Ondes et Mathématiques à hautes fréquences

En faisant des recherches sur les lois physiques et mathématiques qui régissent les ondes lumineuses, Duval, l’hebdo de la SAT, a découvert une anecdote sur les ondes sonores qu’il s’empresse de te conter ici.

En 1964, les Beatles viennent de sortir leur dernier single «   A Hard Day’s Night ».

C’est le premier accord de la chanson, joué par George Harrison sur sa guitare 12 cordes Rickenbacker qui nous intéresse. Il est reconnaissable entre mille et pourrait presque résumer la musique pop rock des années 60.

Mais un mystère l’entoure : aucun fan n’est encore parvenu à reproduire correctement cet accord !

Comment est-ce possible ?

Un accord n’est pourtant rien d’autre qu’un ensemble de notes. Bref un ensemble de sons, de vibrations qui se propagent dans l’air sous forme d’ondes.

Une note pure correspond, en effet, à une vibration précise, qui se répète un certain nombre de fois par seconde. C’est ce qu’on appelle sa fréquence. Une note aiguë correspond ainsi à une haute fréquence, et une note grave à une basse fréquence.

Pour retranscrire un accord, il suffit de trouver toutes les notes et donc potentiellement toutes les fréquences qui le composent. C’est aussi de cette manière que l’on construit le spectre d’une onde lumineuse.

Et c’est exactement ce qu’a imaginé un fan des Beatles, et accessoirement mathématicien, Jason Brown… Incapable de reproduire le mystérieux accord, il a décidé de prendre le problème à bras le corps.

Et il a utilisé, pour cela, le parfait outil : une opération mathématique appelée “transformée de Fourier“, d’après le mathématicien Joseph Fourier qui l’a mise au point deux siècles plus tôt.

Elle permet de reconnaître les fréquences exactes d’un son. Pratique !

Après quarante ans de mystère, Jason Brown a donc utilisé la transformée de Fourier pour analyser les notes jouées au début de l’enregistrement avec son ordinateur.

Et surprise ! Derrière les guitares et la basse de George, John et Paul se cachait… un piano !

Eh oui, leur manager, George Martin (surnommé le 5e Beatles) a joué, avec le groupe, des notes qui se fondaient dans l’accord.

Indécelables à l’oreille, elles participaient néanmoins à sa magie !

Pour revenir à l’astronomie, sache que la transformée de Fourier est utilisée pour analyser les ondes sonores produites par … Le Soleil !

Si on n’a pas trouvé de partition de piano, on en a déduit l’importance du champ magnétiques solaire dans son chant et  décelé la trace de nano-éruptions.

Trois soeurs

RTEmagicC_30664_terre_venus_mars_nasa_txdam22597_9dd4e4Autour d’une étoile quelconque, dans une galaxie moyenne de notre Univers en pleine maturité, trois objets se sont formés parmi 5 autres. Trois objets de taille voisine, constitués des mêmes matériaux. Tout laissait croire à une destinée identique de ces trois sœurs. Pourtant après 5 milliards d’années, ces trois sœurs dans leur maturité sont, on ne peut plus, … différentes.

 Que s’est-il passé ?

(suite…)

SAIS-TU Pourquoi les comètes ont toujour l’air de “plonger” vers la Terre ?

Lorsqu’on peut les voir dans le ciel, les comètes sont toujours dans le même sens : leur queue poussiéreuse est dirigée vers le haut.

Comment expliquer cette impression que les comètes semblent « plonger » vers la Terre ?

Cet été, la comète C/2020 F3 (NEOWISE) est restée visible à l’œil nu dans le ciel pendant plusieurs semaines (voir ci-dessous). Elle ne reviendra pas avant plus de 6 000 ans.

Les occasions de voir aussi bien une comète sont assez rares. Si tu as admiré le spectacle, ou simplement vu les plus belles photographies de la comète, peut-être as-tu constaté que l’objet apparait toujours tourné dans le même sens, comme si C/2020 F3 « plongeait » vers la Terre.

Autrement dit, sa queue de poussières est dirigée vers le haut.

Concrètement, les comètes ne plongent pas vers la Terre au sens littéral — sauf en cas de collision, ce qui est extrêmement rare.

