QUE DOIT-ON CONNAITRE A PROPOS DU SYSTEME SOLAIRE?

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1 1 QUE DOIT-ON CONNAITRE A PROPOS DU SYSTEME SOLAIRE? Je souhaite ici vous aider à connaître l'essentiel sans trop d'effort de mémoire. Ceux qui veulent approfondir peuvent utiliser les liens internet qui sont proposés. Mais je veux aussi montrer que l on peut établir des liaisons tangibles entre ce que l'on fait apprendre et ce que l'on peut réellement OBSERVER puis faire observer aux élèves. INTRODUCTION : le système solaire dans la voie lactée, notre place dans l univers. Nous enseignerons aux élèves que le Soleil est fixe et que notre Terre tourne autour. En réalité le Soleil est l une étoile quelconque parmi 200 milliards environ d étoiles composant notre galaxie la voie lactée qui est une galaxie spirale. Voir : Le Soleil, entraînant avec lui le système solaire, tourne par rapport au centre de la galaxie. La photo n 2 montre la place ( périphérique) de notre Soleil dans la voie lactée. Voir : Photo n 1 Ces photos sont évidemment fausses puisque personne ne peut aller en dehors de notre voie lactée. La photo n 2 est vue de dessus, la n 1 vue de côté. Par contre la n 3 de la page suivante est une vraie photo, vue de la Terre donc ; comme nous nous situons à l intérieur de la voie lactée mais nous en voyons une partie par la tranche, sous forme d une traînée blanchâtre d où son nom. Photo n 2

2 2 De l hémisphère nord une seule galaxie externe à la nôtre est observable à l œil nu : la galaxie d Andromède située à environ d années lumière de nous : Photo n 3 I- Description du système solaire Les observateurs du ciel avaient remarqué, dès l'antiquité que, des astres dont les déplacements semblaient désordonnés par rapport au mouvement général, apparent, des étoiles ou des constellations. Ces astres ont été appelés planètes (d'un mot grec signifiant errant ). Les planètes font partie d'un ensemble appelé "système solaire". Il est constitué principalement d'une étoile : le Soleil, et de neuf planètes. La phrase suivante permet de retenir facilement le nom de ces planètes, dans l'ordre à partir du Soleil : Mon Vieux Théâtre M A Joué Souvent Une Nouvelle Pièce Mercure Vénus Terre Mars Astéroïdes 1 Jupiter Saturne Uranus Neptune Pluton Mais vous avez le droit de préférer celle-ci : 1 Les astéroïdes sont des sortes de cailloux plus ou moins gros gravitant entre l orbite de Mars et celle de Jupiter. Voir photo 4 page suivante.

3 3 Consultons à présent le tableau suivant : Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Pluton Diamètre (Km) Densité 5,4 5,2 5,5 3,9 1,3 1,3 1,2 1,6 2 Masse (/ Terre) 0,06 0, Kg 0, ,5 17,2 0,003 Distance au Soleil (Millions de Km) Durée d'une révolution jours 224, jours 1 1,9 ans 29,5 ans 84 ans 164,8 ans 245 ans Température maxi ( C) mini moyenne en haute atmosphère en haute atmosphère en haute atmosphère -220 en haute atmosphère % H2, He H Atmosphère Traces No, Oi... 95% C0 2,He H2,He H2,He C0 2 Azote 2 CH4 CH4 CH4 CH4 Nombre de satellites au sol -230 Dans ce tableau figure encore Pluton qui théoriquement n est plus une planète d où la phrase : Mon Vieux Télescope Me Joue Soudain Une Nouveauté... Pourquoi Pluton n est plus une planète? Une planète doit remplir ces trois conditions : 1 - une planète gravite (tourne) autour du Soleil, la lune n est donc pas une planète. 2 - une planète doit être suffisamment grosse pour être sphérique ( car modelée par sa propre gravité) ainsi les astéroïdes qui gravitent entre l orbite de Mars et celle de Jupiter 3 - une planète doit avoir mangé tout ce qui traine sur son orbite ( là encore du fait de sa puissante gravité). Pluton qui gravite sur la même orbite que son compère Charon ne remplit pas cette condition. Voir aussi : Photo n 4 Photo n 5 Astéroïdes Croissants de Pluton et de Charon

