science nasa cosmologie unification article original publiĂ© par Science Nasaauteur Patrick L. Barrytraduction de Didier Jamet9 MAI 2004 Croquis de lâexpĂ©rience historique de GalilĂ©e, telle quâelle aurait Ă©tĂ© menĂ©e depuis le sommet de la tour de Nasa Si lâon en croit la lĂ©gende, GalilĂ©e eut il y a quatre siĂšcles lâidĂ©e de faire tomber simultanĂ©ment du sommet de la tour de Pise diffĂ©rents objets boulets de canon, balles de mousquet, billes de bois, piĂšces dâor ou dâargent. Il imaginait sans doute que les objets les plus lourds pourraient tomber plus vite que les plus lĂ©gers. Mais il nâen fut rien. Ils mirent tous le mĂȘme temps Ă faire le trajet jusquâau sol, donnant Ă GalilĂ©e lâopportunitĂ© de faire une grande dĂ©couverte Quelle que soit leur masse ou leur composition, la gravitĂ© accĂ©lĂšre tous les objets de la mĂȘme façon. On appelle aujourdâhui cela " lâUniversalitĂ© de la chute libre " ou plus frĂ©quemment le " principe dâĂ©quivalence ", et câest une des pierres angulaires de la physique moderne. Câest notamment en postulant la validitĂ© du principe dâĂ©quivalence quâAlbert Einstein a bĂąti sa thĂ©orie de la gravitĂ©, la fameuse thĂ©orie de la relativitĂ© gĂ©nĂ©rale. Mais que se passerait-il si ce principe Ă©tait faux ?⊠" Certaines thĂ©ories rĂ©centes suggĂšrent que lâaccĂ©lĂ©ration de la gravitĂ© pourrait en fait varier de façon trĂšs subtile avec la composition matĂ©rielle de lâobjet considĂ©rĂ© " fait remarque Jim Williams, physicien au JPL. Et si tel Ă©tait bien le cas, il faudrait réécrire la thĂ©orie de la relativitĂ©, ce qui correspondrait Ă une rĂ©volution dans le monde de la physique. Des chercheurs financĂ©s par la Nasa vont tester le principe dâĂ©quivalence en tirant au laser vers la Lune. " La dĂ©termination de la distance Terre-Lune par le biais des lasers est un des plus puissants outils dont nous disposions afin de repĂ©rer dâĂ©ventuelles faiblesses de la thĂ©orie de la relativitĂ© gĂ©nĂ©rale " confie Slava Turyshev, chercheur du JPL qui collabore avec Jim Williams et quelques autres sur ce projet. Si leur expĂ©rience est aujourdâhui possible, câest parce que les astronautes du programme Apollo ont dĂ©ployĂ©, il y a plus de 30 ans, des miroirs sur le sol lunaire, en fait des petits panneaux formĂ©s de plusieurs dizaines de rĂ©tro rĂ©flecteurs qui peuvent intercepter un rayon laser en provenance de la Terre et le renvoyer directement Ă sa source. En utilisant lasers et miroirs, les chercheurs ont la possibilitĂ© de suivre la Lune Ă la trace dans sa rĂ©volution autour de la Terre. En fait, il sâagit ni plus ni moins dâune version moderne de lâexpĂ©rience de la tour de Pise. Au lieu de laisser tomber un boulet vers le sol, il sâagit ici de voir comment la Terre et la Lune " tombent " vers le Soleil. En effet, tout comme les billes de plomb et dâor que laissait choir GalilĂ©e, la Terre et la Lune ont chacune une composition diffĂ©rente, ainsi que des masses trĂšs inĂ©gales. Sont-elles accĂ©lĂ©rĂ©es vers le Soleil de la mĂȘme façon ? Si la rĂ©ponse est oui, le principe dâĂ©quivalence passera le test avec succĂšs. Mais dans le cas contraire, une rĂ©volution sâamorcerait. Une violation du principe dâĂ©quivalence pourrait se traduire par une dĂ©viation de lâorbite lunaire, vers le Soleil ou au contraire Ă lâopposĂ©. " En utilisant des masses aussi considĂ©rables que celles de la Terre et de la Lune, nous sommes susceptibles de mettre en Ă©vidence des effets extrĂȘmement tĂ©nus, si jamais ils existent " explique Williams. LâĂ©tude de la distance Terre-Lune grĂące aux tirs de rayons laser ne date pas dâhier, puisquâelle remonte aux missions Apollo. Jusquâici, la thĂ©orie de la gravitĂ© dâEinstein, et donc le principe dâĂ©quivalence, ont Ă©tĂ© testĂ©s avec succĂšs jusquâĂ la treiziĂšme dĂ©cimale. Mais cette prĂ©cision est cependant insuffisante