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Voici ce que la physique a réalisé cet été (et comment vous renseigner à ce sujet)

Que vous soyez de retour à l’école ou simplement en train de remettre votre cerveau en marche après un été de détente, voici un guide pratique des événements récents dans le monde de la physique.

S’il est incontestable que la Terre tourne autour du Soleil à la vitesse de 30 km/s, on dirait pourtant qu’elle va plus vite pendant l’été. Il n’y a pas d’école; parents et amis se réunissent autour de feux de camps ou de barbecues… Le temps file lorsque l’on a du plaisir.

Évidemment, le cosmos suit son cours peu importe la saison, et la science du décodage de l’univers ne prend pas non plus vraiment de vacances.

Au moment où les élèves et les enseignants de l’hémisphère Nord se préparent pour la rentrée des classes, nous avons décidé de jeter un coup d’œil aux principales histoires de physique de l’été — et de vous donner quelques renseignements qui vous aideront à rattraper ce qui s’est passé pendant que vous faisiez la sieste dans un hamac.

Coup de chaleur

Que s’est-il passé? L’été 2018 a été l’un des 4 plus chauds de l’histoire (avec ceux de 2017, 2016 et 2015 — vous remarquez une tendance?). Cet été caniculaire a vu des vagues de chaleur, des inondations, des feux incontrôlés et des sécheresses sans précédent. De nouvelles recherches publiées cet été dans les comptes rendus de l’Académie nationale des sciences des États-Unis laissent entendre que nous pourrions être à la veille d’un point de non-retour qui résulterait en un climat désastreux de serre chaude sur la Terre.

Et alors? Les étés de plus en plus chauds ne sont pas une simple coïncidence. Ils résultent des changements climatiques, dont les impacts sont de moins en moins subtils, selon ce qu’a déclaré à CNN Michael Mann, climatologue et directeur du Centre des sciences de la Terre à l’Université d’État de Pennsylvanie. Cela signifie que, parmi d’autres nombreuses crises connues ou non encore prévues, notre climat perturbé va provoquer davantage de désastres, désorganiser davantage de vies et créer des masses de réfugiés climatiques qui devront s’établir ailleurs.

Qu’en est-il sur le plan scientifique? Les changements climatiques sont alimentés par les gaz à effet de serre, tels que le dioxyde de carbone, emprisonnés dans l’atmosphère terrestre. Accélérée par l’industrialisation, l’accumulation de ces gaz entraîne une hausse des températures moyennes partout sur la planète (même s’il gèle à pierre fendre certains jours de février). Tirée du module Des preuves des changements climatiques, produit par l’Institut Périmètre pour des classes de 10e année, la vidéo ci-dessous donne un aperçu des phénomènes physiques qui sous-tendent le réchauffement de l’atmosphère et des manières dont la science permettrait de trouver des solutions.

Pourquoi l’atmosphère se réchauffe-t-elle? La physique des changements climatiques
Quels gaz atmosphériques sont transparents à la lumière infrarouge?

Téléchargez gratuitement les ressources pédagogiques Des preuves des changements climatiques et Température à la hausse.


De l’eau sur Mars

Que s’est-il passé? L’Agence spatiale italienne a annoncé en juin que des chercheurs avaient trouvé des signes de la présence de grandes quantités d’eau liquide sous le pôle Sud de Mars.

Et alors? La possibilité que Mars renferme des réserves d’eau liquide — comme elle en avait dans le passé, à preuve les rivières asséchées qu’elle possède — met en appétit les chercheurs depuis des décennies. L’eau est essentielle à la vie sur la Terre, et sa présence sur la planète la plus proche de la nôtre pourrait signifier que nous ne sommes pas (ou n’avons pas toujours été) seuls dans l’univers, en plus de renforcer la possibilité de faire de Mars une deuxième demeure pour l’humanité.

