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Questions Science - Vie quotidienne, nos origines, notre corps, notre univers...

Toutes les questions que vous vous posez ont certainement une réponse scientifique ! Cliquez sur l'une d'entre elles pour en connaître la réponse... Les questions sont classées par thèmes.

 

Liste des questions

Questions sur la vie quotidienne

  1. Comment les déchets radioactifs perdent-ils leur radioactivité ?
  2. Pourquoi la nuit est-elle noire ?
  3. Pourquoi le linge rétrécit-il au lavage ?

Questions sur nos origines

  1. Comment explique-t-on la malédiction des pharaons ?
  2. Que sait-on scientifiquement du déluge et de l'arche de Noé ?
  3. Quelle est l'origine de l'actuelle division du temps ?
  4. L'espèce humaine évolue-t-elle physiquement ?
  5. Existe-t-il encore des peuples inconnus ?
  6. Peut-on imaginer un extraterrestre qui nous ressemble

Questions sur notre corps

  1. Combien de couleurs l'oeil humain distingue-t-il ?
  2. Pourquoi les cheveux blanchissent-ils avec le temps ?
  3. Pourquoi le sang est-il rouge ?
  4. Comment se produisent et se transmettent les courants électriques du corps humain ?

Questions sur notre univers

  1. Où se situe le centre de l'Univers ?
  2. Quel est l'âge de l'Univers ?
  3. L'Univers a-t-il un sens ?
  4. L'espace a-t-il une température ?
  5. Qu'est-ce que la constante cosmologique ?
  6. Qu'appelle-t-on la masse manquante de l'Univers ?
  7. Qu'est-ce qu'un quasar ?
  8. Qu'est-ce que la ceinture de Kuiper ?
  9. Comment les galaxies se forment-elles ?
  10. Comment peut-on mesurer la vitesse de la lumière ?
  11. Pourquoi les étoiles scintillent-elles ?
  12. Combien y a-t-il d'étoiles dans l'Univers ?
  13. Les étoiles se déplacent-elles ?
  14. Quelle est la plus lointaine étoile connue ?
  15. Comment mesure-t-on la distance qui nous sépare des étoiles ?
  16. Quelle différence existe-t-il entre les classements spectral et alphabétique des étoiles ?
  17. Qu'est-ce qu'un trou noir ?
  18. Pourquoi y a-t-il de l'eau dans le Soleil ?
  19. Comment expliquer la couleur du Soleil ?

 


 

 

 

 

Réponses sur la vie quotidienne

1. Comment les déchets radioactifs perdent-ils leur radioactivité ?

Un déchet est un objet ou un produit dont son détenteur n'a plus utilité et dont il souhaite se débarrasser. Ce déchet a donc une valeur commerciale nulle, et même négative si le détenteur, ne pouvant l'abandonner tel qu'il est, est contraint pour la protection des personnes ou de l'environnement à le conditionner avant de s'en débarrasser.

Comment les déchets radioactifs perdent-ils leur radioactivité ?Un atome est un édifice microscopique composant la matière. Il est donc composé d'un noyau central très lourd, qui donne à l'atome ses propriétés physiques, autour duquel gravitent des électrons beaucoup plus légers qui donnent à l'atome ses propriétés chimiques. Les atomes à noyaux peu stables acquièrent de la stabilité en émettant des particules ou des rayonnements, et en se transformant en d'autres éléments. Ils sont dits radioactifs. Si la désintégration d'un noyau particulier de la matière radioactive est aléatoire, elle comporte un si grand nombre d'atomes que statistiquement on connaît bien le temps nécessaire pour que la matière perde la radioactivité. La durée de temps pour que la matière perde la moitié de sa radioactivité est appelée période. La période d'un radioélément peut aller de quelques fractions de seconde à quelques jours (8 jours pour l'iode 131) et jusqu'à plusieurs milliers d'années (5700 ans pour le carbone 14) ou milliards d'années (4,5 milliards d'années pour l'uranium 238). Ainsi, à condition d'attendre suffisamment longtemps on verra décroître la radioactivité de n'importe quel radioélément.

Les déchets radioactifs sont des déchets qui contiennent un peu ou beaucoup de radioéléments suivant l'activité industrielle dont ils sont les produits. Les déchets provenant de l'extraction des minerais naturels ou de l'activité des hôpitaux et de la recherche universitaire sont en général de faible radioactivité. Ceux qui sont issus des réacteurs nucléaires ou du retraitement de leurs combustibles sont eux très radioactifs.

Comment les déchets radioactifs perdent-ils leur radioactivité ?L'homme n'est pas maître de la radioactivité mais il peut se protéger de ses effets nocifs pour la santé. Les déchets radioactifs de faibles activité et à période courte (inférieure à 100 jours) sont gérés en décroissance sur les lieux où ils sont produits. On conserve ces déchets dans des locaux appropriés suffisamment longtemps pour que la radioactivité résiduelle soit tellement faible qu'elle ne présente plus de danger pour la santé de ceux qui vont les manipuler et pour l'environnement. Ils peuvent alors être traités comme des déchets ordinaires (stockage de surface).

Les déchets radioactifs d'activité moyenne et de période inférieure à 30 ans sont également gérés en décroissance, mais dans des installations spécialisées qui permettent de garantir que leur manipulation est sans danger pour le personnel d'exploitation et que l'environnement sera préservé pendant un temps suffisamment long. Cette durée est actuellement fixée à 300 ans.

Pour les déchets encore plus radioactifs ou de période plus longue, l'Andra (Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs) étudie un stockage souterrain, suffisamment profond pour que la radioactivité n'ait plus aucune influence à la surface de la terre, dans une roche imperméable qui servirait alors de coffre-fort géologique pour une durée de temps extrêmement longue de l'ordre d'un million d'années.

D'autres solutions sont à l'étude comme la transmutation qui consiste à casser artificiellement les noyaux radioactifs contenus dans les déchets en les bombardant de neutrons. Cette méthode permettrait de faire disparaître les éléments radioactifs de forte activité.

En complément à ces études, l'Andra tient à jour un inventaire de tous les déchets radioactifs présents sur l'ensemble du territoire national et en édite annuellement l'intégralité dans un catalogue disponible auprès du public.

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2. Pourquoi la nuit est-elle noire ?

Pourquoi la nuit est-elle noire ?Le premier qui a résolu cette énigme est le poète Edgar Allan Poe dans un article intitulé "Eureka : a prose poem" paru en 1848. Son explication est, pour l'essentiel, celle que nous pouvons donner aujourd'hui. Elle est fondée sur le caractère fini de la vitesse de la lumière. Dans les théories cosmologiques actuelles, l'Univers, en expansion depuis le Big Bang, a quinze milliards d'années. La lumière des étoiles situées au delà de quinze milliards d'années-lumière ne nous sont pas encore parvenue : elles nous sont donc invisibles. Dans un Univers d'âge fini, le nombre d'étoiles qui éclairent le ciel est insuffisant pour lever l'obscurité de la nuit.

A ce cela s'ajoute une difficulté supplémentaire. L'expansion entraîne un décalage en fréquence de la lumière émise par les étoiles des galaxies les plus lointaines. Cette lumière, qui a pu être émise initialement dans le visible, disparaît très vite sous d'autres longueurs d'onde. Par ailleurs, notre ciel baigne dans un rayonnement qui ne l'éclaire pas. Ce rayonnement cosmologique à 3 Kelvin, trace du Big Bang, n'émet pas dans le visible mais dans les micro-ondes.

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3. Pourquoi le linge rétrécit-il au lavage ?

Ce n'est pas au lavage à proprement parler, mais plutôt au séchage que le linge rétrécit. Pour le coton, les fibres de cellulose du textile ont tendance à se recroqueviller car s'établissent entre elles de nouvelles liaisons. Ces liaisons dites "hydrogène" forment un réseau plus dense. Un phénomène souvent irréversible dans les conditions d'usage habituelles. Le cas de la laine, qui est une protéine, correspond plus à une dénaturation suivie, là encore, d'une réorganisation du réseau de liaisons hydrogène. Il va sans dire que plus la source de chaleur initiale est importante, plus le risque de réorganisation du réseau est grand.