Ce qu’il faut comprendre, c’est que  quand on regarde une comète dans le ciel (pendant la nuit), la queue est vers le haut, car le Soleil est couché et est donc en dessous de l’horizon. La queue de poussières que l’on peut voir se dirige dans la direction opposée à celle du Soleil.

Les comètes restent, la plupart du temps, très éloignées de notre planète. Elles orbitent sur des trajectoires elliptiques et, pour la très grande majorité, elles ne s’approchent de la Terre qu’à des distances supérieures à 75 millions de km. 

Ainsi, au plus près de la Terre, la comète C/2020 F3 est passée à un peu plus de 103 millions de kilomètres. Avant elle, la comète C/2020 F8 (SWAN) est passée à environ 85 millions de kilomètres de notre planète. Encore avant, la comète C/2019 Y4 (ATLAS) s’était quant à elle fragmentée, empêchant son observation à l’œil nu comme espéré.

Néanmoins, le sort connu par cet objet n’a pas eu que des inconvénients pour les scientifiques : sa désintégration pourrait nous aider à mieux estimer l’âge des comètes dans le système solaire.

À OBSERVER CHEZ VOUS !

Le maximum de l’essaim
de météores des Léonides

dans la nuit du 17 au 18 novembre 2020

L’observatoire de Tauxigny est fermé et, de toutes façons, vous n’avez pas le droit de vous aventurer plus d’une heure par jour et dans un rayon d’un km.

Pourtant, le ciel est partout et les objets faciles à observer ne manquent pas

Alors, si le cœur vous en dit, vous pouvez l’observer de chez vous, de votre balcon, dans votre jardin sur votre trottoir !

Et nous avons une occasion en or pour commencer notre programme : Observer le maximum de l’essaim de météores des Léonides.

MAIS QUÉSACO !

Comme chaque année à pareille époque, la Terre croise sur sa trajectoire les nuages plus ou moins importants de particules de poussières laissées par la comète 55P/Tempel-Tuttle lors de ses approches au Soleil.

Ces poussières sont à l’origine de la pluie d’étoiles filantes des Léonides, dont le radiant (la zone dont semblent provenir les étoiles filantes) est situé dans la constellation zodiacale du Lion.

Les Léonides ont la particularité d’être des étoiles filantes petites, fines et très rapides (vitesse moyenne d’entrée dans l’atmosphère de 71 km/s, alors que les vitesses constatées pour les autres essaims sont plutôt de l’ordre de 15 à 35 km/s). 

Le pic traditionnel d’activité de l’essaim météoritique des Léonides, actif du 06 au 30 Novembre, devrait se produire en 2020 dans la nuit du 17 au 18 novembre. Selon les prévisionnistes, l’activité pour le pic d’activité devrait être de 15 étoiles filantes par heure.

ALORS COMMENT LES OBSERVER ?

À la tombée de la nuit, vers 18 h 00, l’observateur (en France) tourne presque le dos au nuage de débris, vous ne pourrez donc pas les observer. Ce n’est qu’à minuit passé, lorsque, du fait de la rotation de la Terre, vous vous situez face au nuage et à la constellation du Lion., que l’observation est la plus intéressante. D’autant que c’est la Nouvelle Lune ! L’idéal est d’observer au Zenith et vers le Sud-Sud-Est (le radian se trouve plein Est dans la tête du Lion) à partir de minuit (optimal vers 3h). 

A L’ŒIL NU !

L’observation à l’œil nu est le moyen le plus simple pour profiter du spectacle. A plusieurs c’est plus sympa et ça permet de couvrir un champ plus large du ciel en le partageant.

Toutefois, pour ménager vos vertèbres cervicales, il est préférable de s’allonger à même le sol, d’utiliser une chaise longue ou un siège réglable, ce qui vous permettra ainsi de scruter le ciel dans de meilleures conditions.

Un carnet vous sera également utile si vous souhaitez noter vos observations, surtout si vous avez la chance de voir passer un bolide. Enfin, une paire de jumelles sera utile si vous souhaitez observer les traînées lumineuses laissées par les bolides.