Qu’en est-il sur le plan scientifique? Les conclusions de l’équipe italienne, publiées dans la revue Science, reposent sur des observations effectuées par l’instrument MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding – Radar évolué pour le sondage du sous-sol et de l’ionosphère de Mars). Placé à bord du vaisseau Mars Express de l’Agence spatiale européenne, MARSIS fait rebondir des ondes de basse fréquence sur la planète rouge afin de recueillir des données géologiques. Même si personne ne peut affirmer avec certitude que MARSIS a détecté de l’eau liquide sous le pôle Sud, l’anomalie bien définie d’une vingtaine de kilomètres ressemble effectivement à un lac.

Pour l’être humain qui cherche des milieux hospitaliers dans le cosmos, Mars vient en tête de liste. La présence d’eau liquide renforcerait assurément la possibilité d’habiter cette planète, mais le voyage vers Mars et le séjour là-bas présentent d’innombrables défis scientifiques et technologiques.

Tirée du module Mission Possible de l’Institut Périmètre, la vidéo ci-dessous aborde ce qu’il faudra pour que l’humanité puisse faire son prochain pas de géant.

Mission Possible – Natalie Panek parle de l’exploration de Mars
Comment construit-on un astromobile pour explorer la planète Mars?


La première image transmise par TESS

Que s’est-il passé? Dans le cadre de sa recherche de planètes à l’extérieur de notre système solaire, la NASA a lancé au printemps dernier le satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite – Satellite d’étude du transit d’exoplanètes). Après être resté pendant un certain temps en orbite autour de la Terre, TESS a utilisé l’attraction gravitationnelle de la Lune pour se projeter sur une nouvelle orbite, d’où il balaie le cosmos à la recherche d’autres mondes. À la fin mai, il a transmis vers la Terre sa première image, qui est proprement époustouflante :

tess_first_Light image
Première image transmise par TESS, montrant une région de l’espace autour de Bêta du Centaure (l’étoile brillante vers le bas de l’image). Image : NASA, MIT, TESS

Et alors? Cette image n’est qu’un test — pour vérifier que la lentille est bien dégagée, etc. — et elle révèle des centaines de milliers de corps célestes. Et ce n’est qu’un minuscule fragment du ciel nocturne. Au cours des 2 prochaines années, TESS continuera d’explorer le ciel, constituant une image 400 fois plus grande. On s’attend à ce qu’au passage TESS détecte des milliers de nouvelles exoplanètes dans notre galaxie, dont environ 300 devraient être semblables à la Terre. La recherche d’exoplanètes pourrait ultimement donner la réponse à l’une des questions les plus anciennes et les plus profondes de l’humanité : nous les Terriens, sommes-nous seuls dans l’univers?

Qu’en est-il sur le plan scientifique? TESS utilise la méthode du transit pour détecter des exoplanètes. Cette méthode consiste à mesurer les modifications de luminosité d’une étoile lorsqu’une planète passe devant elle. Des creux réguliers de la luminosité d’une étoile peuvent être le signe qu’une ou plusieurs planètes sont en orbite autour d’elle. L’intensité et la durée de ces creux peuvent renseigner les scientifiques sur la taille et la forme des planètes qui passent ainsi devant leur étoile.

L’orbite particulière du nouveau chasseur de planètes de la NASA

Le module Découvrir l’espace lointain, produit par l’Institut Périmètre pour des classes de 9e année comprend des activités pratiques qui simulent la recherche de mondes extraterrestres.


Einstein avait raison! (une fois de plus!)

Que s’est-il passé? En juin, une équipe internationale de scientifiques a annoncé avoir mesuré le mouvement d’une étoile passant à proximité d’un trou noir supermassif.