Pourquoi le linge rétrécit-il au lavage ?Ainsi, les liaisons hydrogène qui donnent naissance au froissement, généralement à froid, sont elles réversibles en appliquant (patiemment) une source de chaleur, de préférence humide et une pression avec un fer à repasser. Il devrait donc être possible de retrouver la forme de votre vêtement rétréci en le plaçant dans une étuve humide à 90°C et en vous glissant dedans pour lui rendre sa forme, ou en le laissant sécher sur vous, afin de reconstituer un réseau de liaisons hydrogène parfaitement adapté à vos mensurations.

En ce qui concerne la qualité initiale du linge, les spécialistes du textile font remarquer que le rétrécissement dépend, bien entendu, de la qualité de la torsion du fil mais aussi du tissage. Le problème est donc complexe et mêle aspects moléculaires et technologiques. Un moyen simple de s'en affranchir est de vendre des vêtements déjà lavés, ce qui est une pratique courante, pour les jeans par exemple. Il est également possible de changer au moins partiellement la nature des fibres en surface ou de les mélanger avec des fibres en surface ou de les mélanger avec des fibres synthétiques toujours de manière à éviter la formation de ces liaisons hydrogène.

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Réponses sur nos origines

1. Comment explique-t-on la malédiction des pharaons ?

La malédiction des pharaons, selon laquelle tout violeur d'une tombe serait condamné à une mort certaine par l'air infecté ou par une magie inéluctable, est une fable moderne sans aucun fondement scientifique. Les tombes royales égyptiennes ne contiennent pas de textes hiéroglyphiques maudissant les pillards.

Comment explique-t-on la malédiction des pharaons ?La légende de la malédiction doit beaucoup à la découverte, en 1922, de la tombe de Toutankhamon (mort entre 1354-1343 av. J.C.). Dans les mois qui suivirent, une série de coïncidences tragiques fit la une des journaux européens et américains, contribuant à renforcer une croyance exotique, macabre et très médiatique. Quelques temps après la mise au jour de la sépulture de Toutankhamon, le comte de Carnarvon (1866-1923), qui finançait les fouilles de la tombe de ce pharaon, mourut... des suite d'une piqûre de moustique qui s'était infectée.

On oublie souvent que ce gentilhomme britannique était loin d'être en bonne santé puisqu'il n'avait plus qu'une moitié de poumon. De plus, les antibiotiques n'avaient pas encore été découvertes à cette époque, ce qui rendait toute infection redoutable.

D'autres morts, souvent évoquées à l'appui de la théorie de la malédiction, ont toutes une explication rationnelle : suicide par désespoir sentimental, commotion due à un brusque changement de température à la sortie de la tombe... Quant à Howard Carter, égyptologue anglais qui vécut quotidiennement au côté de la momie de Toutankhamon pendant les quelques années que dura l'exhumation du tombeau, il mourut paisiblement de mort naturelle, dix-sept ans après sa découverte !

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2. Que sait-on scientifiquement du déluge et de l'arche de Noé ?

Avant d'être relaté dans la Bible, l'épisode du déluge et de l'arche de Noé constituait un mythe mésopotamien. La Mésopotamie, région de l'Asie occidentale, située entre le Tigre et l'Euphrate, a été, entre le VIème et le Ier millénaire avant Jésus Christ, l'un des plus brillants foyers de civilisation. Or, dans les textes mésopotamiens qui racontent "l'histoire du monde", le Déluge est un évènement majeur, sans commune mesure avec les inondations, dont plusieurs sont également répertoriées. Ainsi, dans l'Epopée de Gilgamesh, récit datant des XVIIIème et XVIIème siècles avant JC, qui relate la quête de l'immortalité par ce roi légendaire, la construction de l'arche est décrite en détail. En réalité, la Bible ne fera plus tard que résumer ce texte. En effet, c'est dans le chapitre IV de la Genèse, un des plus anciens livres de l'Ancien Testament, vraisemblablement écrit aux alentours du Xème siècle avant JC, qu'il est question du Déluge et de l'arche de Noé.

Que sait-on scientifiquement du déluge et de l'arche de Noé ?Il est bien sûr difficile de faire la part de ce qui est historique et de ce qui est mythique, en l'absence en particulier de preuves archéologiques. Mais, on peut penser que les mythes du Déluge, dont on trouve également des traces dans d'autres civilisations, comme, par exemple, celle des Indiens des plaines nord-américaines, correspondent au souvenir lointain de la terrible catastrophe qui s'est produite dans toutes les zones côtières de la Terre lors de la fin de la dernière glaciation.

En effet, le réchauffement climatique de l'holocène, épisode commencé il y a 15000 ans, a entraîné une augmentation de plus de 100 mètres du niveau des océans. Dans le Golfe Persique, par exemple, le niveau maximal des eaux, atteint il y a 6000 ans, était de deux à trois mètres supérieur à ce qu'il est actuellement. On pense, même si on n'en possède malheureusement pas la preuve scientifique, que la tradition orale a gardé la mémoire de ces événements jusqu'à l'arrivée de l'écriture chez les Mésopotamiens : les inondations du Golfe Persique ou de la Mer Noire, qui se sont produites lors de cette montée des eaux, correspondraient aux descriptions du déluge. Quant à Noé, il s'agissait certainement d'un chef au comportement héroïque, dont la légende ensuite a été amplifiée par les conteurs d'histoires. On peut également penser que, devant l'ampleur de la catastrophe écologique due à la montée des eaux, certains aient cherché à protéger des animaux, de ferme certainement, au travers d'embarcations comme celle de l'arche de Noé décrite par la Bible.

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3. Quelle est l'origine de l'actuelle division du temps ?

L'idée de diviser la journée en intervalles de temps égaux est très ancienne. Ainsi, dès le VIIIème siècle av JC, les Babyloniens avaient divisé la journée en 12 parties égales, chacune étant elle-même divisée en 30 sous-parties. Ce système sera ensuite transmis aux Egyptiens, puis aux Grecs et aux Romains. Il est à l'origine de la division de l'arc de cercle en 360 degrés, et des subdivisions du degré en 60 minutes d'arc, et de la minute d'arc en 60 secondes d'arc. Vers 263 av. JC, la journée romaine était divisée en 8 intervalles de temps, 4 intervalles diurnes et 4 intervalles nocturnes. En divisant chacun d'entre eux par 3, les Romains allaient créer la première division de la journée en 24 heures. Il est à noter que ces heures n'étaient pas de longueur fixe comme le sont actuellement les nôtres. En effet, elles variaient en fonction de la durée du jour et de la nuit, selon la latitude du lieu et la saison.

Quelle est l'origine de l'actuelle division du temps ?Ce n'est qu'en 1330 que l'heure deviendra un vingt-quatrième de jour. Les subdivisions de l'heure en minutes et secondes de temps étaient connues depuis longtemps : Ptolémée, astronome du IIème siècle, les utilisait déjà. Mais elles n'entrèrent dans la vie courante qu'avec l'amélioration des horloges mécaniques. Ainsi, on verra apparaître la subdivision de l'heure en 60 minutes de temps au XIVème siècle, puis celle de la minute en 60 secondes-minutes de temps au XVIème siècle, cette dernière notation prenant plus tard sa forme abrégée de seconde de temps. Par analogie au système de mesure des arcs de cercle, on utilisa le système de numération sexagésimale.

Ce bel édifice faillit s'effondrer au moment de la Révolution lorsque la Convention décida en 1793 d'instaurer, en même temps que le calendrier républicain, une division décimale du jour. Ainsi, la semaine de 10 jours, appelée décade, comptait des journées de 10 heures, valant chacune 100 minutes, elles-mêmes divisées en 100 secondes. Cette réforme, contrairement au système métrique, ne put s'imposer. En plus des difficultés techniques liées à l'adaptation des horloges, elle se heurta, tout comme le calendrier républicain, au conservatisme de la population.

