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Entrée
libre
Cours Astro général 10A001 2021Année 2021 semestre d’automne
le mardi, du 21 septembre au 21 décembre 2021
de 17h45 à 18h30, Auditoire A300 - Sciences II
30, quai Ernest-Ansermet, Genève
par Corinne Charbonnel, Professeure au Département d’Astronomie
Département d’astronomie
Les grandes missions spatiales pour l'Astrophysique Saison 2- Le système solaire
La deuxième saison de cours dédiés aux grandes missions spatiales
pour l’astrophysique nous entrainera à la découverte du système
solaire. Le cours donné par la Prof-e Corinne Charbonnel fera
intervenir des chercheurs et chercheuses impliqué-es dans certaines
de ces missions, afin d’illustrer l’aventure humaine que représentent la
conception, la gestion opérationnelle, et l’exploitation scientifique
d’une mission spatiale ainsi que les aspects touchant à la collaboration
internationale.
Le cours s’adresse à un large public et ne requiert pas de
connaissances préalables en astronomie. Il peut être choisi comme
cours à option pour certaines filières (scientifiques ou non) au niveau
Bachelor. Il est également proposé dans le cadre du programme
d’Etudes Anticipées Athéna de la Faculté des Sciences de l’UniGe.
CC / CT mai 2021
Mercredi 19 mai 2010, à 18h30, Auditoire Rouiller, UNIGE Entr
éelib
re
par Corinne Charbonnel, Professeure au Département d’Astronomie de l’Université de Genève
le mardi, du 21 septembre au 21 décembre 2021 de 17h45 à 18h30
Auditoire A300 - Sciences II, 30 quai Ernest-Ansermet, Genève
Inscription au cours sur place le 21 septembreRenseignements : http://unige.ch/sciences/astro
Les grandes missions spatiales pour l'Astrophysique Saison 2 – Le système solaire
Département d’astronomie
Chaotic clouds on Jupiter (mission Juno). Image Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt /Seán Doran
18h30-18h45
Mesures sanitaires
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
+ email à [email protected] Cours 10A001 2021
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Inscription en ligneVotre inscription
Auditeurs libres
Votre inscriptionEtudiants UniGe et AthenaInscription en ligne sur moodle
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Examen
OralSujet relatif au cours12’ (presentation) + 5’ (question)Devant les autres élèves au Département d’Astronomie (en fonction des mesures sanitaires)
Vos tuteurs
Programme Athena
Mathieu HellerDépartement de Physique Nucléaire et CorpusculaireCollaborateur Scientifique
William PlurielDépartement d’Astronomie
Post-doctorant
Marion CointepasDépartement d’Astronomie
Doctorante
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Notes de cours et enregistrement en ligne
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
https://mediaserver.unige.ch/Utilisateur: 10A001_2021Mot de masse: astro2021
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Notes de cours en ligne
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Notes de cours en ligne
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Notes de cours en ligne
www.istegroup.com/fr/domain/univers
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Elsevier Academic Press, 2004 - 655 pagesPhysics and Chemistry of the Solar System, 2nd EditionJohn S. Lewis
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Cours 1 – 21 septembre 2021Cours 2 – 28 septembre 2021
Pourquoi explorer Le système solaire ?
-L’exemple de la Lune
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921Mercredi 19 mai 2010, à 18h30, Auditoire Rouiller, UNIGE Entr
éelib
re
par Corinne Charbonnel, Professeure au Département d’Astronomie de l’Université de Genève
le mardi, du 21 septembre au 21 décembre 2021 de 17h45 à 18h30
Auditoire A300 - Sciences II, 30 quai Ernest-Ansermet, Genève
Inscription au cours sur place le 21 septembreRenseignements : http://unige.ch/sciences/astro
Les grandes missions spatiales pour l'Astrophysique Saison 2 – Le système solaire
Département d’astronomie
Chaotic clouds on Jupiter (mission Juno). Image Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt /Seán Doran
Les différentes étapes de l’exploration
L’observation depuis la Terre
Le survol
La mise en orbite
L’exploration de la surface avec un atterrisseur et/ou un roverL’exploration de l’atmosphère avec une sonde
Le prélèvement d’échantillon et leur retour sur Terre
Le voyage habité
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Les différentes étapes de l’exploration robotisée Les différentes étapes de l’exploration robotisée et humaine
Qu’est-ce que la Lune ?
