FORMULES de PHYSIQUE
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C3.ASTRES et ÉNERGIE
-activité solaire
L'activité solaire est un terme général exprimant la valeur des divers paramètres concernant certaines formes d'énergies émises par le soleil. On y trouve :
LA VALEUR du CHAMP MAGNETIQUE
Elle est exprimée par une échelle dite "index planétaire" Kp (Kennziffer planetarische) qui va de 0 à 9 et qui prend en compte la puissance du champ magnétique pendant 3 heures consécutives.
Le rythme est considéré comme calme pour Kp < 4 et comme fort pour Kp > 6
En valeur S.I.+ le champ est de l'ordre de quelques nanoTeslas
LA VALEUR des RAYONNEMENTS X
Considérés pour des longueurs d’ondes λ comprises entre 1 à 8 angströms
La puissance surfacique (en W/m²) est dite faible si < 10-5
Elle est forte pour 10-4 et 10-3 représente un méga-flux
LE DEBIT de FLUENCE de PARTICULES
Il est exprimée en part/cm²/s/sr (unité valant 104 unités S.I.+)
On regarde surtout le débit de fluence des protons
(faible si # 10-2) et (fort si > 10)
Et le débit de fluence des électrons (normal si # 10 et élevé si > 103)
LES EJECTIONS MASSIQUES (des protubérances)
Ce sont les autres particules (dites C.M.E) qui arrivent par les vents solaires jusqu'à la Terre.
Ils sont repérés sur une échelle allant de 1 à 5
-amas stellaire
Un amas ouvert est un groupe de # 102 à 3 étoiles (de même origine). Masse totale de 1033 kg environ Diamètre de 1019 à 21m.Peu de relations gravitationnelles (d’où dispersion) Exemples : Pléiades-Chevelure de Bérénice-Taureau
Un amas globulaire est un groupe de # 104 à 6 étoiles (masse # de 1035 kg)
Exemple oméga du centaure
Un amas galaxique (ou galaxies) est un ensemble de # 107 à 12 étoiles (masse # 1040 kg)
-l'amas local est constitué de notre galaxie + une vingtaine de galaxies voisines
-le superamas de la Vierge est constitué de l'amas local et d'une quinzaine d’autres galaxies voisines (masse # 1046 kg)
-constante de Gauss
La constante de Gauss est la vitesse angulaire d'une [planète Terre prototype], qui tournerait autour du soleil à une distance précise et constante -dite "unité astronomique"- valant 149597870691 mètres
Cette vitesse angulaire serait alors de 0,01720209895. rad / jour (ou 0,9856076686 degré d'angle par jour ou encore # 2.10-7 rad/seconde)
-constante solaire
La constante solaire (symbole p*s) est un cas particulier de puissance surfacique
C'est la puissance reçue depuis le soleil (son flux) ramenée à la surface d'une sphère hypothétique située à 50 kilomètres au-dessus du sol terrestre et que l'on suppose être très exactement à 1 unité astronomique du soleil
1 unité astronomique (u.a) est égale à 1,49559787.1011 mètres. Mais dans les calculs énergétiques, on peut se contenter d'un nombre arrondi et on accepte 150 millions kms.
Cette puissance surfacique reçue, symbolisée p*50 est nommée constante solaire et vaut p*50 = p*S(lrs / lst)² d'après la loi de Newton
p*S est la puissance surfacique émise par le soleil (valant elle-même :
KSB.T4 d'après la loi de Stefan-Boltzmann, où KSB = 5,67.10-8 W/m²-K-4 et T est la température de surface du soleil = 5780 K),
donc p*S = 6,4.106 W/m²
(lrset lst) sont respectivement le rayon du soleil et la distance soleil-terre
La valeur numérique résultante est: p*50 = 6,4.106 (0,7/150)² = 1394 W/m²
Cette valeur doit toutefois être pondérée, car il y a diverses déperditions énergétiques et la valeur retenue est de 1361 Watts /m²
Cette valeur est une moyenne, variant de +/- 3,4%, selon la position de la Terre sur sa trajectoire elliptique de planète
On peut la calculer plus précisément et calendairement avec la formule :
p* = (1361).(1 + 0,033 x Cos360° x (j - 2,7206) / 365,25)
où j est le numéro du jour de l'année
Nota : au niveau du sol terrestre, cette valeur chute fortement (8 fois moindre) à cause des nuages, des molécules d'air, des réflexions et diffusions... et il n'en reste que 168 Watts/m² en moyenne
-cycles stellaires
L'énergie des étoiles provient de réactions chimiques cycliques, qui transforment l'hydrogène en hélium (début des alourdissements successifs des corps simples stellaires)
Les symboles ci-dessous signifient: (1 Mev # 1,6.10-15 J) --- (21H et 31H = deutérium et tritium) --- (He = hélium) --- (n = neutron) --- (p = proton = 1 H) --- (n = neutrino) --- (α,β,g = rayons alpha, béta, gamma) --- (e = électron)
LE CYCLE C-N (CARBONE-AZOTE)
126C + p donne >>> 137N + β+ donnant >>> 136C + e+ + n qui, avec un nouveau p >>> donne 158O + β + >>> donnant 157N qui, avec un nouveau p >>> donne 126C + 42He
La récupération de 126C en fin de cycle, permet de recommencer le cycle (mais ayant permis de récupérer une énergie créant une température > 1010 K)
LE CYCLE C-N-O (CARBONE-AZOTE-OXYGÈNE) ou CYCLE DE BETHE
136C >>> donne 147N + p + g >>> donnant 158O + p >>> donnant 157N + e+ + n >>> donnant :
a))soit 168O + p + g >>> donnant 179F + p + g >>> donnant 178O + 1H >>> redonnant
147N + p + α pour revenir au départ du cycle (168O + p + g)
b))soit 126C + p + α >>> donnant 137N + p + g >>> redonnant 136C + e+ + n pour revenir au point de départ
Tout ceci avec émissions énergétiques (à chaque fois de 2 à 10 MeV)
LE CYCLE p-p
p est un proton (c'est à dire 1H) et l'association de 2 p produit une fusion thermiquement intéressante
1H +1H donne 21H + e+ + n puis 1H + 21H donne 31He + g + 5,49 MeV
puis (très tardivement) 3He + 3He donne 4He + 1H +1H + grosses énergies (13 MeV) permettant atteinte de températures supérieures à 106 K
Le cycle p-p produit 98% de l'énergie solaire
-densité surfacique de flux de particules
La densité surfacique de flux de particules est une notion utilisée pour le comptage des particules de provenance astrale
C'est bien entendu une répartition (dite "densité") d'un nombre de particules réparties sur une surface (d'où le mot "surfacique") pendant un certain temps (d'où le mot "flux")
Equation de dimensions structurelles : L-2.T-1 Symbole :y*
Unité S.I.+ : particules/m²-s
Exemple >> la densité de particules cosmiques reçues sur Terre, à faible altitude,
est # 1100 part/s-m²
-éclat d'un astre
L'éclat est un terme utilisé en astronomie
il faut distinguer l'éclat émis par l'astre (qui est une exitance lumineuse, forme de luminance, c'est à dire une puissance surfacique et spatiale) dont l'unité est le nit
et l'éclat reçu (sur Terre) qu'on nomme plutôt illuminance, avec l'unité lx/sr
Equation aux dimensions structurelles : M.T-3.A-1
Symbole de désignation : Dé Unités d’usage : nit ou lux par stéradian
Relation entre éclat et magnitude astrale visuelle absolue
La magnitude astrale M'a (un classement de l'apparence lumineuse) est fonction de l'éclat sous la relation >>
M'a = -35,78 + 2,512 log Dé / θ
où θ(rad) = parallaxe de l’astre (c'est à dire l'angle de "vue" d’un demi grand-axe de l’orbite terrestre depuis cette étoile) et Dé= éclat (en nit) émis par cet astre
-énergie du milieu universel (énergie du vide)
On a pris l'habitude de désigner le contenu de l'espace-temps par le mot ''vide''
C'est un mot bien mal choisi, car vide implique l'absence de toute chose (ni matière, ni particules, ni ondes...rien) Or il est évident que le monde réel possède une texture, une conformation, des caractéristiques concrètes, qui nous obligent à le définir comme une organisation formelle et il est plus opportun de le nommer MILIEU UNIVERSEL
Ce MILIEU UNIVERSEL est déterminable par :
1-huit éléments structurels actifs
Il existe huit éléments fondamentaux, qui interviennent dans la création de tous phénomènes physiques :
-tout d'abord il existe quatre entités d'induction baignant dans le milieu universel et génératrices de tous les phénomènes. Elles ne sont perceptibles (et donc mesurables) qu'à travers leurs champs d'induction (chaque champ étant l'expression surfacique et angulaire de l'entité en cause)
Ces champs sont : le champ d'induction gravitationnel, le e champ d'induction gravifique, le champ d'induction électrique et le champ d'induction magnétique
-par ailleurs, quand les circonstances s'y prêtent, ces 4 entités d'induction (ou leurs champs) activent l'apparition d'une autre famille de 4 grandeurs, dites induites, qui sont également réactives, et que l'on sait mesurer : ce sont la masse, l'impulsion, la charge électrique et la charge magnétique
Les champs induits qui leur correspondent (et qui sont chacun, similairement, l'expression surfacique et angulaire de chaque entité induite) sont:
le champ gravitationnel induit, le champ dynamique, le champ de déplacement (excitation électrique) et le champ d'excitation magnétique
-2-il existe par ailleurs quatre éléments de structure constitutive du milieu universel, nommés FACTEURS DE MILIEU (voir chapitre spécial) Quand ces derniers prennent une valeur limite, dite disruptive, cela permet aux 4 notions d'induction ci-dessus, d'initier les créations des 4 entités induites -également désignées ci-dessus-
-3-une consistance du milieu, nommée ETHER permettant d'expliquer le nécessaire support d'évolution des ondes électromagnétiques et des ondes de matière.Prétendre que le voyage d'une onde ou le transfert d'une énergie puissent se faire dans rien, n'est (physiquement comme métaphysiquement) impossible. On ne peut pas faire rouler des trains sans rails....on ne peut pas faire transiter la chaleur du CMB (ou FDC) en l'absence de tout appui fluidique....on ne peut pas expliquer la force d'inertie, sans support vectoriel....etc
L'éther a été contredit par les expériences de Michelson (voir chapitre spécial) mais la validité expérimentale de ces contredits n'est pas probante. L'éther existe
-4-une potentialité énergétique de ce milieu, c'est à dire une réserve énergétique, permettant au monde de fonctionner. Il faut bien qu'il y ait une énergie présente dans le "milieu vide", pour expliquer:
--quelle énergie fut nécessaire pour créer tous les phénomènes passés
--quelle énergie entretient tous ces phénomènes actuellement
--quelle énergie permettra de faire durer (et évidemment démultiplier) les mêmes phénomènes dans l'avenir.