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4. L'espèce humaine évolue-t-elle physiquement ?

Dans les prochains millénaires, il faut s'attendre à des modifications concernant des détails atomiques, qui viendront compléter les changements qui ont débuté à la préhistoire. L'évolution humaine dure en effet depuis 3 millions d'années, mais elle s'est accélérée depuis environ 40 000 ans.

La bipédie de l'homme, par exemple, est imparfaite, nos veines des membres inférieurs possédant encore des valvules de quadripèdes. Du coup, le sang s'accumule dans les parties inférieures, provoquant varices et hémorroïdes. Dans l'avenir, le système circulatoire humain devrait donc devenir plus efficace.

L'apparition de la bipédie s'est également traduite par la bascule de l'arrière-train et le rapprochement des centres de gravité de la tête et de la colonne vertébrale. Ce rapprochement s'est fait par un déplacement vers l'avant du point de fixation de la tête sur la colonne (trou d'occipital).

L'espèce humaine évolue-t-elle physiquement ?Ces mouvements ont pour conséquence d'arrondir la forme du crâne. Or, l'équilibre théorique d'un corps ne se réalisera que quand les axes de gravité de la colonne et de la tête seront superposés, ce qui laisse supposer que le crâne devrait encore s'arrondir. Ce dernier n'évoluera plus en masse, mais, en revanche, le cerveau pourra encore augmenter grâce aux circonvolutions du cortex (le cerveau en se repliant sur lui-même peut occuper plus de place dans le même volume). Ceci devrait favoriser l'apparition de nouvelles fonctions cérébrales en relation avec un comportement de plus en plus élaboré.

Par ailleurs, la mâchoire se raccourcit, l'espace de la 3ème molaire se comble (la dent de sagesse est déjà trop à l'étroit), ce qui provoque un recul du visage. L'homme de demain pourra peut-être avoir 28 dents au lieu de 32. Autre élément marquant de l'évolution des espèces : la réduction du nombre de doigts. Le petit orteil devrait ainsi raccourcir, voire disparaître.

L'évolution future de l'homme pourrait être influencée par des facteurs impondérables comme la pollution ou encore les virus. Par exemple, au XIXème siècle, l'épidémie de tuberculose a surtout affecté les personnes de grande taille, favorisant les petits. Or, depuis l'éradication de la maladie, les grands font leur retour en force d'où une des causes possibles de l'augmentation de la stature depuis un siècle.

Dans 50 000 ans, des hommes moins robustes au visage puéril ? Autre facteur, l'allongement conséquent de l'espérance de vie entraîne l'apparition d'un caractère nouveau : la vieillesse. Les différentes étapes de la vie, et en particulier l'apprentissage, étant de plus en plus longues, le psychisme et les capacités cognitives devraient s'améliorer.

En revanche, ce comportement pourrait entraîner une infantilisation de l'espèce humaine. L'homme deviendrait alors moins robuste et le dimorphisme sexuel (les différences homme-femme) diminuerait.

Le portrait robot de l'homme du futur pourrait être un vieillard avec un visage puéril et réduit par rapport à la taille de son crâne. Mais ces prospectives sont un peu arbitraires et ces modifications, si elles surviennent un jour, ne seront effectives qu'à long terme : il faudra au moins 50 000 ans.

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5. Existe-t-il encore des peuples inconnus ?

Les moyens actuels de transport et de communication ont connu une telle avancée technologique que la découverte d'un nouveau peuple, et a fortiori d'une nouvelle terre, est quasiment impossible. En effet, les outils de télédétection comme les satellites, ont quadrillé la totalité du globe. Bateaux et avions de toutes sortes, puis par la suite les véhicules tout-terrain ont permis aux explorateurs de parcourir les contrées les plus inaccessibles et de pourfendre définitivement au XXème siècle le mythe de la Terra incognita.

Existe-t-il encore des peuples inconnus ?Cependant, nos connaissances de la planète ne seront jamais absolues. Même si, pour le monde occidental, les populations ont toutes été recensées, elles évoluent sans cesse, leurs coutumes et leur mode de vie se transforment parfois radicalement. Or, le suivi de cette évolution ne se fait pas de façon régulière. La fréquence aléatoire et la répartition inégale des moyens de transport peuvent ainsi isoler des communautés entières. Certaines petites îles de l'océan Atlantique et Pacifique, ainsi que certaines régions de Sibérie ou d'Extrême-Orient restent méconnues ou bien le deviennent souvent pour des raisons politiques globales. C'est le cas d'Annobón, une petite île de la Guinée-Equatoriale, seul pays hispanophone d'Afrique subsaharienne, sur laquelle un navire de ravitaillement n'accoste qu'une seule fois par an... lorsqu'il n'est pas en panne. De même, de nombreuses régions de l'actuelle Tanzanie restent à découvrir ou a redécouvrir, après plusieurs décennies de repliement du pays sur lui-même. Du coup, les communautés qui peuplent ces régions semblent revêtir un halo de mystère. Dans le même ordre d'idées, certains groupes humains vivant dans le désert du Kalahari ne rencontrent jamais un seul européen.

Toute société est condamnée à communiquer. Si, pour des raisons politiques, les chercheurs ont parfois du mal à obtenir des visas ou des autorisations pour mener des études approfondies, il est rare qu'un peuple soit complètement isolé. De par la simple nécessité de se nourrir, voire de se reproduire, les individus se déplacent, explorent leur environnement et entretiennent des contacts plus ou moins réguliers avec leurs voisins qui eux-mêmes sont en relation avec d'autres. Ainsi, à l'échelle des continents, les sociétés forment, de proche en proche, un véritable continuum humain, constitué de chaînes de communautés dont les maillons s'interpénètrent, se rejoignent, et se dédoublent au fil de l'histoire et en fonction des spécificités de l'environnement. Toute société est aujourd'hui condamnée à communiquer, et par là même, à accepter le changement, sinon elle risque de sombrer dans l'oubli, ou de tout simplement disparaître. Dans certains cas d'isolement extrême, la consanguinité peut mener à la dégénérescence totale de la population.

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6. Peut-on imaginer un extraterrestre qui nous ressemble ?

La probabilité que l'apparition de l'homme se reproduise ailleurs est voisine de zéro. Les êtres humains sont, en effet, le résultat de 3,8 milliards d'années d'évolution. D'innombrables changements de la biosphère, au cours du temps eux-mêmes liés aux modifications climatiques ou à celles des océans et des continents, ont façonné des millions d'êtres vivants tous différents, jalonnant le passage de la plus petite cellule à l'homme. Ainsi, les changements climatiques, s'ils ont peu d'influence directe sur les créatures vivantes, ont un effet immédiat sur la végétation donc sur les herbivores, eux-mêmes dévorés par les carnivores.

Au final, toute la chaîne alimentaire est concernée. D'une manière générale, chaque être vivant a donc été l'aboutissement d'un faisceau d'événements multiples d'une complexité inouïe. Bref, il est impossible qu'il y ait sur un autre astre un organisme semblable à l'homme. Deux individus disposant chacun de quelques dizaines de milliers de pièces d'un gigantesque Meccano n'ont aucune chance d'aboutir indépendamment à deux constructions strictement identiques. De la même façon, sur la Terre, avant l'apparition de l'homme, il n'y a jamais eu de créatures semblables à nous. Si les chimpanzés et les gorilles nous ressemblent, cela est dû uniquement au fait que nous avons eu, dans un passé lointain, un ancêtre commun.

L'être intelligent d'une autre planète n'aura donc ni le même nez, ni la même bouche, ni la même vision que nous.

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Réponses sur notre corps

1. Combien de couleurs l'oeil humain distingue-t-il ?

D'après des calculs effectués en 1998, notre oeil est capable de distinguer environ 2 millions de couleurs. Mais il ne s'agit là que d'une moyenne, certaines personnes étant capables de meilleures performances encore.