pour tester toutes les thĂ©ories prĂ©tendant ĂȘtre capables de renverser celle dâEinstein. Les mĂ©thodes actuellement utilisĂ©es pour mesurer la distance Terre-Lune 385 000 km en moyenne au moyen de lasers ont une marge dâincertitude de 1,7 centimĂštre. Ă lâautomne prochain, un nouveau dispositif financĂ© par la Nasa et la National Science Foundation diviseront par 10 cette marge dâerreur, lâamenant Ă une valeur comprise entre 1 et 2 millimĂštre. Ce bond en prĂ©cision signifie que les chercheurs seront en mesure de dĂ©tecter des dĂ©viations de lâorbite lunaire dix fois plus petites quâĂ lâheure actuelle, ce qui sera peut-ĂȘtre suffisant pour prendre en dĂ©faut la thĂ©orie de la relativitĂ© gĂ©nĂ©rale. Pour parvenir Ă cette prĂ©cision, lâinstallation, quâun clin dâĆil de ses concepteurs a fait baptiser Apollo, soit lâacronyme de " Apache Point Observatory Lunar Laser-ranging Operation ", doit chronomĂ©trer les allers et retours des impulsions laser entre la Terre et la Lune Ă quelques picosecondes prĂšs, soit un millioniĂšme de millioniĂšme de seconde, ou encore 10 puissance â12 seconde⊠La vitesse de la lumiĂšre Ă©tant connue environ 300 000 kilomĂštres Ă la seconde, il suffira de mesurer l
Question 1 La distance Terre-Lune vaut environ $400 000$ km. Quel est l'encadrement de cette valeur ? Question 2 Lucie a notĂ© sur sa copie que $9 \times 10^3 = 270$. Sa rĂ©ponse est fausse la bonne rĂ©ponse est $9000$. Sa rĂ©ponse est fausse la bonne rĂ©ponse est $900$. Question 3 Laquelle de ces propositions est Ă©gale Ă $4000$ ? Question 4 Combien fait $10$ Ă la puissance $-2$ ? Question 5 Combien fait $10$ Ă la puissance $6$ ? Question 6 La distance Paris - New York vaut environ $6000$ km. Quel est son encadrement ? Question 7 Laquelle de ces propositions est Ă©gale Ă $8 \ 000 \ 000$ ? Question 8 Combien fait $10$ Ă la puissance $-5$ ? Question 9 Combien fait $10$ Ă la puissance $11$ ? Question 10 Laquelle de ces proposition est Ă©gale Ă $30 \ 000$ ?LaTerre est parmi les caractĂ©ristiques les plus importantes du ciel de la Lune. Son diamĂštre apparent (1,9°) est de quatre fois le diamĂštre de la Lune vue depuis la Terre, mais parce que l'orbite de la Lune est excentrĂ©, la taille apparente de la Terre dans le ciel varie d'environ plus ou moins 5 % (entre 1,8° et 2,0° de diamĂštre). science nasa cosmologie unification article original publiĂ© par Science Nasaauteur Patrick L. Barrytraduction de Didier Jamet9 MAI 2004 Croquis de lâexpĂ©rience historique de GalilĂ©e, telle quâelle aurait Ă©tĂ© menĂ©e depuis le sommet de la tour de Nasa Si lâon en croit la lĂ©gende, GalilĂ©e eut il y a quatre siĂšcles lâidĂ©e de faire tomber simultanĂ©ment du sommet de la tour de Pise diffĂ©rents objets boulets de canon, balles de mousquet, billes de bois, piĂšces dâor ou dâargent. Il imaginait sans doute que les objets les plus lourds pourraient tomber plus vite que les plus lĂ©gers. Mais il nâen fut rien. Ils mirent tous le mĂȘme temps Ă faire le trajet jusquâau sol, donnant Ă GalilĂ©e lâopportunitĂ© de faire une grande dĂ©couverte Quelle que soit leur masse ou leur composition, la gravitĂ© accĂ©lĂšre tous les objets de la mĂȘme façon. On appelle aujourdâhui cela " lâUniversalitĂ© de la chute libre " ou plus frĂ©quemment le " principe dâĂ©quivalence ", et câest une des pierres angulaires de la physique moderne. Câest notamment en postulant la validitĂ© du principe dâĂ©quivalence quâAlbert Einstein a bĂąti sa thĂ©orie de la gravitĂ©, la fameuse thĂ©orie de la relativitĂ© gĂ©nĂ©rale. Mais que se passerait-il si ce principe Ă©tait faux ?