PARAMETRES CARACTERISTIQUES de l’UNIVERS (exprimés en unités S.I.+)
voir chapitre spécial
ENERGIE du MILIEU UNIVERSEL (ex ENERGIE du VIDE)
C'est le stock de l'énergie qui a été libéré lors du big bang et que l'on considère ayant valeur constante depuis ce moment-là.
On nomme aussi cela: énergie du vide ou énergie diffuse ou énergie radiante ou champ de tachyons ou champ d'énergie quantique ou énergie de vide quantique
On suppose que chaque parcelle ultime du milieu universel (vide) est un volume faisant fonction de mini-oscillateur harmonique, dont l'énergie est le minimum énergétique conventionnel (quantum fondamental, valant h.n / 2) et dénommé " énergie de point zéro" ou "énergie intrinsèque" . C'est l'état énergétique minimal du champ global de l'énergie du vide. Ce champ ne deviendra excité que lorsqu'il y apparaîtra création d'objet (matière, rayons....)
1.NECESSITE de PREVOIR une ENERGIE du MILIEU UNIVERSEL
(dite parfois ''ENERGIE du VIDE'')
L'énergie du milieu "vide" est patente, à travers plusieurs considérations >>>
--on a remarqué que la naissance de la plupart des particules réelles est accompagnée (parallèlement et au même moment) de l'apparition de "particules virtuelles", qui n'ont pas d'origine logique, ou discernable, dans les phénomènes en question. Il faut donc qu'elles proviennent d'un paquet d'énergie stocké hors de nos zones mesurables ou définissables, c'est à dire issues nécessairement du milieu ambiant (le vide)
--l'effet Casimir (force apparaissant entre deux plaques non chargées) prouve que l'énergie créée dans cette expérience provient du milieu spatial, puisqu'il n'y a aucun apport énergétique connu dans l'expérimentation
--l'effet Unruh (apparition de chaleur quand une particule se déplace sous forte accélération, sans autre apport externe connu) démontre également que le vide produit parfois spontanément une énergie (ici calorifique)
--l'effet Lamb (décalage spontané entre 2 niveaux de l'atome d'hydrogène) ne peut provenir que d'un apport énergétique du milieu universel
--le rayonnement de Hawkins (subtil rayonnement énergétique d'un trou noir) semble également provenir d'une énergie prise au vide
--l'effet Schwinger (apparition spontané de charges dans le champ magnétique de l'électron) ne peut s'expliquer que par l'apport du vide
--l'apparition de matière est, de son côté, l'évidente conséquence d'une déstructuration du "milieu spatial" car où la matière serait-elle potentiellement cachée ailleurs ?
Tous les exemples ci-dessus impliquent que le milieu universel soit énergétiquement structuré (principe d'équilibre énergétique de l'univers)
2.USAGE de CETTE ENERGIE
--une partie a servi à créer ce qui existe actuellement (les rayonnements, les particules élémentaires ou fugaces, la matière, les charges...)
--une autre partie sert aujourd'hui -sous forme de colossale puissance- à entretenir les mouvements de tout ce qui bouge en ce moment (énergie cinétique, rotations et vibrations, chaleur...)
--une dernière partie servira à créer de nouveaux éléments et à maintenir tout cela en marche jusqu'à la fin des temps (donc pour la durée de vie de l'univers--en supposant que tout soit isotrope et isochrone--)
3.CALCUL de l'ENERGIE UNIVERSELLE
On calcule l'énergie universelle EU par 2 approches :
1° approche à partir de la notion "énergie globale''
L'énergie du milieu universel (le vide) dépend de ses paramètres structurels .
C'est EU = KL.c4.V / G
où EU(J)= énergie universelle
KL= constante cosmologique (valeur standard = 2,2.10-51 sr/m²)
V(m3) = volume de l'univers observable (~ 1,7.1079 m3)
c = constante d'Einstein (# 3.108 m/s)
G = constante de gravitation [8,385.10-10 m3-sr/kg-s²]
La valeur numérique de EU en découle >> (toutes les unités en S.I.+)
(2,2.10-51.[(3.108)]4.(1,7.1079) / 8,38.10-10 ~ 3,5.1071Joules
Ce qui entraîne une énergie volumique (moyenne) de
(3,5.1071 J) / (1,7.1079 m3) soit ~ 2.10-8 J/m3
2° approche : calcul de l'énergie totale du vide, à partir de la "force de Casimir''
L'expérience de Casimir montre qu'une force d'attraction apparaît spontanément entre 2 plaques conductrices non chargées, quand elles sont très proches, face à face.
Cette force d'attraction entre les plaques est F = 2p.h.c.S / Kca. l4
donc la pression entre les plaques est
p = F / S = 2p.h.c / Kca. l4
où p(N/m²) est la pression entre les plaques, S(m²) est la surface des plaques, l(m) est l'espacement entre plaques, c(m/s) est la constante d'Einstein, h est Dirac h et Kca est un facteur constant, dit constante de Casimir et valant 103
--dans une application réelle de cette formule, où la distance interplaques(l) est de 10-5 mètre et la surface(S) des plaques est de 1 m² on relève que
F / S = (6,28).(1,05.10-34).(3.108) / 103.10-20 = 2.10-8 N/m²
C'est bien identique à l'énergie volumique de 2.10-8 J/m3 calculée au § précédent (le N/m² est une unité équivalente au J/m3 car pression ~ énergie volumique)
3° énergie de point zéro
On nomme énergie de point zéro l'énergie minimale stockée dans une unité massique de l'univers (i.e. dans 1 baryon) c'est donc Epo = EU / nb = 3,5.1071/ 1,5.1081 = 2.10-10 Joule
Cette zone unitaire fait fonction de mini-oscillateur harmonique, dont l'énergie est le minimum énergétique (sorte de quantum fondamental, valant h.n / 2) et dénommé "énergie de point zéro" ou "énergie intrinsèque" .
n est la fréquence de fluctuation du vide (soit 7.1023 Hz) et on retrouve bien
Epo = (6,63.10-34).(7.1023)/2 = 2.10-10 J.
