Cours d'astronomie. Préparation CRPE. Pierre Yves JOUAN. Paternité - Pas d'utilisation Commerciale :

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1 Cours d'astronomie. Préparation CRPE Paternité - Pas d'utilisation Commerciale : Décembre 2013

2 Table des matières I - Ce que je sais en... Astronomie 4 1. : Je teste mes connaissances... 4 II - Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace Se repérer dans le temps Le jour, le mois, l'année Un peu d'histoire : Ce que j'ai retenu Se repérer dans l'espace S'orienter dans l'univers S'orienter sur Terre : Ce que j'ai retenu : Ce que j'ai retenu III - La Terre tourne sur elle-même Où se lève et où se couche le Soleil? La durée des jours et des nuits La limite entre le jour et la nuit La couleur du ciel : Ce que j'ai retenu : Ce que j'ai retenu IV - La Terre tourne autour du Soleil Pourquoi des saisons? Les saisons et les calendriers Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver? : Ce que j'ai retenu V - La Lune tourne autour de la Terre Quelques informations sur notre satellite Les phases de la lune Les éclipses Les marées... 31

3 5. : Ce que j'ai retenu : Ce que j'ai retenu : Ce que j'ai retenu VI - Le système solaire et l'univers Le système solaire L'Univers : Ce que j'ai retenu : Ce que j'ai retenu Solutions des exercices 40 Solutions des quiz 43

4 Ce que je sais en... Astronomie Ce que je sais en... Astronomie I : Je teste mes connaissances 4 1. : Je teste mes connaissances Une façon d'évaluer vos représentations initiales! Les noms des jours de la semaine sont liés aux noms des planètes. [Solution p 43] Une année dure 365,25 jours. L'Etoile du Berger indique toujours le Nord. Le Soleil se lève à l'est et se couche à l'ouest. Au printemps et en été, les jours s'allongent. En été, la Terre est plus proche du Soleil qu'en hiver. 4

5 Ce que je sais en... Astronomie La Lune nous présente toujours la même face. La Lune est responsable des marées. L'ombre de la Terre explique les différents aspects de la Lune. Pluton n'est plus considérée comme une planète du système solaire. Le soleil est au centre de notre galaxie, la Voie Lactée. Le système solaire disparaîtra un jour. 5

6 Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace... Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace... I Se repérer dans le temps 7 Se repérer dans l'espace 9 Pour bien comprendre les phénomènes astronomiques, il est nécessaire de savoir se repérer dans le temps et dans l'espace. Cette partie de cours s'intéresse donc à : Comprendre les origines des découpages en jours, mois et années Connaître quelques rudiments de l'histoire des calendriers. Identifier quelques points de repère dans l'espace Savoir s'orienter sur Terre Pour compléter les informations du cours, vous pouvez vous référer à la fiche connaissance n 18 - Programme de

7 Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace Se repérer dans le temps 1.1. Le jour, le mois, l'année... Le jour Le jour est la durée de rotationrotation de la Terre. La Terre fait un tour complet sur elle-même, autour de l'axe des pôle, en 23h 56min et 4s. Jour sidéral et jour solaire - Source Lecielenquestions D'où vient cette valeur? Pourquoi pas 24h? La différence s'explique par le choix du point de référence (Soleil ou étoile fixe lointaine) utilisé pour décrire le mouvement de la Terre. Le jour solaire : Le jour solaire est le temps séparant deux passages consécutifs du Soleil au méridien d'un lieu, le Sud dans l'hémisphère Nord. Cette durée combine la rotation de la Terre sur elle-même (jour stellaire ou jour sidéral) et le déplacement de la Terre sur son orbite dans sa révolution autour du Soleil. La durée du jour solaire est de 86400s (24h) en moyenne. Le jour sidéral : Un jour sidéral est la durée que met une planète pour faire un tour sur elle-même par rapport à une étoile fixe. Le jour sidéral terrestre dure 23h 56m 4s. C'est en raison de la révolutionrévolution de la Terre autour du Soleil en même temps qu'elle tourne sur elle-même que le jour solaire dure quelques minutes de plus, soit 24h00. Le mois Le mois est lié à la durée de révolutionrévolution de la Lune autour de la Terre. Un mois lunaire sidéral correspond au temps mis par la Lune pour effectuer une révolution complète de son orbite, mesurée dans un référentiel fixe ; il s'agit également du temps que met la Lune pour que, vue de la Terre, elle retrouve la même position par rapport aux étoiles sur la sphère céleste. Le mois lunaire sidéral vaut environ 27,3 jours. L'année L'année correspond à la durée de révolution de la Terre autour du Soleil. En astronomie, une année sidérale est une unité de temps correspondant à la durée nécessaire pour que le Soleil retrouve la même position par rapport aux étoiles fixes sur la sphère céleste, observée depuis le même lieu sur la Terre. Une année sidérale dure en moyenne 365,2563 jours (soit 365 jours 6 h 9 min 9,7676 s) Remarque : L'année bissextile Une année bissextile est une année comptant 366 jours au lieu de 365, c'est-à-dire une année comprenant un 29 février (la prochaine aura lieu en 2016). L'objectif est d'aligner au mieux les indications du calendrier avec la durée réelle de l' année tropique Année Tropiquequi définit les saisons. Celle-ci durant 365, jours, et non pas exactement 365 jours, on est amené à introduire périodiquement un jour supplémentaire dans le calendrier de sorte qu'en moyenne la durée du calendrier se rapproche de l'année tropique. Par exemple, la règle utilisée par le calendrier grégorien conduit à une durée moyenne de l'année de 365,2425 jours. 7

