proche de son maximum qui a lieu du 6 au 10 octobre. Vitesse de pénétration dans l'atmosphère relativement lente (25km/s).

Les constellations et les chemins du ciel

Ce genre d'observation s'effectue à l'oeil nu. Certains chemins remarquables permettent de se repérer facilement :

L'écliptique : Trace dans le ciel du plan du système solaire. L'écliptique correspond à la trajectoire apparente dans le ciel du Soleil, de la Lune et des planètes. Le soir, l'écliptique est bas sur l'horizon sud, car il se trouve au-dessous de l'équateur céleste (Région Sagittaire, Capricorne), tandis que le matin, il se trouve au-dessus de l'équateur céleste (Région Taureau, Gémeaux). Les deux intersections entre l'écliptique et l'équateur céleste correspondent, lorsque le Soleil y passe, aux équinoxes. Lors de l'équinoxe de printemps, le Soleil se trouve à l'intersection située dans les Poissons (point γ). L'intersection correspondant à l'équinoxe d'automne se trouve dans la constellation de la Vierge

Le zodiaque : Bande des constellations (13 !) contenant l'écliptique et dotée de pouvoirs magiques par les astrologues. Observation le soir, d'ouest en est, de la Balance, du Scorpion, d'Ophiucus, du Sagittaire, du Capricorne, du Verseau et des Poissons. Le matin, toujours d'ouest en est, les Poissons, le Bélier, le Taureau, les Gémeaux, le Cancer et le Lion. Ainsi, les 13 constellations du zodiaque ont-elles pu être observées.

La Voie Lactée : Il s'agit de notre galaxie, vue de l'intérieur. Sa forme en galette fait que l'on observe beaucoup plus d'étoiles dans la direction de son plan que dans la direction perpendiculaire. Le soir, sa trace était bien visible, selon une orientation NE-SW, dans la région Aigle, Cygne, Cassiopée, Persée. Le matin, elle avait complètement changé d'orientation (NW-SE), et suivait le Cygne, Cassiopée, Persée, Cocher, Gémeaux et Grand Chien.

Les systèmes doubles ou multiples

Les étoiles doubles ou multiples sont liées physiquement, c'est-à-dire qu'elles gravitent autour d'un centre de gravité commun. L'étude de tels systèmes est très importante en astrophysique, puisqu'elle permet notamment de déterminer la masse des étoiles. En outre, l'observation des étoiles doubles permet de comparer la couleur des étoiles, qui est un indicateur de température superficielle (voir le paragraphe Spectroscopie).

Spectroscopie

Les spectres d'étoiles ont été obtenus à l'aide d'un réseau de diffraction de 217 traits par mm. Observation et comparaison des spectres d'une étoile bleue (Véga, type spectral A0, T = 12000K) et d'une étoile jaune (Arcturus, K2, T = 4000K).

Le matin, comparaison, en passant rapidement d'un télescope C8 à l'autre, des couleurs de Bételgeuse (Rouge, T = 3000K, classe spectrale M) et de Rigel (Bleue, T = 20000K, c.s. B) dans Orion.

Les objets Messier

Charles Messier (1730-1816). Premier astronome à étudier le retour de la comète de Halley, il va découvrir 46 comètes dont 21 inconnues. Louis XV l'honore du titre de "furet des comètes". Pour faciliter la recherche des comètes, il publie, entre 1771 et 1781, un catalogue contenant et décrivant une centaine d'objets nébuleux mais fixes, qui ne peuvent donc pas être des comètes. Supplanté aujourd'hui par d'autres catalogues plus riches et plus précis (par ex NGC), le catalogue Messier reste très utile pour l'astronome amateur. M13, par exemple est le 13ème objet du catalogue Messier.

Amas ouverts

Les amas ouverts (ou galactiques) sont situés dans les bras de la Galaxie. Ils sont riches en matière interstellaire dont les étoiles ont besoin pour se former. Ils sont constitués de quelques centaines d'étoiles jeunes (quelques dizaines de millions d'années), souvent encore entourées de la nébuleuse qui leur a donné naissance. Ils n'ont pas de forme particulière (d'où leur nom) et vont se disperser au gré des mouvements propres des étoiles qui les constituent.

Amas globulaires

Les amas globulaires comptent parmi les objets les plus vieux de la Galaxie. Ils ont été formés en même temps qu'elle et gravitent autour de son noyau dans une région appelée le halo. Ils comportent généralement quelques centaines de milliers d'étoiles concentrées dans une sphère (d'où leur nom) de quelques centaines al. de diamètre. Ils sont dépourvus de matière interstellaire, ce qui fait que la formation de nouvelles étoiles y est impossible. Ainsi, toutes les étoiles d'un amas globulaire ont le même âge, mais se trouvent à des stades évolutifs différents selon leur masse.

Restes de supernovae

Les étoiles massives (M > 5 MSoleil ) finissent leur vie par une gigantesque explosion qui les rend momentanément plus lumineuses que toute la galaxie qui les contient: ce sont les supernovae. Durant cette explosion, tous les éléments lourds, du fer à l'uranium, sont synthétisés. La matière est expulsée dans l'espace à des vitesses énormes (plusieurs milliers de km/s. ). Il reste donc une nébuleuse en expansion, contenant en son centre le noyau hyperdense de l'étoile morte, appelé pulsar ou étoile à neutrons.

Nébuleuses planétaires

Les étoiles moins massives meurent moins violemment que les supernovae. En fin de vie, elles se contentent d'éjecter dans l'espace les couches superficielles de leur atmosphère. Il en résulte une bulle sphérique de gaz, la nébuleuse planétaire, avec en son centre, une petite étoile très dense et très chaude (T> 100000K) : une naine blanche. Cette matière ira enrichir le milieu interstellaire, et participera à la formation de nouvelles étoiles.

Nébuleuses diffuses

Comme leur nom l'indique, il s'agit de poches de gaz et de poussières, sans forme particulière, qui résultent de l'explosion des supernovae. Il s'agit de véritables pouponnières d'étoiles, puisque la formation stellaire a lieu à partir de cette matière interstellaire. Ces nébuleuses diffuses contiennent donc généralement de nombreuses étoiles jeunes dont la lumière est diffusée par la nébuleuse qui leur a donné naissance. Les nébuleuses se situent dans les bras de la Galaxie.

Galaxies

Les galaxies sont de gigantesques systèmes contenant de l'ordre de 100 milliards d'étoiles. Notre Galaxie appartient à un groupe de galaxies, appelé groupe local, et comportant notamment les Nuages de Magellan ainsi que la grande Galaxie d'Andromède.

Conclusion

Durant cette semaine, les découvertes furent riches et nombreuses, la moisson abondante :

Je me permets enfin de rappeler les buts que les organisateurs s'étaient fixés pour ce camp : une semaine d'échange et de partage, d'interrogations et de découvertes, de travail et de détente, de convivialité et d'amitié. Comme il l'a déjà été relevé lors du bilan, c'est un réel plaisir de constater que tous ces buts ont été largement atteints.

Daniel Cevey

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