4.LA MASSE VOLUMIQUE MOYENNE
La masse volumique de la matière baryonique est de r’u = mU / Vuo = 1,7.1053/ 3,2.1080 = 1,2.10-28 kg/m³
Ceci correspond approximativement à une particule par mètre cube
La masse volumique de la matière totale de l'univers est (à la fois la matière connue + le cortège des particules virtuelles + la masse manquante, qui est de la matière supputée, y compris la matière sombre) tout cela réparti dans l'univers en tenant compte de sa taille avec expansion est environ 4 fois supérieure soit 5.10-28 kg/m³
La catastrophe du vide
On désigne ainsi l'incompréhension qui apparaît quand on compare la gigantesque masse volumique énergétique du vide au début de la création (au temps de Planck) où elle valait (~ 1097 J/m3) et ce qu'elle est devenue à notre époque (~ 10-10 J/m3) soit un écart de 10107 --alors qu'on évoque, entre ces 2 dates, une expansion globale d'un facteur linéaire de ~ 1020 soit donc volumiquement de ~ 1060
Aucun doute qu'il y a insuffisance dans notre appréciation chiffrée de l'inflation
5.UTILISATION de l’ENERGIE du MILIEU UNIVERSEL
Rappelons qu’il s’agit d’une énergie de ~ 3,5.1071Joules
5.a-les énergies visiblement surgies du passé
Ce sont celles ayant servi -depuis l'origine du monde jusqu'à nos jours- à créer et faire bouger tout ce qui nous entoure (et que nous savons mesurer):
(5.a.1) environ (4,5 %) correspondent à la présence de matière et de rayonnements actuellement perceptibles: (4% sont affectables aux matières rayonnante et massique, dont des baryons, essentiellement dans les astres) // (0,2% pour les leptons autres que neutrinos et les bosons)
Ces 4,5% de l'énergie universelle représentent donc en valeur >> 4,5% de 3,4.1071 J =
1,53.1070 J, ce qui est par ailleurs également donné par la formule d'Einstein
E = m.c² soit(1,7.1053kg) x (9.1016m²/s²)
(5.a.2)1% correspond aux neutrinos. Ils sont très nombreux, à savoir 3.108 / m3, soit donc ~1089 unités dans l'univers non noir, avec une masse unitaire moyenne de 10-37 kg (2.10-5 eV/c²), ce qui représente une Sm.c² ~ 1069 J).
(5.a.3)1% correspond à l'énergie cinétique de translation que le milieu universel(le vide) a dèjà insufflé à toute la matière créée à ce jour, puisque toute cette matièrese déplace à grandes vitesses (interactions, rayons, chimie...).
5.a.4)1% correspond à l'énergie de rotation déjà donnée à toutes les particules du monde, car les particules tournent ou vibrent depuis leur naissance, sans interruption ni ralentissement
5.a.5) 4% correspondent à l'énergie nécessaire à l'expansion et qu'on nomme quintessence: l'univers a, après le big bang, "très fortement gonflé" (c'est linflation) puis il a continué à se dilaterplus lentement (c'est l'expansion), tout ceci nécessitantune colossale énergie, puisée dans l'énergie universelle depuis 13,8 milliards d'années
Certains prétendent que l'expansion est partiellement contre-balancée par la gravitation, d'où l'idée d'énergies antagonistes, que l'on pourrait soustraire l'une de l'autre ? Mais la gravitation ne rembourse pas le milieu universel (vide) de l'énergie qu'elle lui a prise pour créer de l'attraction.Il n'y a pas d'énergie négative, mais seulement des conséquences ou des apparences phénoménologiques certes opposées, mais énergétiquement cumulables. L'univers a besoin de fournir son énergie à la fois pour créer de l'expansion et de la gravitation
(5.a.6)environ 0,1% correspond au potentiel d'énergie nécessaire pour maintenir à 2,72 degrés chaque élément du volume de l'univers (phénomène dit C.M.B ou FDC).
Si l'on estime la capacité thermique du vide sidéral à 1025 J/K, cela correspond à environ 3.1036Joules dépensés chaque année, ce qui représente peu de chose.
(5.a.7) moins de 0,1% est dû aux trous noirs, qui font disparaître certaines parties visibles d'énergie (mais comme vraisemblablement cette énergie sert à recréerplus tard, en d'autres lieux, une matière sous forme mal théorisée, la balance énergétique est nulle)
5.b-les énergies existantes, mais dont on ne connaît que les inférences(etque nous ne savons pas mesurer):
--puis une autre partie (23 %?) qui n’est pas visible, mais qui est sous-jacente, grâce à ses effets mesurables.Ce sont les antiparticules, les particules virtuelles, la matière noire, la masse dite manquante, la matière exotique, etc...
5.b.1)0,3% sont des bosons qui ne sont pas dirigés vers nous.Ils ne nous sont donc pas perceptibles mais ils existent obligatoirement (autocorrélation)
(5.b.2)moins de 0,1% correspond à l'énergie des restes d'antiparticules
(5.b.3)23% correspondent à l'énergie d'éléments mal connus et non mesurables, que l'on dénomme matière sombreet qui se décline en cinq sous-composantes:
...(5.b.3.1)1% correspond à l'énergie issue des 4 facteurs de milieu, ce qui finance, au présent, toutes les interactions entre les masses, les couleurs, les charges électriques et magnétiques
...(5.b.3.2)7% sont justifiés parla matière noire, ensemble de corps sombres dont on connaît la présence (par des conséquences gravitationnelles), mais qu'on ne sait pas voir (on ne peut distinguer les caractéristiques d'un tas de charbon froid sur un fond noir...)
On dénomme ces corps Machos (Massive Compact Halo Objects) et on distingue la matière noire froide (Cold Dark Matter en anglais) et la matière noire chaude (Hot Dark Matter en anglais)Il s'agit d'étoiles naines brunes, d'étoiles à neutrons, de poussières, de corps non émetteurs d'ondes, de planètes, de corps hors d'attraction newtonnienne, de gaz intergalactiques...)
La densité (abondance) de matière noire froide est souvent symbolisée Wh² où W est l’abondance de baryons dans l’univers (~ 4,3%) et h le paramètre de Hubble, d’où Wh² # 0,022
La matière noire joue le rôle de lentille gravitationnelle (v. Chap.457), comme la matière ordinaire.
On lit parfois que la matière noire "traverse" la matière visible, c'est faux: elle se contente de la côtoyer, ou de s'y superposer
...(5.b.3.3)1% provient de la matière non baryonique (dite matière exotique), incluant les neutrinos stériles et certaines particules hypothétiques, commewimps, axions, neutralinos, etc...
...(5.b.3.4)10%vont servir à créer -et faire vivre- le cortège incessant des particules virtuelles, qui forment un bouillonnement permanent de création-disparition de pseudo-particules (lecortège des vraies particules).
Les particules dites virtuelles sont créées dans les zones de fluctuation élémentaire de l'énergie cosmique universelle (dite aussi fluctuation de point zéro ou fluctuation du vide quantique)
En considérant une zone élémentaire de l'énergie cosmique (énergie de point zéro), que l'on peut considérer comme un système, son énergie fluctue de ΔE, pendant un temps Δt, et comme il y a incertitude entre E et t (d'après l’équation du quantum d'action
h # ΔE.Δt) ceci permet d'estimer le temps d'apparition-disparition de ces particules fugaces >> t = h / 2m0.c² soit t # 10-24 s.
car h(J-s)= quantum d'action (const.de Planck = 6,63.10-34J-s), m0 (kg)= masse particulaire (~3.10-27 kg) et c(m/s)= constante d'Einstein (3.108 m/s)
Les particules virtuelles empruntent donc une certaine énergie au milieu pendant 10-24 s ce qui est par ailleurs un temps beaucoup trop faible pour qu'on sache le mesurer.
Les particules réelles sont vraisemblablement des particules virtuelles qui ont su (à l'occasion de la présence d'un graviton) extirper leur masse du champ des charges mésoniques. Mais comme on ne sait pas agir sur la cause de ces stabilisations (réelles), il nous est impossible de les solliciter artificiellement pour en tirer une énergie utilisable (on ne sait pas extraire volontairement l'énergie du milieu universel -on se contente de la constater-)
...(5.b.3.5)12% ) sont nommés masse manquante, qui est un terme parfaitement abusif, car il s'agit d'une masse potentielle (patente) pas encore créée et ce n'est pas une masse, mais une énergie disponible pour fabriquer des futures masses, manquant à l'appel car non encore apparues
Rappelons le mécanisme de création d'une masse (hadron)
Une masse réelle (dite baryonique, bien qu'elle soit plutôt hadronique) est une notion induite, ce qui signifie qu'une masse unitaire (hadron/baryon) est fabriquée (dès lors que les fluctuations de la constante de gravitation sont favorables) par une autre entité inductrice, dite charge mésonique qui, elle, est la première arrivée dans la création du monde. Le baryon n'existait pas à l'état originel ou initial du Big bang, il interviendra plus tard, en qualité d'enfant de la charge mésonique (en termes de physique, on dit qu'il en est induit)
Et ce qu'on appelle la masse manquante, est en fait une masse incréée, encore en instance dans le giron de la charge mésonique (qui est le matériau d'où la masse sera un jour issue).