Et alors? Ces mesures ont confirmé une prédiction de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. C’est une nouvelle assez importante pour plus d’une raison. Premièrement, elle appuie un autre aspect de la théorie centenaire d’Einstein, qui constitue notre meilleur modèle du fonctionnement de l’univers à grande échelle. Deuxièmement, elle témoigne des progrès incroyables réalisés par l’humanité en astrophysique expérimentale, avec des mesures qu’Einstein aurait probablement qualifiées de technologiquement impossibles. Einstein « ne pouvait pas imaginer ou espérer ce que nous montrons aujourd’hui » [traduction], a déclaré Frank Eisenhauer, astronome principal à l’Institut Max-Planck de physique extraterrestre. De plus, selon Reinhard Genzel, chef de l’équipe qui a fait l’annonce, cela ne constitue que la première étape d’un long processus d’examen de divers aspects des trous noirs.

Qu’en est-il sur le plan scientifique? Publiée il y a un siècle, la théorie de la relativité générale d’Einstein prédisait que la force de gravité extrême d’un trou noir étirerait la lumière des étoiles situées à proximité, les faisant paraître plus rouges (phénomène appelé décalage gravitationnel). Les scientifiques se sont concentrés sur une étoile, appelée S2, qui accomplit une orbite en 16 ans. Lorsqu’au moment prévu elle est passée près d’un trou noir, elle a accéléré exactement comme le prédisait la théorie d’Einstein — atteignant une vitesse supérieure à 25 millions km/h, et sa lumière passant du bleu au rouge.

La vidéo ci-dessous, produite par l’Observatoire européen austral, explique cette découverte de manière élégante :

ESOcast 173 : Premier test fructueux de la relativité générale d’Einstein

Dans le cadre de sa série de ressources pédagogiques à utiliser en classe, l’Institut Périmètre a développé des cours et activités pour aider les élèves et les enseignants à plonger au cœur des dynamos gravitationnelles que sont les trous noirs. Dans la vidéo ci-dessous, Avery Broderick, Niayesh Afshordi et Bianca Dittrich, chercheurs à l’Institut Périmètre, expliquent certaines caractéristiques remarquables de ces objets phénoménaux.

Comprendre les trous noirs


Nouvelles brèves

  • Un cube de glace scientifique — En juillet, les équipes de l’observatoire de neutrinos IceCube (Cube de glace), du télescope spatial Fermi Gamma, qui capte le rayonnement gamma, et d’autres télescopes situés un peu partout sur la planète ont annoncé avoir identifié pour la première fois une source de rayons cosmiques de haute énergie. La détection d’un seul neutrino de haute énergie provenant d’un « blazar » a constitué une autre étape importante dans le domaine en évolution rapide de l’astronomie multimessage. Téléchargez gratuitement le module de l’Institut Périmètre intitulé Where Did All the Neutrinos from the Sun Go? (Où sont allés tous les neutrinos provenant du Soleil?).
  • Galileo en expansion Une fusée lancée le 25 juillet à partir du Centre spatial guyanais de l’Agence spatiale européenne a mis en orbite 4 satellites Galileo supplémentaires qui ont rejoint plus d’une vingtaine d’autres satellites semblables en orbite autour de la Terre. Les satellites Galileo constituent le cœur du système de navigation européen. Le système Galileo est essentiellement la version européenne des systèmes de navigation américain (GPS) et russe (Glonass), avec lesquels il est compatible. Même si cette technologie est aujourd’hui monnaie courante, omniprésente dans les téléphones multifonctionnels et les véhicules automobiles, elle serait impossible sans les percées en physique théorique réalisées par Albert Einstein il y a de nombreuses années. Téléchargez gratuitement le module Einstein au quotidien : le GPS et la relativité, produit par l’Institut Périmètre.

Les ressources pédagogiques gratuites de l’Institut Périmètre sont conçues pour aider les enseignants à expliquer une variété de sujets importants en physique et en sciences, de l’astronomie à la mécanique quantique, en passant par les sciences de la Terre, la méthode scientifique et les carrières en STGM. Consultez la page des ressources pédagogiques.

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