OU AVEC UN APPAREIL PHOTO

Si vous voulez photographier l’événement, rien de plus facile ! Un appareil photo (type reflex) muni d’un objectif grand-angle ouvert à f/d 2 réglé sur l’infini, un bon trépied stable et un déclencheur manuel pour éviter les vibrations.

De bons résultats peuvent également être obtenus avec un 50mm ouvert au maximum.  Choisissez de préférence un film rapide de 400 ou 800 ISO.

 Quelle que soit la position du radiant, visez de préférence au zénith, vous aurez ainsi plus de chance de capturer le passage d’étoiles filantes.

N’hésitez pas à faire des poses d’environ 3 à 5 minutes avec une pellicule 400 ISO, surtout si vous êtes loin de toutes lumières parasites.

Si vous souhaitez privilégier la prise de vue des traînées persistantes, utilisez de préférence une pellicule de 800 ISO, avec un temps de pose compris entre 30 et 60 secondes.

Reste plus qu’à préparer le site avec chaise longue, fauteuil, couverture pour 

Une nuit aux belles étoiles !!!

Les spicules du Soleil

Spicules_sst_bigImagine un tuyau aussi large qu’un État des U.S.A. et aussi long que la moitié de la Terre. Maintenant, imagine que ce tuyau est rempli d’un gaz chaud se déplaçant à 50 000 km/h. Puis imagine que ce tuyau n’est pas fait de métal mais d’un champ magnétique transparent. Tu viens de te représenter un jeune spicule parmi les milliers qui recouvrent le Soleil actif. La photographie ci-contre est peut-être l’image de plus haute résolution jamais prise de ces énigmatiques tubes de flux solaire.

Les spicules emplissent la photo ci-dessus de la région solaire active 10380 traversant le Soleil en juin 2013, ils sont particulièrement évidents sous l’aspect d’un tapis de tubes sombres sur la droite. Les spicules durent environ 5 minutes, naissant sous forme de longs tubes de gaz s’élevant rapidement puis s’éteignant à mesure que le gaz atteint sa plus haute altitude et retombe sur le Soleil.

178224main_Spicule_800Les spicules seraient le produit des ondes acoustiques qui traversent le Soleil. L’origine de ces jets de plasma qui partent de la partie supérieure de chromosphère solaire, à la vitesse de 20Km/s, et pénètrent la région extérieure de l’atmosphère solaire sur des milliers de kilomètres, sont encore grandement inexpliqués, bien qu’on les observe en permanence (quelque 100.000), essentiellement en raison de leur brièveté et de leur faible dimension.

Ces spicules n’ont pas plus de 500 km de diamètre et leur durée de vie va de cinq à dix minutes: après s’être élevés parfois jusqu’à 16.000 km, ils retombent et s’évanouissent avant de réapparaître, quasiment au même endroit et avec une même périodicité (Pour en savoir plus vois la vidéo jointe en cliquant sur l’image ci-dessus).

Le Soleil vibre en permanence, et selon plusieurs modes d’oscillation : les modes de gravité et les modes acoustiques (dits “modes p”), dus à la pression). Une étude scientifique a pu montrer que la périodicité des spicules était essentiellement due aux modes p de résonance du Soleil, de période identique (cinq minutes).   Si ces oscillations de la surface de Solei s’évanouissent généralement avant d’atteindre l’atmosphère solaire, il arrive que, dans certaines conditions, elles l’atteignent. Elles engendrent alors une onde de choc qui propulse du plasma de la chromosphère et forme un spicule.   En modélisant ce fonctionnement les chercheurs peuvent prévoir maintenant avec une grande précision l’apparition de ces spicules.

Les spicules emportent plus de cent fois la masse qui s’échappe en permanence du Soleil – électrons, protons et autres particules énergétiques, à raison de deux millions de tonnes par seconde : le vent solaire.

Avec cette modélisation, il va être maintenant possible d’étudier ce que représente, dans le vent solaire, la masse de plasma apportée par les spicules dans la couronne solaire. On pourra aussi mieux comprendre la formation de ce vent solaire qui parvient jusqu’à la Terre et au-delà, endommageant parfois au passage les satellites en orbite et perturbant gravement la haute atmosphère terrestre.