Pour établir ce chiffre de 2 millions, des tests de perception des couleurs ont été réalisés sur des dizaines de sujets placés devant des collections d'échantillons peints, ou face à des écrans d'ordinateurs. Au départ, on fait apparaître sur l'écran deux couleurs strictement identiques, puis la personne qui réalise le test peut faire varier insensiblement, au moyen d'un joystick, la couleur de l'un des deux échantillons. Dès qu'elle perçoit une différence entre les deux, elle appuie sur un bouton. Il existe une unité de mesure pour quantifier les différences entre couleurs, appelée CIELAB. Ce nom est dérivé de CIE, qui est le sigle de la Commission Internationale de l'Eclairage, chargée d'établir les normes en termes de couleurs. On admet que deux couleurs sont discernables entre elles lorsqu'elles sont séparées par une unité CIELAB. Cette unité est utilisée dans l'industrie textile, ou par les fabricants de colorants : deux unités CIELAB doivent séparer deux coloris, qu'il s'agisse de tissus ou de peintures.

Pourtant, il n'est pas évident de se représenter physiquement cette unité, contrairement au centimètre, ou au degré Celsius. La raison en est simple. Alors que la température, par exemple, suit une évolution linéaire entre le froid et le chaud, la perception des couleurs par notre cerveau nécessite un jugement en trois dimensions : une échelle qui va du clair au foncé, une qui va du vert au rouge, et une troisième du bleu au jaune. Chaque objet, chaque surface de notre environnement est jugé en permanence par le cerveau en fonction de ces trois paramètres, grâce aux informations captées par les récepteurs photosensibles de la rétine.

Prenons l'exemple concret d'une orange. Sa surface est tout à la fois plus claire que foncée, plutôt rouge que verte, et tire nettement vers le jaune par rapport au bleu. C'est le résultat de cette triple analyse qui permet au cerveau de reconstituer la couleur orange. Ce sont d'ailleurs ces trois unités, baptisées LAB, qui donnent la deuxième partie du sigle CIELAB.

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2. Pourquoi les cheveux blanchissent-ils avec le temps ?

La couleur naturelle des cheveux est due à la présence de pigments (grains de mélanine), qui sont contenus dans des cellules appelées mélanocytes. Il existe deux familles de pigments capillaires : les phaemélanosomes qui comportent des pigments jaunes et des pigments rouges, et les eumélanosomes qui comportent des pigments bruns et des pigments noirs. Les deux déterminent, en fonction de leurs proportions et de leurs qualités respectives, les couleurs des cheveux bruns, châtains, blonds ou roux. Les pigments sont fabriqués, dans le bulbe du cheveu, par les mélanocytes. Puis ils migrent le long des cheveux et les colorent, avant de se dégrader peu à peu. Tous les cheveux blanchissent un jour ou l'autre, quelle que soit leur couleur d'origine. Soit parce que les mélanocytes ont diminué en nombre, tout en gardant leur capacité à fabriquer des pigments mais en quantité moindre, soit parce que les mélanocytes ont subi une baisse de leur activité de production des pigments, qui sont alors moins nombreux et de qualité médiocre.

Le blanchissement des cheveux est donc lié au vieillissement cellulaire. C'est un phénomène physiologique normal qui s'installe généralement à partir de 40 ans et de façon progressive, sauf en cas de maladie ou de choc psychologique grave. Par ailleurs, on a récemment mis en évidence des gènes responsables de la formation des mélanocytes. C'est pourquoi certaines familles sont prédisposées aux apparitions précoces de cheveux blancs, parfois dès l'âge de 20 ans. Actuellement, il n'existe aucun traitement capable d'empêcher le processus de décoloration des cheveux, d'autant que l'on ne connaît pas encore toutes les raisons de ce changement.

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3. Pourquoi le sang est-il rouge ?

La couleur du sang vient de ce qu'il est essentiellement composé de globules rouges... 5 millions par millimètre cube ! Qui sont autant de petits sacs bourrés d'un pigment rouge, l'hémoglobine. L'hémoglobine est une molécule constituée de quatre chaînes de protéines, identiques deux à deux (deux chaînes alpha et deux chaîne bêta) liées chacune à un atome de fer. Son rôle consiste à transporter l'oxygène. Celui-ci est au corps humain ce que l'essence est à l'automobile, le combustible qui fait tourner le moteur. Chaque cellule de notre corps a besoin d'oxygène pour fonctionner. L'hémoglobine est parfois appelée poumon moléculaire, car elle fonctionne comme la respiration. En effet, elle capte l'oxygène au niveau des tissus (cœur, cerveau, muscles...). La couleur du sang est d'autant plus rouge que l'hémoglobine est saturée en oxygène. C'est le cas dans le sang véhiculé par les artères. En revanche après passage au niveau des tissus, comme le muscle par exemple, l'hémoglobine libérée de son oxygène apparaît légèrement bleutée. C'est pourquoi le sang veineux donne l'impression d'être bleu.

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4. Comment se produisent et se transmettent les courants électriques du corps humain ?

Les courants électriques du corps humain, plutôt appelés influx nerveux, naissent et se propagent dans les neurones, qui sont les cellules principales du système nerveux. Chacun de ces neurones est constitué d'un corps cellulaire, où se trouve le noyau, et d'un prolongement appelé axone. Chaque neurone reçoit l'information nerveuse d'autres neurones ou de récepteurs sensoriels enregistrant des messages concernant l'environnement (son, luminosité...) ou l'organisme (température, ou concentration de CO2 dans le sang par exemple). Lorsqu'un neurone est "au repos", il existe entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule une différence de potentiel électrique, appelée le potentiel de repos : la face interne de la membrane est chargée négativement par rapport à l'extérieur, la valeur de cette différence de potentiel étant de -65 millivolts. Comment est généré l'influx neveux ? Lorsqu'un neurone voisin ou un récepteur sensoriel est excité, par exemple sous l'effet d'un stimulus extérieur, la structure de la membrane du neurone s'en trouve modifiée. Sa perméabilité aux ions, qui sont des atomes chargés électriquement, va alors se modifier. En effet, il se produit une activation de certaines protéines formant des canaux transmembranaires, qui permettent le passage, dans les deux sens, d'ions chargés électriquement, en particulier de sodium et de potassium. Le résultat est une modification de l'équilibre électrique du neurone, l'intérieur devenant moins négatif par rapport à l'extérieur. Lorsque ce phénomène, appelé dépolarisation, atteint un certain seuil, il génère un potentiel d'action se transmettant tout au long de l'axone. Les potentiels d'action, qui se propagent à une vitesse moyenne de 10 mètres par seconde, se succèdent environ toutes les secondes. Pour que cette information soit intégrée par tout le système nerveux, il est nécessaire que ce signal soit transmis à d'autres neurones. Cette transmission de l'information nerveuse d'un neurone à l'autre s'effectue au niveau de sites de contact, appelés synapses.

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Réponses sur notre univers

1. Où se situe le centre de l'Univers ?

Contrairement à ce que les hommes ont très longtemps pensé, on ne peut pas le dire, à la lumière des théories actuelles, qu'il existe, quelque part, un centre de l'Univers. Les savants de l'Antiquité pensaient en effet, selon une conception dite géocentrique, que la Terre était au centre du ciel. Plus tard, avec Copernic et ses écrits du milieu du XVIème siècle, on est passé à une conception héliocentrique, selon laquelle le Soleil aurait constitué le centre de l'Univers. Puis on s'est aperçu que le Soleil n'était qu'une étoile parmi des milliers d'autres, et qu'il devait donc exister d'autres mondes, centrés sur ces autres étoiles. De plus, on a découvert au XIXème siècle que ces étoiles s'organisaient en un grand système, notre galaxie. En 1924, l'astronome américain Edwin Hubble découvre qu'il existe de très nombreuses autres galaxies, plus ou moins semblables à la nôtre. A la même époque, la théorie de la relativité générale bouleverse nos idées sur la géométrie et engendre les conceptions actuelles selon lesquelles l'Univers n'a pas de centre.