Comme les charges mésoniques n'ont pas d'interactions visibles dans le monde induit dans lequel nous vivons, elles restent inaccessibles à nos mesures, bien que présentes dans le milieu (dit vide), hors de nos outils d'investigations.
La charge mésonique a pour dimension L3.T-2.A où l'on voit bien qu'il n'y a pas présence de masse(M). Par contre, la création de M en découle (s'en induit), car elle provient d'une variation (fluctuation) locale de la constante cosmologique δKL (en général en sortie de trou blanc).
Et ceci entraîne, en ce lieu, une variation (δρ') de la masse volumique locale, ce qui permet à une charge mésonique disponible Y*, de créer en ce lieu une masse, par développement d'un phénomène d'induction (à distance) répondant à la formulation Y*.δρ' / c².δKL= m
(m en kilos, Y* en m3-sr/s², ρ' en kg/ m3, c en m/s et KL en sr/m²)
Pourquoi la constante cosmologique varie-t-elle ?
A cause de l'anisotropie du vide. En effet, il existe des zones très différentiées, causant cette anisotropie >>> zones de présence excessive de masses (les galaxies), zones avec absence de matière, zones de collisions astrales, zones de perturbations de densité massique (trous noirs, trous blancs), zones de matière noire.... et tout cela provoque des perturbations locales de la constante cosmologique Kλ(qui, bien que notion géométrique de courbure, est influençable par la présence ou l'absence de masses, puisque les masses courbent l'espace-temps).
Or l'énergie globale du milieu universel ("vide") dépend de la constante cosmologique
d'après la relation EU= KL.c4.VU0 / G formule qui se traduit numériquement par
EU = (2,2.10-51)(81.1032)(1,7.1079)/8,38.10-10 = 3,5.1071J
ce qui entraîne une énergie volumique du vide de valeur moyenne(2.10-8 J/m3)
Quand celle-ci varie, la constante cosmologique varie aussi et il y a alors création de matière -dès lors qu'il y a une entité d'induction (charge mésonique unitaire Y*) disponible à cet endroit-
On a alors l'équation de formation de la masse: m = Y* / G = Y*.δρ' / c2.δKL
avec m(kg) = masse créée (~ 2,4.10-27 kg , c'est à dire la masse moyenne d'une particule élémentaire)
δKL(sr/m²) =fluctuation de la constante cosmologique autour de sa valeur de base
Y*(m3-sr/s²)= charge mésonique disponible dans le vide (le quantum de charge mésonique Y* vaut 2,4.10-36 m3-sr/s²)
c(m/s)= constante d'Einstein (2,99792458 .108 m/s)
δρ'(kg/m3)=variation de la masse volumique de la zone de l'espace en cause
Résumons la création d'une masse >>>
une variation (fluctuation) locale de la constante cosmologique δKL( en sortie de trou blanc) entraîne en ce lieu une variation de la masse volumique de point zéro (δρ'), ce qui permet à une charge mésonique disponible Y*, de créer une masse, par développement d'un phénomène d'induction (à distance).
Nota : la naissance des particules primaires (non élémentaires) provient d'autres causes (choc entre 2 particules ultra-élémentaires, désintégrations et recompositions...) :
par exemple le choc de 2 photons g de fréquence supérieure à 1020 Hz crée une énergie E = 2h.ν soit # 10-13Joule (h valant 6,6.10-34 J-s) , ce qui correspond à une particule de 10-30 kg (la pointure d'un électron)
(5.b.4) 3% correspondent à de l'énergie ayant servi à la création des actuelles charges électriques, charges de saveur et charges de couleur
5.c-les énergies qui serviront à créer de nouveaux éléments dans le futur et à animer le monde, jusqu'à sa fin
L'ENERGIE NOIRE
On a vu qu’il était possible d’expliquer une notable partie de l’usage (passé et à venir) de l’énergie de l’univers.Mais il reste une partie (qu’on nomme, par dépit “énergie noire proprement dite” parfaitement inconnue et potentielle).
Certains, pour l'expliquer, évoquentdes particules inconnues,ditesexotiques, ou Machos, ou Wimps, ou Axions, etc...D’autres évoquent des replis de l'espace, qui recèleraient de l'énergie en attente.........
Mais cela revient à expliquer l'inconnu avec de l'inconnu.
L'énergie noire est là, potentiellement stockée dans l'univers, en attente d'utilisation, selon les besoins qu'exprimera l'univers.
1.L'énergie noire intervient dans la structure globale qu'on attribue à l'univers et en particulier dans l'estimation de son âge.
En effet, le calcul de l'âge de l'univers part de la définition d'une donnée dite constante de Hubble Ho -elle-même dépendant des types d'interactions entre les éléments constitutifs de l'univers qui, malheureusement, varient en fonction des types d'énergies interagissantes.
Donc, selon qu'il y a plus ou moins d'énergie noire en cause dans ces interactions, la valeur de la constante Ho sera plus ou moins importante
L'incidence de ces variations sur Ho permet de supputer les diverses structures possibles de l'univers, d'après les propositions ci-après >>
a) avec l'univers présentant sa forme actuelle, la valeur de Ho est de 2,32.10-18 (+/- 7%) s-1(ou bien H0 = 70 km/s-Mpc si on l'exprime en en unités galactiques, où le mégaparsec Mpc vaut 3,085.1022 m)
b) mais si l'univers n'était rempli que de matière baryonique, Ho serait égal aux 2/3 de la valeur ci-dessus
c) si l'univers n'était composé que de radiations, Ho serait égal à 1/2 de la valeur actuelle
d) si l'univers n'était composé que d'énergie noire, Ho serait égal à1/3 de la valeur actuelle.
2.Certains présentent cette énergie noire du cosmos comme devant répondre à l'équation
E = p.V = S*.T*.V
où p est la pression de telle région de l’espace, S* sa fluence énergétique et T* sa courbure
Mais ils ne savent pas pour autant expliquer quelles sont les entités (obligatoirement non massiques) qui provoqueraient cette pression
3.On appelle coefficient de masse de lumièrele rapport entre l'énergie noire (invisible) et l'énergie incluse dans la matière visible (masses perceptibles grâce à leur lumière émise ou reflétée)
On voit donc qu'il est à peu près égal à (50% / 5%) soit donc 10.
Mais il est cependant très variable, selon la zone du cosmos dans laquelle on le mesure (les valeurs oscillant de 1 à 300)
Mais en fait, que nous importe de comprendre sous quelle forme elle est stockée dans "le vide" ? L'essentiel est de savoir qu'elle y est, nécessaire pour faire tourner le monde jusqu'à sa fin. C'est une énergie potentielle, ce qui veut dire "qu'elle est en attente de survenance"
Certains évoquent la présence d'un "inflaton" utopique champ scalaire, dont la fonction serait de créer de l'énergie noire –et d'avoir pu, également, dans le passé, moduler l'énergie de la période d'inflation--
(5.c.1)1% correspond à l'énergie potentielle des facteurs de milieu, qui créeront des futurs bosons de jauge (photons, gluons, bosons de Higgs, gravitons et phonons) dès qu'ils seront mandatés à induire de nouvelles futures charges induites.
(5.c.2)1% va servir à créer -et faire mouvoir- des masses nouvelles
(5.c.3)1% correspond à de l'énergie électrique qui --pour les mêmes raisons que celles évoquées pour les masses au § 5.b.3.6-- sera créée un jour.Il existe dans l'espace des entités-charges d'induction électrique P(dimension L3.M.T-3.I-1.A) qui n'ont pas encore induit de charges électriques Q, car les conditions de création de ces charges électriques ne sont pas encore réalisées (cette création interviendra quand l'inductivité prendra une valeur disruptive) Auparavant, elles sont cachées à nos perceptions, mais n'en sont pas moins détentrices potentiellement de parts d'énergie
La création d'une charge Q (électrique) vient de Q = (δKλ.δEU.V / δ²ζ')1/2
δKλ est la variation de la constante cosmologique, entraînant la variation-fluctuation de l'énergie de point zéro δEU(J) et cela cause aussi la disruption du facteur de milieu (l'inductivité δζ')
Quand une particule massique est créée, elle est souvent colonisée par de nouvelles charges induites d'électricité, qui ont des interactions attractives ou répulsives et qui se superposent aux interactions gravitationnelles des masses-supports. L'écart énergétique entre les 2 types d'interactions se nomme écrantage (selon les particules en cause, l’écrantage atteint de 0 à 6%) Ce qui correspond donc à une énergie moyenne de 3% de l'énergie massique vue § 5.a.1, qui elle-même ne représente que 4,5 % du total universel. Donc l'énergie électrique déjà présente sur les masses n'est pas très significative (1/1000)
(5.c.4)2% correspondent à de l'énergie pour futures productions de couleur qui --pour les mêmes raisons que pour les charges électriques ci-dessus-- ne sont pas encore créées.