4 4 Ces planètes décrivent autour du Soleil des ellipses peu allongées, donc très proches de la forme circulaire. La distance donnée dans le tableau est donc une moyenne. D'autre part, toutes ces ellipses se situent dans des plans très voisins de celui de l'orbite terrestre dit "plan de l'écliptique" 2. Dans le ciel, on appelle écliptique la trace de ce plan. C'est donc sur cette "ligne" imaginaire (en rouge sur le dessin n 7 que nous trouverons les planètes. Photo n 6 Image du système solaire suggérant que les planètes gravitent dans le plan de l écliptique. Dessin n 7 Imaginons que la Terre soit au centre, que toutes les étoiles observables se situent sur la sphère dessinée. Les planètes et le Soleil sont situées dans le plan de l écliptique, elles seront vue sur l écliptique céleste ( ligne rouge ). Le zodiaque est la région du ciel voisine de l écliptique. Voilà pourquoi les planètes seront trouvées parmi les constellations dites du zodiaque 2 Origine du mot "écliptique" : il n y a éclipse que si le Soleil, la Terre et la Lune sont alignés. Pour cela soit à la nouvelle Lune (éclipse de Soleil), soit à la pleine Lune (éclipse de Lune) la Lune doit aussi se trouver dans le plan de l écliptique qui n est pas son plan de gravitation. Voir :

5 5 Tout comme les anciens, qui avaient remarqué que les planètes "erraient", mais pas n'importe où, dans les constellations qui se situaient, et se situent toujours, autour de cette ligne, qu on appelle les constellations du Zodiaque. C est là tout à fait le fruit du hasard et le fameux zodiaque n a strictement aucun pouvoir sur nos destinées! Mais par contre, là réside l explication du fait que lorsque nous voyons en même temps 3 planètes. Elles nous apparaissent alignées 3 dans le ciel. Que pouvons-nous remarquer et retenir facilement à partir de ce tableau? 1- Les planètes Telluriques 4 (Mercure, Vénus, Terre, Mars) sont les plus proches du Soleil. - Les géantes de gaz (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) en sont le plus éloignées. Ces géantes de gaz n'ont pas toutes la même taille, mais elles sont composés des mêmes éléments, dans des proportions qui ne diffèrent que légèrement. Tandis que Pluton aux confins du système solaire devra être considérée comme "un cas à part", sujet de bien des controverses encore 2- Les températures des planètes sont plus basses lorsqu'on s'éloigne du Soleil. Logique non? Mais Vénus quoique plus distante que Mercure, est plus chaude, c est à cause de son effet de serre important, dû à son atmosphère très dense de CO 2. A présent les élèves connaissent l effet de serre et peuvent donc comprendre cela à leur manière 3 Plus une planète est éloignée du Soleil plus la durée de sa révolution est grande 5 et en conséquence plus son mouvement apparent sur l'écliptique est lent 6. D'une semaine sur l'autre nous pourrons observer le déplacement de Mars et surtout Vénus par rapport aux autres astres du ciel (par rapport aux constellations). Remarquons d'autre part que les planètes visibles à l œil nu sont les plus proches de nous : - Mercure, mais sa proximité du Soleil rend son observation très difficile, je ne l ai personnellement observé qu une fois. - Vénus, proche du Soleil, proche de nous, très chaude (effet de serre important de son atmosphère de CO2) donc très brillante : l'astre le plus brillant du ciel après le Soleil et la Lune, visible parfois alors que le Soleil est présent dans le ciel. - Mars, proche de nous (elle l'est plus ou moins...) mais petite, elle peut être moins brillante que certaines étoiles. Nous la voyons orangée et non rouge! - Jupiter très brillante vu sa taille! 3 Sauf lorsqu on les voit très proches les unes des autres. 4 Ce sont les planètes qui ont un sol solide et une forte densité. Aux élèves nous dirons «planètes solides qui ont un sol». 5 Et d'ailleurs moins sa vitesse sur son orbite est élevée. Faites le calcul : vitesse = 2π X par distance au Soleil / durée d une révolution. 6 Lorsque nous regardons à travers la vitre d un TGV en pleine vitesse nous avons l impression que : "ce qui est près de nous semble beaucoup se déplacer " au contraire qui est très loin de nous ( le soleil par exemple) semble "voyager avec nous". Dans le ciel, il en est de même : les étoiles sont trop éloignées de nous pour que nous puissions, le temps d'une vie humaine percevoir leurs déplacements relatifs. La carte du ciel est celle des objets lointains : étoiles, nébuleuses, galaxies. Les étoiles voisines pour l'observateur terrestre y sont regroupées arbitrairement en constellations. Beaucoup plus proches de nous, les planètes ne peuvent figurer sur la carte du ciel car elles ont un déplacement apparent par rapport aux constellations. Généralement ce déplacement est d ouest en est. Dans le cas contraire ( Vénus, Mars) on parle de rétrogradation.