Aujourd'hui, en effet, la théorie admet deux possibilités pour décrire l'Univers. Soit il est infini dans toutes les directions et l'on ne peut donc pas lui définir un centre, de la même façon que l'on ne peut pas déterminer le milieu d'une droite. Soit il est fini et se referme sur lui-même et il est alors régi par une géométrie à 4 dimensions, où le temps est la quatrième dimension. Par analogie (pour rendre plus accessible un concept difficile à percevoir), on compare cet espace-temps à 4 dimensions à une sphère à 3 dimensions (le rayon de la sphère représente le temps, et la surface, l'espace). La surface d'une sphère n'ayant pas de centre, dans ce cas-là, l'Univers n'en a pas non plus.

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2. Quel est l'âge de l'Univers ?

L'âge théorique de l'Univers est compris entre 10 et 20 milliards d'années. Il est défini dans le cadre des modèles cosmologiques dits de Big-bang. La détermination de l'âge de l'Univers dépend des premières distances trouvées pour les étoiles les plus proches de nous. Cette première mesure sert ensuite "d'étalon longueur" pour les étoiles de même type situées dans des galaxies plus lointaines.

La contribution de Hubble (le satellite bien sûr) n'est pas particulièrement décisive. En revanche, le télescope spatial d'astrométrie Hipparcos, dont la mission était.de mesurer l'éclat et la distance des 100000 étoiles les plus proches de nous, a permis de réviser à la hausse ces distances. En effet, les résultats de ces observations montrent que les étoiles sont de 10 à 15% plus éloignées que ce que l'on pensait.

Par ailleurs, il est possible de mesurer l'âge de l'Univers grâce à une méthode de datation des plus vieilles étoiles. Pour cela, on mesure certains isotopes radioactifs, de la même façon que l'on date sur Terre des objets fossiles à partir de la présence de carbone 14. La datation des étoiles passe toutefois par un modèle de luminosité. Les résultats d'Hipparcos indiquent que si les étoiles sont plus éloignées, elles sont plus lumineuses et en fin de compte moins vieilles. On obtient ainsi une fourchette plus serrée comprise entre 10 et 13 milliards d'années.

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3. L'Univers a-t-il un sens ?

Les données actuelles ne permettent pas de dire que l'Univers a un sens, "nord-sud" ou autre. La théorie, par exemple, rejette l'idée d'un axe particulier. La cosmologie (étude de la structure, de l'origine et de l'évolution du cosmos dans son ensemble - voir le dossier consacré à la cosmologie) se fonde sur la théorie du Big-bang qui décrit un Univers en expansion constante depuis quinze milliards d'années environ, à partir d'un volume minuscule, incroyablement chaud et dense. Cette théorie est la seule à bien expliquer un grand nombre d'observations sur une échelle de plusieurs milliards d'années-lumière, ainsi que des données astrophysiques fondamentales, comme les proportions des éléments chimiques les plus légers existant actuellement dans l'Univers. Elle se fonde notamment sur le principe cosmologique qui postule l'homogénéité et l'isotropie de l'Univers à grande échelle, ce qui signifie qu'il doit avoir les mêmes caractéristiques globales en tous lieux et dans toutes les directions. Il va de soi que si l'Univers peut être décrit comme homogène et isotrope, il ne s'organise autour d'aucun axe particulier. Pour la théorie la plus couramment admise, il n'a donc pas de sens. Mais l'observation peut parfaitement la démentir. En 1997, certains ont cru que c'est ce qui était en train de se produire. A cette époque, deux chercheurs américains des universités de Rochester et du Kansas ont été surpris par leur observation de 160 galaxies lointaines dans les fréquences radio.

On a cru trouver un axe passant par la Terre et la constellation du Sextant. Avant de parvenir à la Terre, les ondes émises par ces galaxies traversent des champs magnétiques et des nuages de particules qui les polarisent. La polarisation, phénomène qui affecte les ondes en les faisant vibrer selon des directions particulières, est bien connue des astrophysiciens. Mais les chercheurs ont constaté qu'elle variait, non seulement avec la distance des galaxies, mais aussi selon leur orientation par rapport à un axe passant par la Terre et la constellation du Sextant : inexplicablement, les caractéristiques des ondes étaient donc directement influencées par cet axe pendant leur propagation. Mais ils ont été très vite démentis, car leurs données, après analyse, se sont révélées trop imprécises pour servir de base à une telle conclusion.

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4. L'espace a-t-il une température ?

Depuis 1964 et la découverte de deux ingénieurs de la compagnie de téléphone américaine Bell, Arno Penzias et Robert Wilson, on sait que la température de l'Univers est de -270 degrés Celsius, ou de 3 degrés Kelvin. A l'époque, ces deux chercheurs (prix Nobel en 1978), expérimentaient une antenne destinée à l'observation de la Voie Lactée (notre galaxie). Or, ils constatèrent la présence d'un rayonnement inconnu, qui provenait d'un peu partout : c'était le rayonnement cosmologique, émis sous forme de micro-ondes, preuve d'une chaleur même minime, exactement comme la chaleur d'un radiateur se manifeste à nous, sous forme de rayonnement infrarouge, certes plus intense... Si la température de l'Univers est aujourd'hui relativement faible, il n'en a pas toujours été ainsi. On sait, en étudiant la longueur d'ondes de certains photons circulant encore aujourd'hui dans l'espace, que la température de l'Univers environ 300000 ans après le Big-bang s'établissait aux alentours de 3000°C. C'est à cette date que s'est produit ce que l'on appelle le découplage entre matière et rayonnement, qui étaient auparavant intimement mêlés. Depuis, la température de l'Univers n'a fait que décroître, ce qui s'explique facilement : si l'énergie totale qu'il contient, celle issue du Big-bang, n'a pas changé depuis le début, son volume, lui, augmente sans cesse du fait de son expansion. La quantité d'énergie en un point donné est donc plus faible, ce qui correspond à une température plus faible.

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5. Qu'est-ce que la constante cosmologique ?

La constante cosmologique est une source d'énergie qui trouve son origine dans le vide de l'Univers, et dont l'effet principal est de contribuer de façon très importante à son expansion. Si l'on pense, aujourd'hui, qu'elle correspond à l'énergie du vide, on a longtemps supposé qu'elle n'existait pas. Cette notion a, en effet, été introduite par Albert Einstein en 1917, lorsqu'il a écrit les lois de la relativité générale, dont l'objectif était de décrire la dynamique de l'Univers. Or, les résultats de ces équations impliquaient que celui-ci soit en expansion. Si cette théorie est aujourd'hui vérifiée par des observations, elle était à l'époque en opposition avec les conceptions de l'Univers en vigueur, qui prévoyaient, au contraire, que celui-ci était statique. Einstein, qui le pensait aussi, ajouta alors à ses équations un terme, appelé constante cosmologique, qui correspondait à une source d'énergie de forme inconnue et permettait aux lois de la relativité de "rendre" l'Univers statique. Mais, dans les années 30, Einsteins se rendit compte de son erreur, et se rallia à la thèse d'un Univers en expansion. Du coup, la constante cosmologique, dont le seul but était de rendre l'Univers statique, n'avait plus de raison d'être, et sa valeur devint nulle. On a donc longtemps pensé qu'elle n'existait pas.