Il existe dans l'espace des entités-charges de viscosité intrinsèque (dimension L2.T-1.A) qui n'ont pas encore induit de couleurs(Q'), tant que le facteur de Yukawa n'a pas atteint sa valeur disruptive. Elles n'en sont pas moins des grandeurs potentiellement énergétiques, qui seront les apports de couleur au moment opportun (rappelons que la couleur représente 98% de l'énergie des nucléons, les 2 derniers % étant de la masse baryonique, un peu d'énergie électrique et un soupçon de saveur)
La création d'une couleur provient en effet de Q' = (δKλ.δEU.V / δ²Y)1/2
V est le volume de la zone impliquée, Y est le facteur de Yukawa
(valant 9,32.10-27 m-sr/kg)
(5.c.5) 1% correspond à de l'énergie de saveur qui --pour les mêmes raisons que pour les charges et masses ci-dessus-- n'est pas encore créée.
Il existe dans l'espace des entités-charges magnétiques d'induction c (dim° L2.M.T-2.I-1.A) qui n'ont pas encore induit de saveurs, mais qui n'en sont pas moins des grandeurs potentiellement énergétiques. Ces saveurs potentielles seront éventuellement créées (induites) quand la perméabilité magnétique deviendra disruptive.
On aura alors K = (δKL.δEU.V / δ²μ]1/2
δKL est la variation de la constante cosmologique, entraînant la variation-fluctuation de l'énergie de point zéro δEU ainsi que la disruption du facteur de milieu (la perméabilité μ)
5.c.6 1% correspondent à l'énergie nécessaire pour créer de futures saveurs
5.c.7 10% correspondent à l'énergie (dite quintessence) nécessaire pour créer l'expansion future
5.c.8 22% correspondent à l'énergie nécessaire pour créer de futures particules virtuelles
6.AUTRES THEORIES, inventées pour expliquer l'énergie noire
On a évoqué des solutions complexes afin d'imaginer où est stockée l'énergie noire :
--présence de particules utopiques (majorons, pseudoscalaires, arions, etc...)
--replis de l'espace (ou branes, ou boucles)
--dimensions géométriques supplémentaires cachées...(parfois même en grand nombre...)
Il n'est cependant pas besoin d'échafauder un monde irréel, bardé de dimensions, de particules improbables, pour comprendre qu'une grosse partie de l'énergie de l'espace nous est imperceptible car nos instruments d'appréciation de l'intimité de l'univers se limitent aux mesures des mouvements (dont rayons et chaleur)
Tout ce qui est stagnant nous est imperceptible, car ne développant pas d'interactions mesurables ni de rayonnements
L'énergie noire est de l'énergie potentielle (celle-ci n'est pas plus visible ni mesurable que l'énergie potentielle d'une pomme, avant qu'elle ne vienne mécaniquement tomber sur la tête de Newton).
7.EVOLUTION de l'ENERGIE du MILIEU UNIVERSEL (ENERGIE "du VIDE")
On prétend (en pure supputation qui arrange tout le monde) que l'énergie du milieu universel est constante --et cela depuis le temps de Planck-- Mais sa répartition a nécessairement été évolutive, ne serait-ce que par la progression de l'entropie au cours des temps (au détriment de l'énergie qui servait à la structuration et à la stabilisation de l'ordre) et aussi à cause de l'expansion, qui est un perpétuel bouleversement
L'énergie noire et la masse manquante, par leur gigantesque importance (les 2/3 du total de l'énergie universelle) représentent un enjeu important dans l'appréciation de l'avenir de l'univers, car elles influencent le taux d'expansion Et si ce dernier augmentait trop, il y aurait diminution de la cohésion de la matière, entraînant une dislocation (pour une fin du monde d'un genre nommé Big Rip) Mais on sait quand même quand cela risque d'arriver >>>
en effet, si l’on estime que l'univers a été créé par un dieu logique, la quantité d’énergie qu’il lui a conférée est constante et elle doit permettre de faire fonctionner le monde jusqu’à sa fin. Donc, comme le monde a déjà épuisé 13,8 milliards d’années de sa vie en nous montrant 1/3 de son énergie sous des formes perceptibles, la fin du monde est programmable -- si tout restait bien isomorphe-- dans 2 x(13,8) soit environ 28 milliards d’années. Mais comme on sait que l'univers dépense de moins en moins intensément son énergie que par le passé (il n'y a plus beaucoup de créations de matière) il est raisonnable de prétendre que la durée de cette consommation sera des dizaines de fois plus longue. Donc il lui resterait environ 1000 milliards d'années de fonctionnement à assumer.
8.POLARISATION du VIDE
On a vu (en électrodynamique quantique § 5.b.3.4) que des particules virtuelles sont créées en permanence au voisinage et au même moment que les particules réelles. Ce sont des paires "électrons-positrons" dont l'annihilation réciproque est obligatoire dans le délai de (+/- 10-24 s) Cependant, quelques-unes de ces particules virtuelles en réchappent et leur individualisme provoque de ce fait une petite polarisation locale du champ électrique du vide (qui a une valeur de ˜ 1,5.1018 V/m)
Cette polarisation provoque certaines anomalies, comme :
--jouer le rôle d'écran dans les interactions des particules réelles voisines
--créer une biréfringence du vide (décelée dans certaines étoiles à neutrons)
--faire légèrement varier la charge électrique des vrais électrons voisins
-énergie solaire
Données basiques servant aux calculs ultérieurs
-rayon du soleil (7.108 m)--rayon de la Terre (6,37.106 m)
-surface du soleil (6,1.1018 m²)--surface de la Terre (5,1.1014 m²)
-durée d'une année (3,15.107 s)
1.DONNEES ENERGETIQUES PROPRES au SOLEIL
1.1.d’où provient l’énergie du soleil ?
l’énergie globale du soleil fut produite par sa contraction gravitationnelle :
L'équation d'équilibre statique conduit à E = (-K)m².G / W.lrs où m est la masse solaire(2.1030 kg), G est la constante de gravitation (8,4.10-10 unités S.I.+), W est l’angle solide (4psr) , lrs est la longueur du rayon solaire(7.108 m.) et K est une constante de répartition des masses, qui sont inégalement distribuées sur le rayon interne solaire
La valeur numérique résultante est E=(-)1,2.1044 Joules
On peut aussi dire que le soleil, qui émet une puissance (de 3,8.1026 Watts) supposée constante tout au long de sa vie (estimée à 3.1017 secondes ou 10 milliards d’années) développera une énergie totale de :
(3,8.1026 Watts x (3.1017secondes) = 1,2.1044 Joules
On note l'énergie acquise avec un signe (-) contrairement à celle que le soleil stocke et restitue, notée avec un signe (+)
Cette énergie est en conséquence:
--a) d'une part, stockée sous forme thermodynamique interne où agissent des réactions nucléaires>>> 1 kilog d'hydrogène solaire produit, par fusion,
q'.c² = (6,3.10-3)x(1017) = 6,3.1014 Joules/kg.