La Lune L’avez-vous déjà observée ainsi?
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Un satellite naturel (ou lune) est un corps qui - gravite autour d’un astre de masse plus importante (e.g. Lune versus Terre, Terre versus Soleil)
La Lune est le satellite naturel de la Terre
Tailles relatives Terre – Lune Rayon Terre ~ 6370 kmRayon Lune ~ 1737 km
http://www.lesud.com/lesud-astronomy_pageid81.html© lesud™ 2016
Un satellite artificiel est- un engin placé en orbite autour d’un astre
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
# Mercure et Vénus : 0 lune# Terre : Lune# Mars : 2 – Deimos & Phobos
# Jupiter : 79 +# Saturne : 82 +# Uranus : 27 # Neptune : 14
Tailles relatives des principaux satellites naturels des planètes du système solaire
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Planète et planète naine Union Astronomique Internationale (UAI/IAU) Résolution du 24 août 2006 Une planète est un corps qui
- Est en orbite autour du soleil- A une masse suffisamment importante pour être de forme relativement sphérique (équilibre hydrostatique)- A dégagé son orbite et son voisinage d’éventuels autres objetsUne planète naine est un corps qui - Est en orbite autour du soleil- A une masse suffisamment importante pour être de forme relativement sphérique (équilibre hydrostatique)- N’a pas dégagé son orbite et son voisinage d’éventuels autres objets
Cinq planètes naines reconnues par l’UAI :- Pluton (système planétaire double avec Charon?)- Makémaké- Eris- Haumea (rotation rapide –> ellipsoïde en équilibre hydrostatique)- Ceres, le plus gros objet de la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter
Pluton (New Horizon 2015)NASA/JHU APL/SwRI/Alex Parker
Ceres (Dawn 2015)NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Haumea (vue d’artiste)A.Field @ STScI
Ceinture de Kuiper
Ceinture d’astéroides
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Masses respectives de neuf planètes naines par rapport à la masse de la Lune(état des lieux en 2016)
Pourquoi aller sur la Lune?C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Pourquoi aller sur la Lune en premier ?C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Distance Terre – Lune
Distance Terre – Lune ~ 384’400 km
http://www.lesud.com/lesud-astronomy_pageid81.html© lesud™ 2016
Rayon Terre ~ 6370 kmRayon Lune ~ 1737 km
Distance Terre – Mars ~ 55 à 400 millions de km
1 unité astronomique (u.a., a.u.) = distance moyenne Soleil – Terre= 149 597 870 km~ 0.0000158 a.l. ~ 8 minutes lumière C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Télémétrie Laser (Obs Côte d’Azur)à L’éloignement augmente de 3.8 cm par an (effet des marées)
Réflecteur laser Apollo XV (1m x 0.6m)NASA, Appolo XV Map and Image Library
© Ciel et Espace
Les différentes étapes de l’exploration – La Lune
Le 1er survol
Sondes soviétiques Luna 1 à 24(janvier 1959 à 1976)
Sonde soviétique Luna 11er « cosmic ship »Passage à ~ 6000 km de la Lune le 4 janvier 19591er satellite artificiel du soleil, en orbite autour du Soleil entre les
orbites de la Terre et de Mars
Sonde américaine Pioneer 4Passage à ~ 60’000 km de la Lune le 4 mars 1959En orbite autour du Soleil entre les orbites de la Terre et de Mars
à Exercice de « tracking »
https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)
àMesures de la ceinture de radiations autour de la TerreàDécouverte de l’absence de champ magnétique lunaireà« Découverte » du vent solaire
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Les différentes étapes de l’exploration – La Lune
Les 1ères images de la phase cachée
Le 1er impact
Sonde soviétique Luna 3 (4 octobre 1959) à1ères images (~ floues) et première cartographie de
la face cachée de la Lune
Sonde soviétique Luna 2Impact le 14 septembre 1959 (région Palus Putredinus)à Pas d’évidence de champ magnétique
ni de ceinture de radiations
https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)
Sonde américaine Ranger 4Crash sur la face cachée de la Lune 23 avril 1962àAucun donnée scientifique transmise
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Le 1er alunissageLander soviétique Luna 9