Mais un nouveau renversement de situation est intervenu récemment, avec l'étude, à partir du début des années 90, d'un certain type de supernovae. Il s'agit d'étoiles qui explosent en émettant une quantité gigantesque de lumière, toujours la même, qui nous les rend perceptibles. Lorsque nous regardons les plus lointaines d'entre elles, nous voyons en fait un évènement très ancien, vieux de plusieurs milliards d'années. Cette gerbe lumineuse est particulièrement intéressante, car en étudiant la trajectoire de la lumière, qui se déplace dans l'Univers sous forme de photons, on peut déduire l'énergie globale de l'Univers. Or, plusieurs équipes à travers le monde ont observé que la lumière de ces supernovae avait suivi une trajectoire que la seule présence dans l'Univers de l'énergie due à la matière, résumée par la célèbre formule E = m.c², et de celle due au rayonnement produit au moment du Big-bang ne suffisait pas à expliquer. Le trajet des photons ne peut en fait s'expliquer que par l'existence de la fameuse constante cosmologique, qui correspondrait à l'énergie produite par le vide de l'Univers. Cette constante a même pris une grande importance, puisque l'on estime aujourd'hui que l'énergie qui lui est associée représenterait 70% des sources en énergies existant dans l'Univers.

La conséquence principale de la réintroduction de la constante cosmologique, c'est que l'on pense aujourd'hui que l'expansion de l'Univers s'accélère : non seulement l'Univers est en expansion, ce que l'on savait déjà, mais cette dernière est de plus en plus rapide !

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6. Qu'appelle-t-on la masse manquante de l'Univers ?

La masse manquante de l'Univers, également baptisée "matière noire" ou "masse cachée", est une partie de l'Univers dont on a démontré l'existence par des calculs, mais qui reste totalement impossible à observer, à l'inverse de la masse visible, constituée des étoiles, des planètes, des poussières et des gaz.

On s'est douté de l'existence de la masse manquante, dès 1933, à l'occasion de mesures de vitesse de galaxies regroupées entre elles, mesures effectuées dans deux amas de galaxies appelés Virgo et Coma. Ces calculs ont fait ressortir que, si l'on ne tenait compte que de la masse observable des galaxies, celles-ci auraient dû, compte tenu de leur vitesse, s'éloigner les unes des autres. Or, elles étaient toujours regroupées. Seule explication possible : l'existence d'une masse invisible. Le plus étonnant, c'est que les calculs ultérieurs ont démontré que cette masse manquante constitue... plus de 90% de la masse de l'Univers !

De quoi est donc faite cette matière si mystérieuse ? Force est de reconnaître que sa nature exacte reste inconnue. Et, comme souvent en pareil cas, différentes hypothèses s'affrontent.

Les deux plus importantes sont celles des machos (massive compact halo objects) et des wimps (weakly interacting massive particles). Les machos seraient des naines brunes, c'est-à-dire des étoiles trop petites pour briller par l'allumage de réactions nucléaires en leur sein, mais trop grosses pour être appelées planètes. Quant aux wimps, il pourrait s'agir de particules, non encore détectées en physique des particules, du fait de leur peu d'interaction avec la matière, mais suffisamment nombreuses et massives pour provoquer les effets gravitationnels observés.

On a longtemps pensé que le neutrino, cette minuscule particule intergalactique, pourrait résoudre le problème de la masse manquante. Mais les dernières estimations montrent que, même si les neutrinos se révélaient avoir une masse, le total serait insuffisant pour expliquer toute la masse manquante. Pour l'instant, rien ne permet donc de trancher en faveur de l'une ou l'autre des hypothèses, et la vérité se situe peut-être quelque part entre les deux !

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7. Qu'est-ce qu'un quasar ?

On observe des quasars dans le noyau de certaines galaxies. Ils résultent de l'attraction exercée par un trou noir sur le gaz qui l'entoure. En effet, les trous noirs sont des corps si denses que même les photons (c'est à dire la lumière) ne peuvent s'en échapper. Leur masse peut atteindre cent millions de fois celle de notre Soleil. Ils exercent donc une action gravitationnelle importante sur tout ce qui les entoure, y compris le gaz qui, sous l'effet de cette force, s'en rapproche en décrivant une trajectoire en spirale. Il se forme donc un disque en rotation très rapide autour du trou noir.

Le gaz s'échauffe par frottements des différentes couches qui le constituent, et émet un rayonnement très intense. Après avoir subi diverses transformations, ce rayonnement nous parvient dans toutes les longueurs d'onde, du rayonnement gamma jusqu'au rayonnement radio. C'est ce phénomène qu'on appelle "quasar". La luminosité de certains quasars atteint plus de mille fois celle des galaxies les plus brillantes. Ce sont en fait, et de loin, les objets les plus lumineux que la nature ait conçus. Pourtant, les quasars sont de petites dimensions : ils sont au moins cent mille fois plus petits que les galaxies elles-mêmes.

Par ailleurs, il faut signaler que plus on observe des galaxies lointaines dans l'Univers, plus la fraction de celles qui contiennent un quasar est élevée. Pourquoi ? Lorsque nous voyons une galaxie formée il y a 15 milliards d'années, les photons que nous percevons ont mis 15 milliards d'années à nous parvenir : nous voyons donc la galaxie telle qu'elle était dans le lointain passé. A cette époque, les trous noirs n'avaient pas encore eu le temps d'absorber tout le gaz qui les entourait. Mais au fil du temps, le vide se fait autour du trou noir qui reçoit de moins en moins de gaz et voit donc sa luminosité décroître. Cela revient à dire que dans le passé, les galaxies contenaient des quasars plus brillants que de nos jours. Extrêmement lumineux, par conséquent visibles à de très grandes distances, ces objets célestes sont précieux pour étudier les propriétés de l'Univers lointain.

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8. Qu'est-ce que la ceinture de Kuiper ?

C'est un ensemble de très petits corps qui sont formés essentiellement de glaces. La ceinture de Kuiper se trouve aux frontières du système solaire, au-delà de Neptune et de Pluton, à plus de 5 milliards de kilomètres de la Terre. C'est de cette région notamment que viennent certaines comètes (les comètes périodiques), qui approchent notre planète.

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9. Comment les galaxies se forment-elles ?

A l'origine des galaxies, il y a du gaz, formé d'atomes élémentaires, comme l'hydrogène ou l'hélium. Au cours du temps, des régions gazeuses plus denses que d'autres se forment. Puis elles continuent à se densifier, augmentent en dimension, jusqu'à ce que les premières étoiles apparaissent: on parle d'effondrement du gaz. Peu à peu, les nuages de gaz deviennent des galaxies. Leurs formes sont variées, de l'ellipse à la spirale, comme c'est le cas de la Voie Lactée, notre galaxie. La formation des galaxies comporte toutefois de nombreuses inconnues, elles-mêmes dépendantes de différentes écoles. Beaucoup d'astronomes pensent ainsi que les galaxies elliptiques géantes sont les plus anciennes. D'autres disent au contraire qu'elles sont produites par l'agglomération de petites naines et donc qu'elles sont plus récentes.

Aujourd'hui, quelques rares galaxies continuent à se former, alors que d'autres s'entrechoquent donnant lieu à de véritables cimetières cosmiques.

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10. Comment peut-on mesurer la vitesse de la lumière ?

La première évaluation de la vitesse de la lumière a déjà plus de 300 ans, puisque dès le XVIIème siècle, l'astronome danois Olaüs Römer l'estime en observant les éclipse des quatre satellites de Jupiter découverts en 1609 par Galilée. A l'époque, on remarque un curieux phénomène: la durée séparant deux éclipses successives d'un satellite ne se fait pas à des intervalles de temps réguliers. Pourtant, à chacune de leurs révolutions, ces satellites entrent dans l'ombre de Jupiter et une éclipse se produit... Dans les faits, de façon incompréhensible, ces intervalles sont de plus en plus courts si la Terre se rapproche de Jupiter, et de plus en plus longs lorsqu'elle s'en éloigne. En 1676, Römer comprend que pour expliquer ce phénomène il faut que la lumière ait une vitesse: quand la Terre se rapproche de Jupiter, le temps que met la lumière de la fin (ou du début) de l'éclipse pour lui parvenir est de plus en plus court et quand elle s'éloigne il est de plus en plus long. La lumière ne se propage donc pas instantanément dans l'espace. Connaissant les orbites des satellites autour de Jupiter, ainsi que celles de la Terre et de Jupiter autour du Soleil, Römer estime d'abord la vitesse de propagation de la lumière à 150000 km/s. Cette valeur gigantesque le surprend déjà beaucoup, mais reprenant ses mesures plus précisément, il trouve ensuite 350000 km/s : plus du double...