6 - Saturne est beaucoup moins brillante que Jupiter. On en comprend facilement les raisons : même composition ou presque, elle est aussi plus petite, plus éloignée de nous et de la source de lumière le Soleil 7. 6 Le système solaire comporte en outre des comètes. Ce sont des boules irrégulières de glaces emprisonnant des poussières, des blocs de quelques kilomètres qui décrivent des orbites très allongées autour du soleil. Lorsqu'une comète se rapproche du Soleil, sa température s'élève, cela provoque la vaporisation d'une partie de la glace d'où le fameux panache. Elle laisse alors derrière elle (sur sa propre trajectoire) les poussières libérées par la glace. Lorsque, plus tard, la Terre rencontrera cette trajectoire, les poussières rentreront dans l'atmosphère en se consumant. C'est ce phénomène que l'on appelle "étoiles filantes" : La comète Hale Bopp II- La genèse du système solaire Voir : D'où vient le Soleil? D'où viennent les planètes? Pourquoi gravitent-elles autour du Soleil dans des plans très proches et dans le même sens? Le système solaire a eu une histoire : il a eu un début, continue d'évoluer et aura une fin. En l'état actuel des connaissances, on peut résumer sa formation en quelques épisodes fondamentaux. 1- La nébuleuse primitive Lorsqu'on fait la cuisine, il y a les ingrédients et la recette. Lors de l'élaboration du système solaire actuel, c'est un peu la même chose mais cela a demandé 4,5 milliards d'années. Les "ingrédients" de base sont les débris d'une étoile qui, en fin de vie, explose avec une violence extrême (supernova). A cette occasion, tous les atomes qui se sont formés au cœur de l'étoile sont "remis en circulation" : c'est la nébuleuse primitive : un grand nuage d'hydrogène contenant les débris de l'étoile défunte. II n'y a pas à proprement parler de recette mais simplement l'action lente des lois fondamentales de la physique avec en premier lieu celle de la gravitation universelle que l'on peut énoncer simplement comme suit : " Deux corps quelconques dans l'univers s'attirent réciproquement : proportionnellement à chacune de leurs masses, et de manière inversement proportionnelle au carré de leur distance ". Sous l'effet de la gravité la nébuleuse tourne sur elle-même... 7 Toutes les variables influant dans le même sens, on peut donc conclure!

