Univers et Température

[invite5c7368d5]

Bonjour,

Sympa comme forum ...

Je vous soumet donc une question à laquelle je n'ai pas encore trouvé de réponse ...

La description de l'univers évoque parfois des nuages interstellaires sensé être à des températures exprimées en millions de degrés. °K ou °C ne changent pas grand chose à ces échelles.
Si je me remémore quelques souvenirs, la température représente l'état d'agitation du système et est induite par les collisions entre particules/atomes.
Dans un nuage interstellaire, dont la densité est voisine du "néant" comparativement à notre atmmosphère, voire au meilleur "vide" réalisables sur Terre, peut-on alors s'imaginer cette température ?

Une sonde spatiale hypothétique qui serait chargée de rejoindre une région éloignée de l'univers pourrait elle traverser ces nuages interstellaires "bouillants" sans dommages ?

Si il y a des thermodynamiciens ou physiciens qui puissent m'éclairer ... Ce serait nickel.

Merci d'avance.
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[deep_turtle]

Salut,

Au niveau de la densité de particules, le gaz dans les amas correspond environ a 1000 particules par m3. Pour comparaison, le vent solaire au niveau de la Terre a une densite 10000 fois plus grande, avec des vitesses de particules comaprables, et les sondes survivent très bien...

Maintenant, la question est assez académique, car le voyage jusqu'à là-bas mettrait pas mal de temps...

[invite5c7368d5]

Merci Deep_Turtle,

La problématique de la durée d'un tel trajet ne se pose pas (pour nous en tout cas), mais c'est bien cette notion de température qui me "turlupine"

On est dans le vide spatial ( tu me cites 1000 particules par m3) donc nettement moins dense que le vent solaire dont tu parles.
Mais ce vent solaire au niveau de l'orbite terrestre n'atteint pas des "températures" exprimées en millions de degrés.
Comment peut-on atteindre de telle extrémités sans que l'agitation des particules/atomes/molécules ne provoque une diffusion totale de tels nuages ?

Est une notion "relative" de température, liée à l'agitation mais qui n'aurait aucun lien avec celle qui peuvent exister au sein du Soleil (beaucoup plus dense) ?

Si qq'un peut m' ?

[Gilgamesh]

Merci Deep_Turtle,

La problématique de la durée d'un tel trajet ne se pose pas (pour nous en tout cas), mais c'est bien cette notion de température qui me "turlupine"

On est dans le vide spatial ( tu me cites 1000 particules par m3) donc nettement moins dense que le vent solaire dont tu parles.
Mais ce vent solaire au niveau de l'orbite terrestre n'atteint pas des "températures" exprimées en millions de degrés.
Comment peut-on atteindre de telle extrémités sans que l'agitation des particules/atomes/molécules ne provoque une diffusion totale de tels nuages ?

Est une notion "relative" de température, liée à l'agitation mais qui n'aurait aucun lien avec celle qui peuvent exister au sein du Soleil (beaucoup plus dense) ?

Si qq'un peut m' ?

Le mode de raisonnement est assez simple.

A ma droite l'énergie thermique Ec ~ mv²/2 ~ kT
A ma gauche l'énergie gravitationnelle Ep = GMm/r

avec

m la masse d'une particule (proton) -27 en log
v sa vitesse d'agitation moyenne
k la cte de Boltzmann -23
T la temp en K
G cte de gravitation -10
M la masse du nuage (1 Msolaire = +30)
r son rayon (1 al = +16)

A l'équilibre

Ep = 2Ec

Si tu veux l'ordre de grandeur de la température d'équilibre d'un nuage :

T ~ GMm/2kr


------
Ex1 : M = 100 Ms et r = 1 al

log(T) = -10+32-27+23-16-0.3 = 1,7

soit T = 10^1.7 = 50 K

Température typique d'un nuage moléculaire géant
------
Ex 2 : M = 1e12 Ms et r = 1e6 al

log(T) = -10+42-27+23-22-0.3 = 5.7

soit T = 10^5.7 = 800 000 K

Température typique des halo de gaz galactique



a+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5c7368d5]

Je te crois sans problème, et sans me lancer dans une vérification mathématique/physique des équations, les données semblent cohérentes avec ce que j'avais lu.
Mais est ce à dire que ces valeurs de températures extrêmes ne peuvent pas être comparables avec ces même températures sur Terre (T° de fusion, ...)
Cela représente des températures très élevées, qui sur Terre rendraient tout stérile, la Terre y compris.

Peut-on alors dire qu'il s'agit d'une fournaise si nous nous trovions à proximité ou à l'intérieur ?

merci encore

[deep_turtle]

La température n'est pas un problème en soi, les particules du vent solaire ont des vitesses élevées, ce qui correspond à des températures énormes. Et de fait, la région d'où sont émises ces particules dans le soleil ont des températures élevées ! Mais la densité est faible et finalement on n'a pas l'impression d'être dans un four.

[invite5c7368d5]

Bon ben voili ... J'pige mieux.

J'pensais bien à une explication de ce style, mais n'ayant pas les compétences nécessaires ...

Merci encore.

[Gilgamesh]

Toujours pour comprendre les ordres de grandeurs en jeu, immagine 1 cellule de 10 micron (une sphère aqueuse, pour simplifier) flottant dans l'espace, environnée de p'tits atomes (diamètre 1 angstrom=1e-10 m) très chauds comme des balles sifflantes autours d'elles, dans toutes les directions. On imagine que chaque fois qu'elle est frappée par un atome celui ci lui transfère la totalité de son énergie cinétique E = kT = mv²/2.

Prenons une densité de 1000 atomes/m3 à une température de 10 000 K

La question est simple : combien de fois sera t'elle touchée chq seconde ? Ca nous donnera le transfert d'énergie en watt (1 W = J/s).


Calculons déjà la vitesse des atomes

v=racine(2kT/m)
log(v)=(0,3-23+4+27)/2
log(v)= 4.15 (soit v= 14 km/s)

En 1 seconde, les 1000 atomes de notre m3 balayent donc un volume de 1000*14000*(1e-10)² le dernier terme représentant leur section.
soit log(v) = 3+4.15+2*(-10) = -12.85

Notre cellule occupe elle un volume log(v_c) = -5*3 = -15

Le nombre N de choc est égale au rapport entre le volume occupé par la cellule et le volume balayé par les atomes chauds N=v_c/c

log(N)=-15+12.85 = -2.15

soit un choc toutes les 140 secondes, qui lui transfert une énergie log(kT) = -23+4 = -19. Soit, en comptant N chocs/s une puissance thermique transmise log(P) = -19-2.15 = -21.15

Sa température augmente chaque seconde de deltaT = P/mC

m etant la masse de la cellule (log(m)=3-15=-12) et C la capacité calorifique de l'eau 4180 J.K-1.kg-1, soit log(C)= 3.6.

log(deltaT) = -21.15+12-3.6 =-12.75

ce qui représente 17 millième de milliardième de kelvin

Pas de quoi tenter un bbq, à moins d'être trèèèès patient

D'autant plus, pour rester rigoureux que si ta cellule est à l'ombre, ses pertes par rayonnement seront très supérieurs à cet infime gain transmis par le milieu. Elle gelera donc dans une atmosphère à 10 000 K !



a+

[invite5c7368d5]

Merci encore à vous deux pour ces éclaircissements.