Oceanus Procellarum – L’océan des tempètes (3 février 1966)à1ères photographies prises depuis la surfaceàPreuve de la possibilité d’alunir sans s’enfoncer dans la poussière
Lander américain Surveyor 1 Oceanus Procellarum (2 juin 1966)
à Préparation des missions Apollo
La 1ère mise en orbiteSonde soviétique Luna 10 (4 avril1966, 56 jours, 460 orbites lunaires, impact sur la Lune)àConfirmation de l’absence de champ magnétique lunaireàPas d’atmosphère détectableàChamp de gravité distordu, distribution non uniforme de la masseàSurface composée de basalte
Le 1er aller/retour sans équipage
Sonde soviétique Zond 5 Lancement 14 sept 1968, survol autour de la Lune 18 sept (distance minimale ~ 1950 km),retour 21 sept (récupéré dans l’océan Indien) àSuccès totalàTortues ont survécu et perdu ~ 10% de leur poids
Les différentes étapes de l’exploration – La Lune
https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Le 1er survol avec équipageApollo 8 Lancement 21 déc 1968, survol autour de la Lune 24 sept, (en orbite pendant 20 heures, 10 orbites)
retour 27 sept (récupéré dans l’océan Pacifique)
Copyright © Lunar and Planetary Institute
https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)
Jour 4 – 4ème orbite lunaire The first photograph taken of Earthrise taken by a human
Image by NASA/Johnson Space CenterAS08-13-2329
Les différentes étapes de l’exploration – La Lune
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Le 1er pas Apollo 11 Lancement 16 juillet 1969Alunissage de Eagle 20 juillet 1969 – Mare Tranquillitatis - Sea of Tranquility (0.67 N, 23.47 E)retour 24 juillet (récupéré dans l’océan Pacifique)
https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)
Neil A. Armstrong, commanderMichael Collins, command module Columbia pilot
Edwin E. Aldrin, Jr., lunar module Eagle pilot
Apollo 11, AS11-37-5437Date/Time (UT): 1969-07-20 T 04:00 Distance/Range (km): 125.Central Latitude/Longitude (deg): -00.57,023.49 E
Apollo 11 Lunar Module pilot Edwin Aldrin at 03:15 UT on 21 July 1969 (20 July 1969, 11:15 EDT) and became the second person to walk on the Moon. (Apollo 11, AS11-40-5868)
Apollo 11 astronaut Edwin Aldrin stands facing the U.S. flag on the MoonAS11-40-5868
Les différentes étapes de l’exploration – La Lune
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)
Jettison Bag (Armstrong – NASA)
Les différentes étapes de l’exploration – La Lune
Le 1er pas Apollo 11 Lancement 16 juillet 1969Alunissage de Eagle 20 juillet 1969 – Mare Tranquillitatis - Sea of Tranquility (0.67 N, 23.47 E)retour 24 juillet (récupéré dans l’océan Pacifique)
Neil A. Armstrong, commanderMichael Collins, command module Columbia pilot
Edwin E. Aldrin, Jr., lunar module Eagle pilot
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Apollo 11 + First Man Soundtrack "The Landing"https://www.youtube.com/watch?v=Yqs5t5_BJjY
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
La 1ère expérienceApollo 11 (12, 14, 15, 16)
https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)
308 J. GEISS ET AL.
Figure 1. Apollo 11 Astronaut Edwin E. Aldrin deploying the SWC experiment in Mare Tranquillit-atis on July 21, 1969. Photograph by Commander Neil A. Armstrong (NASA Photo S11-40-5872).
properties of the lunar soil and tested their ability to walk and move around thelunar surface, Aldrin took the Solar Wind Composition (SWC) experiment fromits fixture in the Descend Stage of the LM, extended the telescopic pole, unrolledthe solar wind collection foil and at 03:35 UT deployed the device at a distanceof 4 meters from the nearest LM footpad (Figure 1). Towards the end of the EVA(‘Extravehicular Activity’), at 04:52 UT, the astronauts rolled up the foil onto thespring loaded reel, disconnected reel and foil from the pole, put them into a Teflonbag and stored them in the lunar sample box. In this bag, the foil was returnedto Earth, and after having been released from the quarantine area of the LunarReceiving Laboratory at the NASA Manned Spacecraft Center (MSC) at Houston,it was brought back to Switzerland where the solar wind particles trapped in thefoil were mass-spectrometrically analysed.