On estime que 10% de la masse solaire produit ce genre de réactions, donc le total a produit (et produira): 6,3.1014 J/kg x10% de la masse totale
(= 2.1029 kg) ce qui donne bien les 1,2.1044 Joules vus ci-dessus
Ceci implique une température de 14 millions de degrés à l'intérieur
--b) d'autre part, émise sous forme de rayonnements externes, grâce à une (petite) perte de masse de 4,3.109 kg par seconde
La partie lumineuse de l'énergie incluse dans ces rayonnements est dite "quantité de lumière"
1.2.puissance globale émise par le soleil en toutes directions (dite RAYONNEMENT): c’est (m.c²) donc (4,3.109 x 1017) = 4,3.1026 Watts
dont la moitié (# 2,17.1026 W) est émise face à la Terre
1.3.puissance surfacique globale émise par le soleil en toutes directions (elle est dite irradiance) et ce sont les 2,17.1025 W répartis sur la surface solaire (de 6,1.1018 m²) donc # 3,56.106 W sur chaque m² de la surface solaire faisant face à la Terre
2.DONNEES ENERGETIQUES à 50 km au-dessus de la TERRE
on choisit de considérer des données à 50 kilomètres d'altitude terrestre, car on estime que sur cette zone sphérique stratosphérique, on est à la fois :
-forfaitairement (et précisément) à 150 millions de km du soleil
-et qu'en outre, il n'y a pas là de pertes énergétiques dues aux molécules atmosphériques
On définit essentiellement la puissance surfacique reçue sur cette sphère dont le rayon est =(rayon terrestre + 50 km)
Cette puissance surfacique reçue, symbolisée p*50 est nommée constante solaire et vaut p*50 = p*S(lrs / lstt)² d'après la loi de Newton
p*S est la puissance surfacique émise par le soleil (valant elle-même :
KSB.T4 d'après la loi de Stefan-Boltzmann, où KSB = 5,67.10-8W/m²-K-4 et T est la température de surface du soleil = 5780 K), donc p*S = 6,4.106 W/m²
(lrset lst) sont respectivement le rayon du soleil et la distance soleil-terre
La valeur numérique résultante est: p*50 = 6,4.106 (0,7/150)²= 1394 W/m²
Cette valeur doit toutefois être pondérée, car il y a diverses déperditions énergétiques(dites "abattement global" qui sont de l'ordre de 2,4%) tenant compte des considérations ci-après
***0,4 %, pour tenir compte que le soleil n'est pas un corps noir parfait
***0,00001% tenant compte du pourcentage de l'angle solide de (liaison-vision) entre les 2 astres (# 6,7.10-5 sr, comparé à l'angle solide de l'émission totale initiale, qui est 4 pi et le rapport entre les deux angles (6,7.10-5 / 4 pi) est de ~ 10-5
***(2 %), pour tenir compte des déperditions du voyage depuis le soleil, dues aux poussières, effets de bords, molécules de haute atmosphère, etc
Il reste donc une constante solaire effective de :
(1394 – 2,4%) = 1361 Watts /m²
Cette valeur est une moyenne, variant de +/- 3,4%, selon la position de la Terre sur sa trajectoire elliptique de planète
On peut la calculer plus précisément et calendairement avec la formule :
p* = (1361).(1 + 0,033 x cos360° x (j - 2,7206) / 365,25)
où j est le numéro du jour de l'année
2.1.puissance utile reçue à 50 km d'altitude
c'est (1361 W/m²) x(5,2.1014 m², la surface de la sphère à 50 km) = 7,1.1017 Watts
Nota : la puissance émise par le soleil vers la Terre est de 2,17.1025 W (voir § 1.2) donc il faut appliquer un coefficient d'abattement de 3,3.10-8 puisqu'il en reste 7,1.1017 W à 50 km du sol terrestre. Cela cumule les diverses déperditions du chemin (soleil-terre)
2.2.énergie totale de tous les rayonnements, reçue (en 1 an) à 50 km de la Terre
l'énergie totale reçue là-haut chaque année vaut (7,1.1017 W x (3,15.107 s) soit une valeur de ~ 2,2.1025 J (pour 1 an)
La part concernant la lumière seule (quantité de lumière) est de 36% de ci-dessus, soit 7,9.1024 J par an (équivalant à ~5,5.1027 lm-s chaque année)
3.DONNEES ENERGETIQUES sur le SOL TERRESTRE
ce sont les valeurs ci-dessus (à 50 km), modérées par un coefficient de déperdition de traversée des rayons dans l'atmosphère, d'environ 75%
3.1.énergie reçue (en 1 année) sur le sol terrestre
c'est 25% de l'énergie ci-dessus reçue à 50 km, donc = 5,4.1024 Joules/an
Et si on ne compte que l'énergie lumineuse, c'est 36% de cela (soit 1,9.1024 J/an)
3.2.énergie surfacique reçue (en 1 année) sur le sol terrestre
dite irradiation c'est l'énergie totale ci-dessus reçue, répartie sur la surface des sols soit ~1010 J/m² par an
La partie concernant la lumière seule (36%) est dite exposition
3.3.puissance moyenne reçue sur le sol terrestre
C'est 25% des 7,1.1017 W reçus à 50 km, soit 1,7.1017 W
Nota : la France métropole reçoit ~1/1.000 de ce total soit 2.1014 W
3.4.puissance surfacique utile reçue sur sol terrestre
c'est la moitié de ci-dessus (pour tenir compte de la nuit), soit 8,6.1016 W, répartis sur la surface du sol terrestre (5,1.1014 m²) ce qui donne une moyenne utile de 168 W/m²
Une part de 36% (donc 61 W/m²) concerne la lumière visible (couleurs du spectre) soit 36.000 lux en moyenne. C'est l'éclairement ou puissance surfacique lumineuse reçue
3.5.puissance spatiale reçue au sol par la Terre (P') dite intensité reçue
c'est = 1,4.1016 W/sr
dont (# 5.1015 W/sr pour la lumière, ce qui correspond à 3.1018 lx-m²/sr)
3.6.puissance surfacique spatiale reçue sur la Terre, depuis le soleil :
on la nomme réceptivité et elle vaut 27 W/m²-sr
La part concernant la lumière (dite illuminance) est # 10 W/m²-sr soit 6000 nits
3.7.ensoleillement: c'est une durée de présence du soleil (donc cela joue sur la quantité d'énergie apportée)
revoir chapitre spécial
UTILISATIONS de l'ENERGIE SOLAIRE
-énergie recueillie par panneaux photovoltaîques (dits P.V. en abrégé)
Voir chapitre spécial
-énergie recueillie par capteurs thermiques (dits aussi panneaux solaires thermiques)
L'énergie est ici produite par la récupération des rayons thermiques solaires (donc surtout infra-rouges) grâce à des appareils dits capteurs (ou hélio-capteurs, ou panneaux solaires) dans lesquels circule un fluide caloporteur (souvent eau ou air)
Le rendement est ~ 5 fois supérieur à celui des panneaux photovoltaïques et la production énergétique est de l'ordre de :
-400 kwh/m² dans des zones moyennement ensoleillées (nord de la France)
-800 kwh/m² dans les zones très ensoleillées (S.E. de la France)
-étoiles
Les étoiles sont si nombreuses (1023) qu’il est impossible de les compter et encore moins de les nommer toutes.
On se limite à deux sortes de classement :
UNE CLASSIFICATION LIMITÉE À 120.000 ÉTOILES PROCHES
Référencées sous le sigle initial H.I.P (abréviation de Hipparcos, un satellite) elles sont cataloguées en référence à leurs coordonnées, prises dans un système international de référencement (dit I.C.R.S)
UNE DENOMINATION PLUS GÉNÉRALE
à travers un groupe de symboles rappellant les 4 paramètres ci-après :
-la constellation d'appartenance (1° symbole)
Le premier symbole de désignation d'une étoile est la constellation à laquelle elle appartient (parmi les 88 constellations ancestralement dénommées (Orion, Andromède, Cygne, Scorpion......) Ce premier symbole apparaït sous la forme d’un doublé = une lettre grecque (ou latine ou un nombre), suivi d’une abréviation du nom de la constellation .
Exemple : ω Dra est l'étoile de position ω dans la constellation du Dragon
-la classe spectrale (2° symbole): la caractéristique spectrale d'une étoile (dite classe spectrale de Harvard) se trouve sensiblement être proportionnelle à sa température de surface et définit également ses caractéristiques chimiques
Cette caractéristique nous est accessible à travers le spectre lumineux de l'astre (ensemble composé de bandes-émissions et lignes-absorptions)
La classe spectrale est un repère tenant compte de l'allure du spectre, lui-même fonction assez précise de la température de surface de l’astre
Ce repère de "classe" est symbolisé par l’une des 8 lettres W O B A F G K M, qui, dans cet ordre, vont des plus grandes températures de surface (37.000°) aux plus froides en surface (2.500°) et à chacune d’elles est affecté en outre un coefficient modérateur chiffré, allant de 0 à 9 (exemples: Soleil = G2, Arcturus = K1, Véga = A0)
Les lettres de tempérance spectrale ci-dessus, expriment l'opacité perceptible de certains spectres, causée par les constituants stellaires (hydrogène et métaux) riches en électrons et qui absorbent en partie les photons du spectre
-la magnitude astrale (3° symbole)apparaissant dans la dénomination d'une étoile est une échelle permettant de classer les astres en fonction de leur éclatlumineux (qui se trouve être environ proportionnel à leur masse)
-la famille de l'étoile (4° symbole)
en plus du classement lié à la magnitude (ci-dessus)on fait figurer une information complémentaire dite "famille", qui représente un panaché de 2 autres qualités de l'étoile >>> son rythme énergétique et sa masse
Rôle et définition des rythmes énergétiques :
-type A (rythme normal) = tendance à compression, créée par la gravitation (accrétion de matière) avec échauffement (106 K) et en opposition à ce phénomène: une réaction de fusion de l’hydrogène au centre (cœur) qui se transforme en hélium (cycle de catalyse par le carbone ou cycle de Bethe)
-type B (rythme de Chandrasekhar) = peu d’hydrogène, très forte pression, pas de rayonnement, extinction en prévision
-type C (rythme post-hydrogène avec fusion créant du carbone)= le cœur se contracte, la température augmente (108 K), avec réactions de fusion plus lentes
-type D (rythme de densification)= la gravitation -moins combattue- augmente, d’où cœur plus dense, avec composants internes plus lourds (fer) et pression élevée
-type E (rythme de puits gravitationnel)= les atomes explosent, se transforment en plasma de particules élémentaires, qui s’écroule vers le centre.