Aujourd'hui, en utilisant les propriétés ondulatoires de la lumière, la vitesse de la lumière est connue avec précision : 299 792,458 km/s.

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11. Pourquoi les étoiles scintillent-elles ?

La fluctuation de l'éclat des étoiles, qui nous fait dire qu'elles scintillent (au contraire des planètes dont l'éclat est constant) est due à la fois à leur éloignement et à l'agitation de l'atmosphère terrestre. Très éloignées de la Terre, les étoiles nous envoient une lumière, dont il ne nous parvient qu'un rayon très fin, quasi filiforme. Il suffit alors que les ondulations, liées à la turbulence de l'atmosphère, dévient légèrement ce rayon pour que l'étoile semble soudainement moins brillante. Une fraction de seconde plus tard, le rayon atteindra normalement notre oeil, et un rayon lumineux voisin, qui jusque-là ne nous parvenait pas, pourra même renforcer un instant son éclat. Le résultat enregistré par notre cerveau est cette fluctuation lumineuse, ce scintillement de l'étoile.

Une planète est beaucoup plus proche, son diamètre apparent n'est plus négligeable. La lumière qu'elle nous envoie est constituée d'une multitude de rayons, dont certains sont renforcés pendant que d'autres sont affaiblis par les turbulences atmosphériques et la quantité de lumière reçue par l'oeil est constante: une planète ne scintille pas.

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12. Combien y a-t-il d'étoiles dans l'Univers ?

Déterminer le nombre d'étoiles dans l'Univers est impossible car nos télescopes ne peuvent voir au-delà d'un certain stade. Cependant, il est possible de calculer approximativement le nombre d'étoiles dans la Voie Lactée. Pour cela, on mesure la luminosité de notre galaxie. On pointe nos télescopes vers des galaxies similaires que l'on peut voir en entier. On mesure alors leur luminosité. Ensuite, il suffit de diviser cette luminosité par celle d'une étoile moyenne (comme le Soleil) pour obtenir le nombre d'étoiles théoriquement présentes dans notre galaxie : c'est-à-dire 1012 étoiles, dix puissance douze étoiles !!!

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13. Les étoiles se déplacent-elles ?

Toutes les étoiles se déplacent selon un mouvement apparent caractéristique de chacune, appelé mouvement propre. Ce mouvement a été produit par les nuages de gaz qui leur ont donné naissance, eux-mêmes étant déjà en rotation dans le disque de la galaxie. Ainsi, on sait que le Soleil se déplace actuellement dans notre galaxie la Voie Lactée, à la vitesse de 200 km/s. Il fait un tour complet de la galaxie en 200 millions d'années.

La vitesse des étoiles dépend principalement de leur éloignement par rapport au centre de la galaxie dans laquelle elles se trouvent. Ainsi, les étoiles les plus proches du centre sont celles qui se déplacent le plus vite, pouvant aller jusqu'à 1000 km/s, alors que les plus lointaines ne dépassent guère 100 km/s.

Mais si l'on se place maintenant du point de vue de l'observateur terrestre, il est très difficile de visualiser ces déplacements, essentiellement parce que la Terre elle-même se déplace avec le Soleil dans la galaxie. On peut décomposer le mouvement des étoiles en deux parties. Le mouvement radial, tout d'abord, qui correspond à l'éloignement ou au rapprochement d'une étoile suivant la ligne de visée, et qui n'est pas perceptible à l'oeil nu. On ne le détecte qu'en analysant finement le spectre lumineux de l'étoile.

Quant au mouvement tangentiel (dans le plan du ciel), il est théoriquement visible, mais reste très peu marqué à nos yeux: l'astre le plus rapide du point de vue de la Terre, l'étoile de Barnard, située à la limite des hémisphères Nord et Sud dans la constellation d'Ophiucus, ne se déplace que de 10 secondes d'arc par an. C'est-à-dire qu'il lui faut trois cent soixante ans pour parcourir un degré dans le ciel. Un mouvement tout juste perceptible à l'échelle d'une vie d'astronome !

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14. Quelle est la plus lointaine étoile connue ?

A une question aussi simple, on aimerait répondre par un nom et une distance... Mais, entrer dans l'astronomie, c'est entrer dans l'incommensurable. Imaginez-vous au milieu du désert à tenter de découvrir, sans bouger de là où vous vous trouvez, quel est le grain de sable le plus éloigné et vous aurez une idée de l'immensité du problème. Le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre, n'est qu'une étoile parmi les centaines de milliards d'étoiles qui constituent notre galaxie, la Voie Lactée. Notre galaxie n'est qu'un des milliards de milliards d'objets célestes qui se trouvent dans l'Univers et les distances d'une étoile à l'autre se mesurent en années lumière, c'est à dire en nombre d'années que la lumière d'une étoile va mettre à nous parvenir à la vitesse de 300000 km par seconde ! Nous ne pourrons probablement jamais percevoir notre galaxie de l'extérieur, ni en avoir des images satellite, et c'est uniquement à partir de l'étude du mouvement des étoiles que nous avons pu comprendre sa forme et estimer sa taille. A l'oeil nu, nous n'apercevons que les étoiles de notre galaxie et, au-delà, la galaxie d'Andromède, à 2,5 millions d'années-lumière, visible depuis l'hémisphère Nord et les deux galaxies appelées Nuages de Magellan, à 160000 et 190000 années lumières, depuis l'hémisphère Sud. Ces galaxies, tout comme la nôtre, ressemblent à des nuages laiteux, composés de milliards d'étoiles, dont on ne peut dire laquelle est la plus éloignée de nous. En effet, une étoile qui nous apparaît très brillante peut être soit très proche, soit très grosse. Son éclat apparent, que l'on appelle magnitude est fonction à la fois de sa luminosité intrinsèque et de sa distance. Cette dernière est calculée à partir de mesures trigonométriques du déplacement angulaire des étoiles sur le ciel. Quant à la luminosité, elle s'évalue dans un très large spectre de longueur d'onde, du domaine visible avec des étoiles de couleur rouge, jaune, verte ou bleue, perceptibles à l'oeil nu, au domaine invisible passant de l'ultraviolet aux rayons X et gamma, et de l'infrarouge aux ondes radio. L'atmosphère terrestre absorbe une partie de ces longueurs d'onde et des télescopes spatiaux sont envoyés dans l'espace pour affiner ces observations. Ainsi, les relevés effectués par le satellite européen Hipparcos ont permis de corriger les estimations de distance de milliers d'étoiles et de redater l'Univers.

Aujourd'hui, l'astre le plus lointain que nous connaissions, photographié par le télescope spatial Hubble, se situe derrière l'amas C11358+62. C'est une galaxie très lumineuse, qui se trouve à environ 13 milliards d'années lumière, soit 120000 milliards de milliards de kilomètres de la Terre. Les centaines de milliers d'étoiles qui la composent sont les plus éloignées que l'on connaisse. Demain, nous verrons encore plus loin dans l'espace et dans le temps et nous nous rapprocherons toujours plus de l'énigme que constitue l'origine de l'Univers.

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15. Comment mesure-t-on la distance qui  nous sépare des étoiles ?