7 7 2-Le système s'échauffe et s'aplatit Toutes les particules de la nébuleuse s'attirent les unes les autres, elles ont donc tendance à se rassembler ce qui crée des masses plus importantes dont le pouvoir gravitationnel est accru. C'est au centre que cela se concentre le plus, la physique nous dit que cette concentration de masse doit accélérer de plus en plus le tournoiement de la nébuleuse. En conséquence, du fait de la force centrifuge la nébuleuse s'aplatit progressivement, elle prend la forme d'un disque. Ceci fait que, beaucoup plus tard, nous observerons que les planètes tournent, dans le même sens, autour du Soleil dans des plans très voisins. 3-Le "Proto-Soleil" Au centre, les choses s'accélèrent, la matière se concentre de plus en plus : elle s'effondre sur elle-même, la pression atteint des valeurs énormes. Dans un piston l'air comprimé s'échauffe de même le centre du disque s'échauffe énormément : on parle de proto-soleil (Soleil en gestation), l'énergie émise chauffe l'ensemble du disque qui reste à l'état de gaz. 4-Les planétoïdes Le proto-soleil devient étoile : en son centre la température atteint des dizaines de millions de degrés, cela déclenche la fusion des protons (noyaux d'atomes d'hydrogène) quatre par quatre pour donner des noyaux d'hélium. Cette fusion nucléaire libère de l'énergie sous forme de rayonnement. Un équilibre s'instaure entre la poussée du rayonnement (qui tend à faire exploser l'étoile) et la compression due à la gravité : le diamètre du Soleil devient constant 8. L'énergie qu'il émet diminue, le disque qui est très grand, se refroidit (surtout loin du centre). II se condense en petits grains dont la composition chimique dépend de la température : - Près du Soleil les éléments réfractaires, qui résistent à la chaleur : fer, silicates... - Au loin les éléments légers et les glaces. Dans un disque mince fait de petits grains, les chocs sont inévitables. Pas trop violents, ils collent les grains les uns aux autres. Les astrophysiciens ont appelé cette phase "accrétion". Ainsi naissent des agglomérats de toutes formes : les planétoïdes. L'attraction universelle continue son oeuvre, regroupant les planétoïdes : sur une orbite donnée, le plus gros d'entre eux rassemble tous les autres et devient planète. Autour de chaque planète (sauf Mercure et Vénus) s'organisent de petites condensations qui donneront leurs satellites. D'après cette hypothèse, la formation de la Terre aurait pu ne demander que 50 à 100 millions d'années. 5-Vers la forme actuelle Les planètes des régions froides captent les glaces et l'hydrogène : elles deviennent des géantes de gaz (Jupiter, Saturne. Uranus, Neptune). Les planètes telluriques (Mercure, Vénus, Terre, Mars) "attrapent" les éléments lourds qui gravitent plus près du Soleil. Cette matière leur est apportée en partie par les astéroïdes 9 : 8 Lorsque le soleil aura consommé son hydrogène cet équilibre sera rompu. Le soleil deviendra une "géante rouge dans... quelques milliards d'années! 9 L'énergie libérée par le choc fait fondre la pierre. La lave rougeoyante qui s'échappe des entrailles de la Terre est constituée de cette pierre fondue. Pendant la période intense du bombardement la Terre en était recouverte.

8 8 pendant un milliard d'années ceux-ci ont soumis les jeunes planètes à un fantastique bombardement, dont les cratères sont les cicatrices. Et Pluton? : Planète tellurique, elle est pourtant la plus éloignée du Soleil, de plus son orbite est inclinée de 17 degrés par rapport au plan de l'écliptique. Ces deux faits seraient en contradiction avec le modèle explicatif que nous venons de résumer? Pluton, qui n'a été découverte qu'en 1930, pourrait provenir de la "ceinture de Kuiper" située au-delà du système solaire et contenant une multitude de planétoïdes. III- Conseils aux enseignants Vous pourrez compléter ces éléments de base par des lectures, mais surtout en prenant l'habitude d'observer régulièrement le ciel. Progressivement, vous aurez besoin de moins en moins de temps pour repérer les objets dont vous parlerez ensuite à l'école. Et inciterez les élèves à en faire autant. Ne faites pas passer l idée que l astronomie c est affaire de spécialiste! Je rappelle les questions auxquelles vous êtes déjà en mesure de répondre : - Pourquoi Vénus brille-t-elle tant? Pourquoi, dans le ciel, n'est-elle jamais très loin du Soleil dans le ciel? - Pourquoi voit-on les planètes sur la même ligne? - Pourquoi Jupiter brille-t-elle beaucoup plus que Saturne? - Qu'est ce qu'une comète? Une étoile filante? OU SE TROUVENT LES PLANETES EN CE MOMENT? CONSULTER : Observer vénus en plein jour : Réaliser une maquette du système solaire au cycle 3 : IV Encore quelques liens Internet document d accompagnement des I.O. schéma intercatif complet, pas forcément facile un dictionnaire et une adresse pour poser des questions Notre Galaxie Schéma interactif du système solaire, sa formation Une trace écrite pour la classe au sujet du système solaire : Prochaines éclipses Explication des éclipses avec des schémas Les connaissances savantes c est bien, mais n oubliez pas d observer! M. Chantal centre IUFM de Melun document remanié en juin 2008