Univers : galaxies, système solaire et éléments chimiques

1. a)Bactérie : $2\times {10}^{-6}$ m. Saturne : 120 536 km = 120 536 000 m ≈ $1,2\times {10}^8$ m. (1)
2. b)Bactérie : ${10}^{-6}$ m (2 est proche de 1). Saturne : ${10}^8$ m. Andromède : ${10}^{21}$ m. (1)
3. c)${10}^8÷{10}^{-6}={10}^{8+6}={10}^{14}$ : cent mille milliards de fois. (1)
4. d)Faux : $1,4\times {10}^{21}$ m et $9,5\times {10}^{20}$ m ont le même ordre de grandeur, ${10}^{21}$ m ; ${10}^{21}÷{10}^{21}={10}^0=1$ : les deux galaxies ont des tailles du même ordre (Andromède est environ une fois et demie plus grande). (1)

Méthode — Pour comparer deux longueurs, on divise leurs ordres de grandeur en soustrayant les exposants.

1. a)$5,2\times 1,5\times {10}^8=7,8\times {10}^8$ km. (1)
2. b)$35\times 1,5\times {10}^8=52,5\times {10}^8=5,25\times {10}^9$ km. (1)
3. c)Près du Soleil, il faisait trop chaud pour que l’eau ou le méthane restent solides : seuls les roches et les métaux se sont assemblés (Mercure). Loin du Soleil, au-delà de la ligne des glaces, les glaces s’ajoutaient aux roches : Jupiter a grossi jusqu’à devenir assez massive pour capturer l’hydrogène et l’hélium du nuage. (1)
4. d)Non : près de Mercure, la chaleur du Soleil empêchait les glaces de rester solides ; les comètes se sont formées loin du Soleil. (1)

Repère — La matière d’une planète s’explique par l’endroit où elle s’est formée : roches et métaux près du Soleil, glaces et gaz plus loin.

1. a)Une galaxie est un immense ensemble d’étoiles, de gaz et de poussières liés par la gravitation. Le Soleil est l’une des étoiles de la Voie lactée. (1)
2. b)$13,8-4,6=9,2$ : l’Univers avait environ 9,2 milliards d’années. (1)
3. c)L’expansion de l’Univers. Non : ce sont les distances entre les galaxies qui augmentent ; les étoiles, les planètes et les atomes ne grossissent pas. (1)
4. d)Le Big Bang n’est pas l’explosion d’une étoile : c’est l’état très chaud et très dense de tout l’Univers au début de son histoire, il y a 13,8 milliards d’années ; les étoiles sont apparues bien après. (1)

Erreur fréquente — Imaginer le Big Bang comme une explosion dans un espace vide : c’est l’Univers entier qui était chaud et dense.

1. a)Univers : H et He. Croûte terrestre : O et Si. Corps humain : O et C. (1)
2. b)25 kg = 25 000 g ; $25000\times 0,02÷100=5$ : 5 g de carbone seulement. (1)
3. c)L’hélium est un gaz très léger : la Terre, petite et proche du Soleil, ne l’a pas retenu lors de sa formation. (1)
4. d)L’oxygène de la croûte n’est pas du dioxygène gazeux : il est lié au silicium et aux métaux dans les roches (par exemple le quartz SiO₂). Un élément n’est pas un corps pur. (1)

Erreur fréquente — Confondre l’élément oxygène, présent dans les roches, l’eau et l’air, et le corps pur dioxygène O₂.

1. a)Carbone, hydrogène et oxygène. L’hydrogène vient du Big Bang ; le carbone et l’oxygène ont été fabriqués par fusion nucléaire au cœur d’étoiles. (1)
2. b)Née très tôt, 0,8 milliard d’années après le Big Bang, elle s’est formée dans un nuage presque uniquement fait d’hydrogène et d’hélium : peu d’étoiles avaient encore fabriqué et dispersé du fer. Le Soleil, né 9,2 milliards d’années après le Big Bang, vient d’un nuage déjà enrichi par des générations d’étoiles. (1)
3. c)Par exemple du carbone et de l’oxygène (ou du silicium, du fer) ; l’or (ou le platine, l’uranium) peut se former lors de l’explosion. (1)
4. d)Des étoiles disparues ont fabriqué carbone, oxygène, fer… ; leurs explosions et leurs vents ont dispersé ces atomes dans un nuage de gaz ; ce nuage s’est contracté pour former le Soleil et la Terre ; ces atomes forment aujourd’hui notre corps. (1)

Repère — H et He : Big Bang ; jusqu’au fer : cœur des étoiles ; au-delà : supernovae et collisions d’étoiles à neutrons.