⊠" Certaines thĂ©ories rĂ©centes suggĂšrent que lâaccĂ©lĂ©ration de la gravitĂ© pourrait en fait varier de façon trĂšs subtile avec la composition matĂ©rielle de lâobjet considĂ©rĂ© " fait remarque Jim Williams, physicien au JPL. Et si tel Ă©tait bien le cas, il faudrait réécrire la thĂ©orie de la relativitĂ©, ce qui correspondrait Ă une rĂ©volution dans le monde de la physique. Des chercheurs financĂ©s par la Nasa vont tester le principe dâĂ©quivalence en tirant au laser vers la Lune. " La dĂ©termination de la distance Terre-Lune par le biais des lasers est un des plus puissants outils dont nous disposions afin de repĂ©rer dâĂ©ventuelles faiblesses de la thĂ©orie de la relativitĂ© gĂ©nĂ©rale " confie Slava Turyshev, chercheur du JPL qui collabore avec Jim Williams et quelques autres sur ce projet. Si leur expĂ©rience est aujourdâhui possible, câest parce que les astronautes du programme Apollo ont dĂ©ployĂ©, il y a plus de 30 ans, des miroirs sur le sol lunaire, en fait des petits panneaux formĂ©s de plusieurs dizaines de rĂ©tro rĂ©flecteurs qui peuvent intercepter un rayon laser en provenance de la Terre et le renvoyer directement Ă sa source. En utilisant lasers et miroirs, les chercheurs ont la possibilitĂ© de suivre la Lune Ă la trace dans sa rĂ©volution autour de la Terre. En fait, il sâagit ni plus ni moins dâune version moderne de lâexpĂ©rience de la tour de Pise. Au lieu de laisser tomber un boulet vers le sol, il sâagit ici de voir comment la Terre et la Lune " tombent " vers le Soleil. En effet, tout comme les billes de plomb et dâor que laissait choir GalilĂ©e, la Terre et la Lune ont chacune une composition diffĂ©rente, ainsi que des masses trĂšs inĂ©gales. Sont-elles accĂ©lĂ©rĂ©es vers le Soleil de la mĂȘme façon ? Si la rĂ©ponse est oui, le principe dâĂ©quivalence passera le test avec succĂšs. Mais dans le cas contraire, une rĂ©volution sâamorcerait. Une violation du principe dâĂ©quivalence pourrait se traduire par une dĂ©viation de lâorbite lunaire, vers le Soleil ou au contraire Ă lâopposĂ©. " En utilisant des masses aussi considĂ©rables que celles de la Terre et de la Lune, nous sommes susceptibles de mettre en Ă©vidence des effets extrĂȘmement tĂ©nus, si jamais ils existent " explique Williams. LâĂ©tude de la distance Terre-Lune grĂące aux tirs de rayons laser ne date pas dâhier, puisquâelle remonte aux missions Apollo. Jusquâici, la thĂ©orie de la gravitĂ© dâEinstein, et donc le principe dâĂ©quivalence, ont Ă©tĂ© testĂ©s avec succĂšs jusquâĂ la treiziĂšme dĂ©cimale. Mais cette prĂ©cision est cependant insuffisante pour tester toutes les thĂ©ories prĂ©tendant ĂȘtre capables de renverser celle dâEinstein. Les mĂ©thodes actuellement utilisĂ©es pour mesurer la distance Terre-Lune 385 000 km en moyenne au moyen de lasers ont une marge dâincertitude de 1,7 centimĂštre. Ă lâautomne prochain, un nouveau dispositif financĂ© par la Nasa et la National Science Foundation diviseront par 10 cette marge dâerreur, lâamenant Ă une valeur comprise entre 1 et 2 millimĂštre. Ce bond en prĂ©cision signifie que les chercheurs seront en mesure de dĂ©tecter des dĂ©viations de lâorbite lunaire dix fois plus petites quâĂ lâheure actuelle, ce qui sera peut-ĂȘtre suffisant pour prendre en dĂ©faut la thĂ©orie de la relativitĂ© gĂ©nĂ©rale. Pour parvenir Ă cette prĂ©cision, lâinstallation, quâun clin dâĆil de ses concepteurs a fait baptiser Apollo, soit lâacronyme de " Apache Point Observatory Lunar Laser-ranging Operation ", doit chronomĂ©trer les allers et retours des impulsions laser entre la Terre et la Lune Ă quelques picosecondes prĂšs, soit un millioniĂšme de millioniĂšme de seconde, ou encore 10 puissance â12 seconde⊠La vitesse de la lumiĂšre Ă©tant connue environ 300 000 kilomĂštres Ă la seconde, il suffira de mesurer le temps de trajet aller-retour de lâimpulsion laser pour connaĂźtre la distance entre le tĂ©lescope Apollo et le miroir Ă la surface de la Lune. Mais comment le tĂ©lescope Apollo parvient-il Ă rĂ©duire aussi drastiquement la marge dâerreur, 10 fois plus faible quâauparavant ? Tout dâabord, il va utiliser un