The Apollo 11 astronauts had written the activities planned for their lunar ex-cursion on their cuffs (see ALSJ, 2003), and they pursued their programme in theunknown environment with efficiency and perfection. As a result they were able tocarry out the complete planned scientific programme (see Hess and Calio, 1969)that included deploying the SWC (Geiss et al., 1969), a Seismometer (Lathamet al., 1969), and a Laser reflector (Alley et al., 1969), making geological obser-
308 J. GEISS ET AL.
Figure 1. Apollo 11 Astronaut Edwin E. Aldrin deploying the SWC experiment in Mare Tranquillit-atis on July 21, 1969. Photograph by Commander Neil A. Armstrong (NASA Photo S11-40-5872).
properties of the lunar soil and tested their ability to walk and move around thelunar surface, Aldrin took the Solar Wind Composition (SWC) experiment fromits fixture in the Descend Stage of the LM, extended the telescopic pole, unrolledthe solar wind collection foil and at 03:35 UT deployed the device at a distanceof 4 meters from the nearest LM footpad (Figure 1). Towards the end of the EVA(‘Extravehicular Activity’), at 04:52 UT, the astronauts rolled up the foil onto thespring loaded reel, disconnected reel and foil from the pole, put them into a Teflonbag and stored them in the lunar sample box. In this bag, the foil was returnedto Earth, and after having been released from the quarantine area of the LunarReceiving Laboratory at the NASA Manned Spacecraft Center (MSC) at Houston,it was brought back to Switzerland where the solar wind particles trapped in thefoil were mass-spectrometrically analysed.
The Apollo 11 astronauts had written the activities planned for their lunar ex-cursion on their cuffs (see ALSJ, 2003), and they pursued their programme in theunknown environment with efficiency and perfection. As a result they were able tocarry out the complete planned scientific programme (see Hess and Calio, 1969)that included deploying the SWC (Geiss et al., 1969), a Seismometer (Lathamet al., 1969), and a Laser reflector (Alley et al., 1969), making geological obser-
Apollo16 SWC (Solar Wind Composition experiment )(mass spectroscopy) in the Descartes Region of the Moon
Prof. Johannes GeissBern
à Mesure de la composition du vent solaire : isotopes d’hélium, d’argon et de néonFlux de particules ionisées (plasma, gaz formé d’ions (protons principalement) et d’électrons)200 à 800 km.sec-1 – 2 à 8 jours pour arriver à la TerreJusqu’à 2000 km.sec-1 dans le cas d’éjection de masse coronale
Les différentes étapes de l’exploration – La Lune
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Queue de plasma des comètes (Kepler 1600; Hoffmeister 1943)
Aurores (Birkeland 1900) Couronne solaire (Parker 1958)
Space Engine NASA's Goddard Space Flight Center NASA'sSolar Dynamics Observatory (SDO) NASA Goddard/Mary Pat Hrybyk-Keith NASA Goddard’s Conceptual Image Lab/Josh Masters
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Ion Composition Instrument (ICI) on International Sun-Earth Explorer 3 (ICE 1978 – 1982)
Mesure de la composition des particules du vent solaire
Crédit: NASA/ESA
Solar Wind Composition Spectrometer (SWICS)on Ulysses (1991 – 1996)
Solar Orbiter ESA / CNES (lancement 2020 – insertion en orbite solaire 2022)Distance la plus proche du soleil ~ 42 millions de km; orbite 33degrès au-dessus de l’équateur solaire https://solar-orbiter.cnes.fr/fr/SOLO/Fr/GP_mission.htmhttps://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
La 1ère expérienceApollo 11 (12, 14, 15, 16)
https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)
308 J. GEISS ET AL.
Figure 1. Apollo 11 Astronaut Edwin E. Aldrin deploying the SWC experiment in Mare Tranquillit-atis on July 21, 1969. Photograph by Commander Neil A. Armstrong (NASA Photo S11-40-5872).