Une étoile standard (volume de 1030 m3, qui contient 1040 atomes ou ions) va alors devenir un bouillon de plasma où les ions sont empilés les uns près des autres et qui se réduisent alors à un volume de (1010) m3, soit un diamètre de l'ordre du kilomètre
En adjoignant aux rythmes ci-dessus la notion de masse, on détermine un classement de 14 familles d'étoiles ci-après:
On dénomme ci-dessous mé la masse de l’étoile et mc la masse de son cœur :
Si l’étoile a une mé < 1,6.1028 kg et est en rythme A c’est une naine brune
Si l’étoile a une mé < 1,6.1028 kg et est en rythme B c’est une naine noire
Si l’étoile a 1,6.1028 < mé < 1031 kg et est en rythme A c’est une naine standard-ou jaune- (dont le soleil)
-si une naine standard atteint les rythmes B ou C , c’est une naine bleue et si elle atteint un rythme D, c’est une naine rouge
-si en outre il y a des expulsions extérieures, c’est une nova
Si l’étoile a 1031 < mé < 1032 kg et est en rythme A c’est une géante
Si l’étoile a une mé > 1032 kg et est en rythme A c’est une supergéante
Si sa mc est < 2,8.1030 kg et est en rythme B c’est une naine blanche, de masse volumique # 1010 kg/m3
Si l'étoile a une masse comprise entre 2,8.1030 (dite masse de Chandrasekhar) et 6.1030 kg (dite masse de L.O.V) et est en rythme A : c’est une étoile à neutrons La pression peut y atteindre 1034 Pa
Si 2,8.1030 (masse de Chandrasekhar) < mc < 6.1030 kg (masse de L.O.V) avec rythme C c'est une supernova
Si 2,8.030 (masse de Chandrasekhar) < mc < 6.1030 kg (masse de L.O.V) et est en rythme D avec une grande vitesse de rotation, c’est un pulsar
Si sa mc> 3.1030 kg et est en rythme E c’est un quasar , puis ultérieurement un trou noir stellaire
Exemple de quasar : 3C345 de Hercule est à ≈ 1025 m et a une vitesse radiale proche de c
-exemple d'une référence d'étoile
Avec les divers symboles définis ci-dessus, l'appellation d'une étoile quelconque peut être par exemple (ω.Dra. B.1. 6,05. naine) ce qui signifie:
ω est la place de l'étoile dans la constellation du Dra(Dragon), B est sa classe spectrale, atténuée de type 1, sa magnitude est 6,05 et sa famille est naine
-classement général des étoiles
Si -sous forme d’abaque- on superpose la classe spectrale (2° symbole dans l'appellation) et la magnitude (autre caractéristique stellaire), on obtient le diagramme de Hertzsprung-Russel, classificateur des étoiles sous forme d’abaque
REACTIONS CHIMIQUES STELLAIRES
Les réactions usuelles sont -dans les étoiles- du genre fusion nucléaire, aux températures de 107 à 8 degrés K, comme :
21H + 21H >>> 32He + n ou >>> 32He + p (avec excédent d’énergie provenant de la perte de masse entre les éléments initiaux et finaux)
Et également la résonance stellaire où le 8Be et le 4He entrent en résonance pour produire du 12C
Fusion dans les étoiles
Le cycle de l’hydrogène est le phénomène de fusion des noyaux de H² qui, dans des réactions en série, produisent des noyaux d’hélium (dans les étoiles, on le nomme cycle de Bethe)
Les réactions sont du genre 4 1H + électrons >>>> 4He + 2 neutrinos
Divers corps légers (Be, Li, B, C, N) sont formés dans les réactions intermédiaires et jouent le rôle de catalyseurs
REACTIONS MAGNETIQUES STELLAIRES
Les étoiles présentent toutes un champ magnétique (10-2 Tesla pour le soleil, jusqu'à 1011 Teslas pour un magnétar, qui est une étoile à neutrons, émettant d'ailleurs en même temps des rayons X et gamma, à raison de plusieurs centaines d'émissions par heure
CARACTERISTIQUES PHYSIQUES des ETOILES
-la masse volumique (dite souvent à tort "densité")
Elle va de 102 à 1018 kg/m3 (1,4.103 pour le soleil et 1018 pour étoile à quarks)
-la masse
En moyenne, c'est 10 31 kg (c'est un peu plus que celle du soleil)
-taille des étoiles
Les diamètres des étoiles vont approximativement de 107 à 1011 m. (dont # 109 m pour le soleil)
-parallaxe d’une étoile
C’est l’angle de "vue" d’un demi grand-axe de l’orbite terrestre depuis cette étoile .
On atteint la milliseconde d’arc dans les mesures actuelles de parallaxe
-distances des étoiles par rapport à la Terre
Distances moyennes par rapport à la Terre --exprimées en mètre(m) ou en unité astronomique(u.a) ou en année-lumière(a-l)
-soleil = 1,5.1011 m, ou 1 u.a, ou 1,5.10-5 al
-étoile à exoplanète discernable = 1,5.1017 m, ou 106 u.a, ou 1,5.10 a-l
-étoile au centre de la voie lactée = 2.10 20 m., ou # 10 9 u.a, ou 2.104 a-l
-étoile d'une constellation proche = 1,5.1022 m, ou 10 11 u.a, ou 1,5.106 a-l (cas d'Andromède)
-étoile aux limites de l'univers = 1,5.10 26 m, ou 10 15 u.a, ou 1,5.101 0a-l
NAISSANCE, VIE et DISPARITION d'une ÉTOILE
-naissance
Les nuages de poussières et de gaz de l'espace sont l'objet de turbulences qui, dès lors qu'elles atteignent une certaine vitesse (200 m/s environ) causent une onde de choc génératrice de concentration de matière, sous forme de filaments de 3.1015 m. de largeur et augmentent la température à 107 K
Sous l'effet de la gravitation, il y a alors un échauffement, lui-même générateur d'une fusion de l'hydrogène, créant de l'hélium, pour apparition d'une étoile
Par la suite, des corps simples de plus en plus lourds sont créés, jusqu'au fer qui est le stade d'une stabilisation (car sa fusion consonne de l'énergie au lieu d'en apporter)
Dans les étoiles, il n'y a que 2% d'éléments lourds (contre 70% de H² et 28% de He)
Beaucoup plus tard, il y a concentration, échauffement jusqu'à 1011 degrés, puis éclatement de l'étoile, ce qui entraîne l'explosion et l'apparition de corps lourds (qui constitueront alors d'autres types d'astres)
-durée de vie d'une étoile en moyenne, 109 à 12 années
-dégénérescence stellaire
Dans certaines étoiles, la dégénérescence est la dégradation de l’état gazeux usuel vers une forme nouvelle, s'éloignant fort de la texture d'un gaz parfait.
La température de dégénérescence est :
T = (h².h*v2/3) / 2∏.m.k
où T(K)= dégénérescence
h(J-s)= constante de Planck (6,62606876.10-34 J-s)
h*v(particules/m3)= concentration moyenne particulaire volumique
m(kg)= masse des particules
k(J/K)= constante de Boltzmann (1,3806703. 10-23 J / K)
La pression de dégénérescence (p) est :
p = k.S.T.(h*v)5/3 mêmes notations et S(m²) a les dimensions d’une surface
TEMPÉRATURE et COULEUR des ÉTOILES
Leur température de surface va de 2.500 à 100.000° K (photosphère du soleil = 5700° K)
Leur température interne va de 106 à 8 K (par exemple soleil 5.106 en zone radiative et 2.107 en zone du noyau)
Leur couleur est fonction de la température de surface (comme tous les corps connus), donc :
-Aux environs de 1000° (et même beaucoup moins) : naines brunes
-Aux environs de 3000° : rouge (Antarès, Bételgeuse...)
-Aux environs de 4700° : jaune (Soleil 5800°)
-Aux environs de 6200° : vert (Sirius...)
-A partir de 9000°: bleu (Véga, Rigel...)