miroir beaucoup plus grand que son prĂ©dĂ©cesseur de lâObservatoire Mac Donald, au Texas 3,5 mĂštre contre 0,72. Plus le miroir est grand, plus il collecte de photons lumineux de retour de la Lune, nous explique simplement Tom Murphy, professeur Ă lâUniversitĂ© de Californie-San Diego, et concepteur du dispositif Apollo. En comparaison, LĂ oĂč le prĂ©cĂ©dent tĂ©lescope ne recueillait quâun seul photon sur cent envoyĂ©s vers la Lune chaque impulsion du laser en dĂ©livre 100 millions de milliards !, le tĂ©lescope Apollo en rĂ©cupĂšrera cinq, ce qui amĂ©liorera grandement la valeur statistique des rĂ©sultats. Il faudra cependant tenir compte de plusieurs sources potentielles de distorsion. LâatmosphĂšre de notre planĂšte peut par exemple dĂ©vier le trajet du rayon laser, de la mĂȘme maniĂšre quâelle fait scintiller la lumiĂšre des Ă©toiles. Autre exemple, de minuscules glissements tectoniques du sol situĂ© sous le tĂ©lescope, typiquement de lâordre de quelques centimĂštres par an, auraient pu fausser les rĂ©sultats Ă long terme. Aussi les responsables du projet ont-ils retenu comme site le sommet dâune montagne prĂšs de White Sands, au Nouveau Mexique, qui bĂ©nĂ©ficie Ă la fois dâune atmosphĂšre et dâun sol particuliĂšrement stables. De plus, ils ont pris la prĂ©caution dâinstaller un gravimĂštre supraconducteur et des capteurs GPS de haute prĂ©cision sur le pourtour de lâobservatoire afin de dĂ©tecter le moindre mouvement de terrain. Ce dispositif est complĂ©tĂ© par des baromĂštres de prĂ©cision qui fourniront en permanence un Ă©tat prĂ©cis de lâatmosphĂšre. Williams et Turyshev ont rĂ©cemment perçu un financement du Bureau de recherche biologique et physique de la Nasa qui va leur permettre dâamĂ©liorer le logiciel de traitement du signal laser dans des proportions compatibles avec la nouvelle prĂ©cision du reste du systĂšme installĂ© au Nouveau Mexique. " il faudra tenir compte de quantitĂ© de minuscules paramĂštres dont lâinfluence ne dĂ©passera pas le millimĂštre " reconnaĂźt Turyshev. Au bout de ce luxe infini de prĂ©cautions, câest le caractĂšre universel de la chute libre qui pourrait bien finir par⊠tomber. Beaucoup de scientifiques accueilleraient la nouvelle avec satisfaction. Cela fait un moment quâils restent perplexes devant lâĂ©trange incompatibilitĂ© entre la relativitĂ© gĂ©nĂ©rale et la mĂ©canique quantique. Les deux thĂ©ories, chacune si efficaces dans leurs domaines respectifs, sont comme deux langues qui dĂ©criraient lâUnivers avec des concepts fondamentalement diffĂ©rents. Aussi la dĂ©couverte dâun dĂ©faut dans les fondements de la relativitĂ© pourrait-elle mener les chercheurs vers une nouvelle " ThĂ©orie du tout ", rĂ©conciliant finalement physique quantique et thĂ©orie de la gravitĂ© dans un cadre harmonieux. Depuis lâItalie jusquâau Nouveau Mexique en passant par la Lune, voici une expĂ©rience qui aura traversĂ© les siĂšcles et les milliers de kilomĂštres. Mais peut-ĂȘtre arriverons-nous bientĂŽt au bout du voyage. Quelques liens pour aller plus loin GalilĂ©e et la tour de Pise LâexpĂ©rience de GalilĂ©e sur la Lune DĂ©termination de la distance Terre-Lune par laser Le tĂ©lescope Apollo RĂ©tro rĂ©flecteurs lunaires Les Lunokhods RĂ©sultats de la mesure de distance Terre Lune par lasers A la recherche du gravitomagnĂ©tisme Quelques grammes de quasi perfection Tester la thĂ©orie de la gravitation avec des lasers Dans notre dictionnaire de l'astronomie... Ă lire aussi... Ciel L'astronomie dĂ©bute par l'observation du ciel, qu'elle ne dĂ©finit pas rigoureusement. Le ciel commence au-dessus de notre tĂȘte, regroupant oiseaux et Ă©toiles. Ă lire aussi... AtmosphĂšre L'atmosphĂšre est la couche de gaz qui enveloppe une planĂšte ou un satellite naturel ; celle de la Terre nous abrite et contribue Ă rendre la vie possible . 212 460 345 352 376 43 268 397