properties of the lunar soil and tested their ability to walk and move around thelunar surface, Aldrin took the Solar Wind Composition (SWC) experiment fromits fixture in the Descend Stage of the LM, extended the telescopic pole, unrolledthe solar wind collection foil and at 03:35 UT deployed the device at a distanceof 4 meters from the nearest LM footpad (Figure 1). Towards the end of the EVA(‘Extravehicular Activity’), at 04:52 UT, the astronauts rolled up the foil onto thespring loaded reel, disconnected reel and foil from the pole, put them into a Teflonbag and stored them in the lunar sample box. In this bag, the foil was returnedto Earth, and after having been released from the quarantine area of the LunarReceiving Laboratory at the NASA Manned Spacecraft Center (MSC) at Houston,it was brought back to Switzerland where the solar wind particles trapped in thefoil were mass-spectrometrically analysed.
The Apollo 11 astronauts had written the activities planned for their lunar ex-cursion on their cuffs (see ALSJ, 2003), and they pursued their programme in theunknown environment with efficiency and perfection. As a result they were able tocarry out the complete planned scientific programme (see Hess and Calio, 1969)that included deploying the SWC (Geiss et al., 1969), a Seismometer (Lathamet al., 1969), and a Laser reflector (Alley et al., 1969), making geological obser-
308 J. GEISS ET AL.
Figure 1. Apollo 11 Astronaut Edwin E. Aldrin deploying the SWC experiment in Mare Tranquillit-atis on July 21, 1969. Photograph by Commander Neil A. Armstrong (NASA Photo S11-40-5872).
properties of the lunar soil and tested their ability to walk and move around thelunar surface, Aldrin took the Solar Wind Composition (SWC) experiment fromits fixture in the Descend Stage of the LM, extended the telescopic pole, unrolledthe solar wind collection foil and at 03:35 UT deployed the device at a distanceof 4 meters from the nearest LM footpad (Figure 1). Towards the end of the EVA(‘Extravehicular Activity’), at 04:52 UT, the astronauts rolled up the foil onto thespring loaded reel, disconnected reel and foil from the pole, put them into a Teflonbag and stored them in the lunar sample box. In this bag, the foil was returnedto Earth, and after having been released from the quarantine area of the LunarReceiving Laboratory at the NASA Manned Spacecraft Center (MSC) at Houston,it was brought back to Switzerland where the solar wind particles trapped in thefoil were mass-spectrometrically analysed.
The Apollo 11 astronauts had written the activities planned for their lunar ex-cursion on their cuffs (see ALSJ, 2003), and they pursued their programme in theunknown environment with efficiency and perfection. As a result they were able tocarry out the complete planned scientific programme (see Hess and Calio, 1969)that included deploying the SWC (Geiss et al., 1969), a Seismometer (Lathamet al., 1969), and a Laser reflector (Alley et al., 1969), making geological obser-
Apollo16 SWC (Solar Wind Composition experiment )(mass spectroscopy) in the Descartes Region of the Moon
Prof. Johannes GeissBern
à Mesure de la composition du vent solaire : isotopes d’hélium, d’argon et de néonà Formation et évolution du soleil et des étoiles à Origine de l’hélium 3 (Big Bang et nucléosynthèse stellaire) à Evolution chimique de la Galaxie
Géante rouge
Nébuleuseplanétaire
Les différentes étapes de l’exploration – La Lune
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Apollo 11 + First Man Soundtrack "The Landing"https://www.youtube.com/watch?v=Yqs5t5_BJjY
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921
Cours 1 – 21 septembre 2021Cours 2 – 28 septembre 2021
Pourquoi explorer Le système solaire ?
-L’exemple de la Lune
C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921Mercredi 19 mai 2010, à 18h30, Auditoire Rouiller, UNIGE Entr
éelib
re
par Corinne Charbonnel, Professeure au Département d’Astronomie de l’Université de Genève
le mardi, du 21 septembre au 21 décembre 2021 de 17h45 à 18h30
Auditoire A300 - Sciences II, 30 quai Ernest-Ansermet, Genève
Inscription au cours sur place le 21 septembreRenseignements : http://unige.ch/sciences/astro
Les grandes missions spatiales pour l'Astrophysique Saison 2 – Le système solaire
Département d’astronomie
Chaotic clouds on Jupiter (mission Juno). Image Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt /Seán Doran