-A très haute température: naines blanches
GROUPES d'ETOILES (AMAS, GALAXIES, NEBULEUSES)
Voir chapître spécial
-fusion nucléaire dans les étoiles
PRINCIPE de la FUSION NUCLÉAIRE
Les noyaux des corps de faible numéro atomique(Z< 60) ont des énergies de liaison qui vont en croissant en fonction de Z, donc on récupère de l'énergie quand on les transmute en créant des corps selon un mode allant vers une augmentation de Z dans la classification de Mendéléiev.
Cette énergie est exprimée lors du phénomène de fusion de noyaux atomiques légers (à des températures > 108 degrés)
L'excédent d'énergie provient de la perte de masse entre les éléments initiaux et les éléments finaux.
DANS LES ETOILES
La fusion nucléaire a lieu sous les formes suivantes :
-le cycle de l’hydrogène c'est le phénomène de fusion des noyaux de H² qui, dans des réactions en série, produisent des noyaux d’hélium (on le nomme cycle de Bethe)
Les réactions sont du genre 4 1H + électrons >>>> 4He + 2 neutrinos γ
Divers corps légers (Be, Li, B, C, N) sont formés dans les réactions intermédiaires et jouent le rôle de catalyseurs
-le cycle C.N.O (carbone-azote-oxygène)
136C >>>donnant 147N + p + γ >>> puis donnant 158O + p >>> puis donnant 157N + e+ + n >>> puis donnant :
a))soit 168O + p + γ >>> qui donne 179F + p + γ >>> et qui donne 178O + e+ + n >>> redonnant 147N + p + α pour revenir au départ
b))soit 126C + p + α >>>donnant 137N + p + γ >>> redonnant 136C + e+ + n pour revenir au point de départ
Tout ceci avec émissions énergétiques
-le cycle C.N (carbone-azote)
126C + p donnant >>> 137N + β+ donnant >>> 136C + e+ + n qui, avec + p >> donne 158O + β+ >>> donnant 157N qui, avec + p >>> donne 126C + 42He
La récupération de 126C en fin de cycle, permet de recommencer le cycle (mais avec une température > 1010 K)
-groupes d'étoiles dont galaxies
Le nombre total des étoiles est ~ 1022 , avec masse unitaire de 1028 à 33 kg
On les regroupe en divers assemblages cités ci-après
AMAS STELLAIRES
Un amas ouvert est un groupe de ~ 103 à 4 étoiles, ayant masse moyenne de 1033 kg et de dimension 1023 à 24 m
Un amas globulaire = groupe de ~ 105 à 6 étoiles ( masse de l’ordre de 1036 kg)
GALAXIES
Une galaxie (ou amas galaxique) est un ensemble de ~ 107 à 12 étoiles
Les premières galaxies sont apparues environ 300 millions d'années après le big bang
-notre Galaxie, la voie lactée, est de type spiralé et constituée de ~ 200 milliards d'étoiles (donc 2.1011) et au moins 1000 milliards de planètes (1012)
Dimensions ~ 1021 m.(grand axe) et 3.1019 m.(petit axe)
ou encore 105 sur 3.103 années-lumière
Sa masse est calculable par les formules de Newton et de Képler
mG = Ω.v².l / G
avec mG(kg)= masse de notre galaxie
l(m)= distance du soleil jusqu'au centre de la galaxie
v(m/s)= sa vitesse par rapport à la galaxie
G(m3-sr/kg-s²)= constante de gravitation (8,385.10-10 m3-sr/kg-s² )
Ω(sr)= angle solide d’espace (4p sr, si on est en système d'unités S.I.+)
D’où mG~ 3.1041 kg (car v ~ 2,6.105 m/s et l ~ 3.1020 mètres)
C'est donc environ 100 milliards de masses solaires
Son halo représente ~ 23 % de sa masse (il est constitué de vieilles étoiles, de poussières et de gaz)
Sa magnitude est de -20,9
Sa rotation sur elle-même = 254 km/s (sur un arc de cercle centré sur Nous)
La plupart des étoiles qui la constituent circulent entre 210 et 240 km/s
Le soleil fait une révolution galactique tous les 226 millions d'années
-notre voie lactée et ses voisines forment le Groupe local
La plus voisine est Omega Centauri (à ~ 1019 mètres de nous, soit 103 al), puis Andromède -autre voisine- (à 2,2.1022 mètres, soit 2.106 al) et encore une vingtaine d'autres galaxies plus petites
-le groupe local, avec quelques autres familles galactiques, forment l'Amas de la Vierge
Masse de chacune des 1012 autres galaxies (ex nébuleuses extragalactiques) >>> entre 1037 et 42 kg
-un super amas de galaxies groupe de 1012 à 13 étoiles avec une masse totale de l'ordre de 1041 à 44 kg et des dimensions de 1023 à 24 m
Le superamas contenant la voie lactée est nommé Laniakea
-un filament galactique groupe de 1014 à 16 étoiles et peut atteindre 4 à 5 milliards d'années-lumière de longueur (soit > 1025 m)
-le total des galaxies
Un nucléon a une masse moyenne de ~ 2.10-27 kg.
Les atomes sont composés de 1 à 238 nucléons et ont donc des masses échelonnées entre (2.10-27 kg pour l'hydrogène) et (4.10-25 kg pour l'uranium). Mais l'univers étant composé fondamentalement d'hydrogène et d'hélium, un atome moyen de la soupe massique de l'univers a une masse proche de 2.10-27 kg (réciproquement, un kilog. comporte en moyenne 5.1026 atomes)
L'univers est composé d'environ 1000 milliards de galaxies (1012 unités)
Une galaxie moyenne comporte ~ 1011 étoiles
La masse moyenne d'une étoile est ~3,6.1031 kg.
Donc l'univers visible comporte environ 1012 (galaxies) x 1011 (étoiles) x 3,6.1031 kg (masse unitaire moyenne) x 5.1026 (atomes par kg) = 1,8.1081 baryons --soit 90 % du total visible (qui est de 2.1081 baryons
NÉBULEUSES
Une nébuleuse est un ensemble massique :
1-soit incluant des étoiles en début de vie, donc constituées de gaz ou de petits éléments solides
Ces nébuleuses-là (ou nuages moléculaires) sont dites diffuses ou "par réflexion" ou obscures, selon leur magnitude.
Leur densité particulaire h*v est de l’ordre de 10-6 molécule/m3
On nomme "H. I." (comme hydrogène ionisé) les régions où elles se forment
2-soit concernant des étoiles en fin de vie
Celles-ci sont dites "en émission" avec comme cas particuliers : les planétaires (les morceaux sont assez gros) et les "filamenteuses ou à bulles" selon leur aspect, quand elles sont les résidus de supernovas
CONSTELLATIONS
Le ciel a été ancestralement découpé en divers quartiers, nommés constellations, dans lesquelles les Anciens crurent reconnaître des formes ou dessins usuels d'objets communs.
Les premières constellations nommées furent celles constituant une bande, de part et d'autre de l'écliptique, et qui fut découpée en 12 quartiers égaux nommés -dans l'ordre et en partant du point vernal : Poissons, Bélier, Taureau, Gémeaux, Cancer, Lion, Vierge, Balance, Scorpion, Sagittaire, Capricorne, Verseau (l'ensemble est nommé zodiaque)
Plus récemment, 76 autres constellations ont été ajoutées pour couvrir la totalité de l'espace avec des délimitations équivoques et tortueuses, compte tenu qu'elles doivent aussi respecter plus ou moins une visibilité dans chacun des 2 hémisphères géographiques
Les ensembles d'étoiles formant chaque constellation ne sont que la représentation de la projection de leur image sur la voûte céleste et n'ont aucune corrélation entre elles (ni distance, ni magnitude, ni famille....)
Les Chinois ont d'autres découpages que les Occidentaux (280 constellations en tout, dont 28 concernant la zone écliptique)
TOTAL des ELEMENTS BARYONIQUES de l'UNIVERS
Un nucléon a une masse de ~ 2.10-27 kg.
Les atomes sont composés de 1 à 238 nucléons et ont donc des masses échelonnées entre (2.10-27 kg pour l'hydrogène) et (4.10-25 kg pour l'uranium). Mais l'univers étant composé fondamentalement d'hydrogène et d'hélium, un atome moyen a une masse ~ 2.10-27 kg
Donc réciproquement, un kilog. comporte en moyenne 5.1026 atomes
Une galaxie moyenne comporte ~ 1010 étoiles, dont la masse moyenne est ~2.1031 kg.
On estime qu'il y a + de 1000 milliards de galaxies (1012 unités) dans l'univers, soit 1022 étoiles
Le total de baryons de l'univers s'en déduit >>> 5.1026 x 2.1031 x 1022 = 1080