On calcule la distance d'une étoile à partir de la mesure de l'angle sous lequel, depuis l'étoile, on voit la distance Terre-Soleil. Cet angle correspond au sommet du triangle (très allongé) formé par l'étoile, le Soleil et la Terre. Plus l'étoile est lointaine, plus l'angle, appelé parallaxe, est petit. Toutes les parallaxes mesurées sont inférieures à une seconde d'arc, c'est-à-dire à la 60ème partie d'une minute, qui est elle-même la 60ème partie d'un degré. L'étoile la plus proche, qui possède donc la plus grande parallaxe connue, soit 0,77 seconde d'arc, est Proxima du Centaure, qui se trouve à environ 40000 milliards de kilomètres de la Terre, alors que la distance Terre-Soleil est de "seulement" 150 millions de kilomètres. La parallaxe est calculée à partir de la mesure des déplacements apparents sur le ciel des étoiles proches, par rapport aux étoiles plus lointaines, tels qu'ils sont observés depuis la Terre au cours de son mouvement autour du Soleil. De la même façon que, vus d'un train en marche, les arbres les plus proches semblent se déplacer par rapport à la forêt plus lointaine. Depuis sa mise au point par Friedrich Bessel, en 1838, cette méthode a permis de calculer les distances d'un millier d'étoiles avec une précision de l'ordre de 10% pour une centaine d'entre elles et de recenser 47 étoiles se trouvant à une distance inférieure à 150000 milliards de kilomètres de la Terre. Sachant que la perception de la lumière s'affaiblit avec l'inverse du carré de la distance, les astronomes déduisent les distances des étoiles lointaines par comparaison de leurs caractéristiques de luminosité et de rayonnement spectral avec celles d'étoiles proches dont la distance est connue. L'avenir est aux satellites comme Hipparcos qui, de 1989 à 1993, a mesuré par la méthode des parallaxes les distances de plus de 120000 étoiles avec une précision d'une milliseconde de degré et démontré que les distances déterminées depuis la Terre étaient sous-évaluées de 10 à 15%.

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16. Quelle différence existe-t-il entre les classements  spectral et alphabétique des étoiles ?

Ces deux classifications n'ont rien en commun : l'une décrit les caractéristiques principales d'une étoile, l'autre ne fait que désigner une étoile. Dès l'Antiquité, les étoiles les plus brillantes du ciel, visibles à l'oeil nu, ont été regroupées en constellations. Au sein de chacune d'entre elles, les étoiles ont été dénommées par des lettres de l'alphabet grec: alpha pour la plus brillante, beta (β) pour la suivante... Aldébaran, l'étoile la plus brillante de la constellation du Taureau, se nomme donc alpha Tau.

La classification spectrale des étoiles date de la fin du siècle dernier. Elle se fonde sur le spectre, c'est à dire l'analyse du rayonnement émis par l'étoile. La caractéristique la plus visible de ce rayonnement est sa couleur, liée à la température de surface de l'étoile. Les astronomes ont alors adopté une échelle de température (O, B, A, F, G, K, M) allant des étoiles les plus chaudes (O pour les très bleues, température de surface 50000°C) aux étoiles les plus froides (M rouge sombre, température de surface 2500°C). Comme avec une flamme où la partie la moins chaude est la zone rouge.

Cette lettre est suivie d'un chiffre qui affine la graduation (une étoile G8 étant plus froide qu'une étoile G2). Plus tard, dans les années 1940, on a ajouté à la classification spectrale la classe de luminosité qui dépend de la taille de l'étoile. Ce critère, exprimé en chiffres romains, va de I pour les supergéantes à V pour les naines. Etoiles naines qui sont d'ailleurs appelées étoiles normales, puisqu'une étoile passe 90% de sa durée de vie sous cette forme et ne commence à grossir qu'une fois son hydrogène épuisé. On classe alors Aldébaran, étoile géante rouge, KO III. Et notre Soleil, une étoile naine jaune, G2 V.

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17. Qu'est-ce qu'un trou noir ?

Le trou noir est l'aboutissement de la contraction d'une étoile morte dont la densité est devenue si grande que la lumière ne peut plus s'en échapper: un trou noir est donc invisible, ce qui explique son nom. Lorsqu'elle est en activité, une étoile comme le Soleil, par exemple, brûle en permanence les gaz dont elle est constituée, essentiellement de l'hydrogène. Ces réactions de fusion d'origine thermonucléaire sont la source de l'émission de lumière des étoiles. Ces réactions produisent également une quantité énorme d'énergie, capable de s'opposer à l'effet de gravitation de l'étoile, qui aurait tendance à la faire s'effondrer sur elle-même. Conséquence: lorsque les ressources en gaz s'épuisent et que les réactions thermonucléaires cessent, la force de gravitation prend le dessus et l'étoile commence à se contracter. Elle passe alors par plusieurs phases, qui dépendent de sa masse d'origine: l'étoile morte peut ainsi devenir une naine blanche ou une étoile à neutrons. Si la masse d'origine est supérieure à trois fois la masse du Soleil, l'étoile peut aussi atteindre cet état particulier, appelé trou noir.

On ne sait pas ce qui se passe à l'intérieur d'un trou noir: on sait seulement qu'il absorbe, du fait de sa densité gigantesque, tous les corps célestes qui gravitent autour de lui, et que tout ce qui y pénètre ne peut plus jamais en sortir, y compris la lumière.

> Pour en savoir plus, voir le dossier spécial sur les trous noirs

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18. Pourquoi y a-t-il de l'eau dans le Soleil ?

Les astronomes ont relevé la présence d'eau dans la plupart des étoiles peu chaudes, dont le Soleil. Les premières observations ont eu lieu dans les années 80, grâce au spectromètre infrarouge installé sur le télescope MacMath de l'observatoire de Kitt Peak (Arizona). La spectroscopie cherche dans la lumière des étoiles l'empreinte lumineuse caractéristique de chaque atome ou molécule. Cependant, l'eau présente dans le Soleil est difficile à détecter pour deux raisons. D'une part, la quantité d'eau est très faible, donc les raies spectrales de son empreinte sont peu intenses. D'autre part, ces raies spectrales sont dans le domaine infrarouge, entre 8 et 20 micromètres de longueur d'onde (la lumière visible est entre 0,4 et 0,8 micromètre), et l'atmosphère terrestre empêche la plupart des infrarouges de parvenir jusqu'au sol. Si la présence d'eau dans le Soleil frappe les imaginations, elle ne surprend guère les spécialistes. En effet, l'hydrogène est l'élément chimique le plus abondant du Soleil, et l'oxygène vient en troisième position, après l'hélium. Les atomes d'hydrogène et d'oxygène peuvent donc s'associer pour former des molécules d'eau. Toutefois, celles-ci se dissocient à la température de la surface solaire, supérieure à 4200 degrés. C'est pourquoi on trouve de la vapeur d'eau seulement dans les taches solaires de petites zones sombres couvrant  quelques cent millièmes de la surface et profondes de quelques centaines de kilomètres, où la température n'est "que" de 3000 à 3200 degrés: les molécules d'eau peuvent y résister.

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19. Comment expliquer la couleur du Soleil ?

Le Soleil est une étoile qui rayonne dans une très large gamme de longueurs d'onde, des ondes radioélectriques aux rayons X, mais dont la plus grande part de l'énergie se situe dans l'infrarouge proche et dans le domaine visible, entre 390 et 770 nanomètres. Lorsque l'on fait passer la lumière du Soleil à travers un prisme, le spectre qui en ressort est bien composé des sept couleurs de l'arc en ciel : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange et rouge. Une telle lumière est appelée "blanche" car elle est la résultante de toutes les autres couleurs. Cependant, dans le cas du Soleil, toutes les couleurs ne sont pas émises avec la même intensité: le bleu, le vert et le jaune sont les plus importantes. En dehors de l'atmosphère terrestre, le spectre du Soleil a un pic d'émission dans le bleu-vert, à 450 nanomètres.

Ce spectre est modifié par la traversée de l'atmosphère terrestre. En effet, les molécules qui s'y trouvent diffusent préférentiellement le bleu et elles le dispersent dans toutes les directions. Ceci explique pourquoi le ciel est, en l'absence de nuage, de couleur bleue. La lumière du Soleil qui parvient jusqu'à nous est appauvrie en bleu et elle nous paraît alors "blanc-jaune", la couleur dominante résiduelle de son spectre, et ce d'autant plus que nos yeux y sont sensibles.

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