8 Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace Un peu d'histoire Les jours de la semaine C'est le jour, du latin dies. Les noms des jours sont associés aux astres errants observables à l'œil nu, donc connus dès l'antiquité : lundi (Lune), mardi (Mars), mercredi (Mercure), jeudi (Jupiter), vendredi (Vénus). En France, samedi est lié au sabbat et dimanche au seigneur (die dominica). En Grande Bretagne, saturday est lié à Saturne et Sunday au Soleil. Complément Cette semaine de 7 jours était déjà utilisée à Babylone (Irak, entre 300 à 2300 avant J.C.) Pour les égyptiens, le début du jour correspondait au lever du Soleil ; A Babylone, pour les juifs et les musulmans au crépuscule et pour les romains à minuit. Le jour de 24 heures est dû aux égyptiens qui le découpaient en 12 «heures» de jour et 12 «heures» de nuit de durée variable. Les heures d'égale durée ne furent la norme en Europe qu'à partir de En liaison avec l'utilisation d'un système numérique de base 60, les sumériens (Irak, entre 2000 et 3500 avant J.C.) adoptèrent l'heure de 60 minutes et la minute de 60 secondes. Les mois C'est le mois, du latin mensis : la mesure du temps (moyenne : 29,53 jours) Les noms des mois ont été établis en 42 avant J.C., pour la plupart par Jules César : L'année Janvier, du latin jenuarius, mois de Janus : dieu des portes au double visage, Février, du latin februuarius, mois de la purification (februus), Mars, du latin martius, mois du dieu de la guerre, Avril, du latin aprilius, mois de la terre qui s'ouvre, Mai, du latin maius, mois de la croissance, Juin, du latin junius, mois de Junius Brutus, premier consul de Rome, Juillet, du latin julius, mois de Jules César, Août, du latin augustus, mois d'auguste, Septembre, octobre, novembre et décembre sont les septième, huitième, neuvième et dixième mois car l'année commençait alors en mars. C'est l'année, du latin annus : anneau ou circuit du temps (une année = 365,25 jours). Le ¼ de jour explique que toutes les 4 années, il y a un 29 février (année bissextile). Le début de l'année fut fixé le 1 er janvier quand fut adopté le calendrier julien en 45 avant J.C. Pour en savoir plus : Une brève histoire du calendrier 1.3. : Ce que j'ai retenu... Question Quelle est la durée de révolution de la terre autour du soleil? Quelle est la durée de la rotation de la terre sur elle-même? Dans quel sens tourne la Terre? [Solution p 40] 8

9 Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace Se repérer dans l'espace 2.1. S'orienter dans l'univers Pour s'orienter dans l'univers, il faut choisir un point de référence. En fonction de ce point de référence, la description du mouvement d'un astre change. On utilise donc des étoiles supposées fixes. Ces étoiles lointaines forment un repère dans lequel il est possible de positionner chaque objet. L'Étoile Polaire nous donne le nord Exemple : l'etoile Polaire définit le Nord avec une bonne précision. C'est l'une des étoiles de la constellation de la petite ourse. Constellation et représentation schématique 9

10 Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace... Remarque : Constellations et Horoscope! Il n'existe pas, à proprement parler d'étoiles fixes dans l'univers. Ainsi, l'etoile polaire nous montre le Nord actuellement. Ce ne sera pas toujours le cas du fait de la précession des équinoxes (lent changement de direction de l'axe de rotation de la Terre). Le mouvement de précession des équinoxes a une période de rotation de ans. Conséquence directe : Les signes astrologiques, apparus il y a 2000 ans, sont basés sur 12 constellations correspondant à la course du Soleil dans le ciel au cours d'une année. Depuis, l'orientation de l'axe de rotation de la Terre ayant changé, le Soleil traverse 13 constellations!!!! Ce qui, évidemment, fausse les pseudo-prévisions astrologiques. 10

11 Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace S'orienter sur Terre Les points cardinaux Pour s'orienter sur Terre, l'homme à définit 4 directions : points cardinaux. Ces directions peuvent être déterminées à l'aide d'une boussole. Nord, Sud, Est et Ouest, appelés les Nord : De l'ancien haut allemand nord provenant de l'unité linguistique «ner-» qui signifie «gauche», se rapportant sans doute à la gauche du soleil levant. Sud : Il est emprunté à l'ancien anglais suth. En ancien français, le sud se disait midi. Pour les géographes, Nord et Sud représentent le haut et le bas d'une carte dans l'hémisphère nord. Est et Ouest correspondent respectivement au lever et coucher du Soleil. Synonymes (levant et couchant, Orient et occident,...) Une boussole à gousset - Source Wikipédia Complément La boussole est une aiguille aimante e qui, a la surface de la Terre, s'oriente approximativement dans la direction Nord-Sud. Une boussole pre sente un po le nord (qui s'oriente approximativement vers le po le nord de la Terre) et un po le sud qui s'oriente approximativement vers le po le sud de la Terre. L'orientation des boussoles est le signe de la pre sence d'un champ magne tique a la surface de la Terre. 11

12 Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace... Les méridiens et les parallèles La Terre est découpée en «quartiers» par les méridiens et les parallèles (l'équateur, les tropiques et les cercles polaires). Un méridien est un cercle imaginaire tracé sur le globe terrestre passant par les pôles. Le plus célèbre d'entre eux est le méridien de Greenwich, définissant la longitude 0. En géographie, l'équateur est un parallèle, une ligne imaginaire tracée autour d'une planète, à mi-chemin des pôles. L'équateur marque la séparation entre l'hémisphère nord et l'hémisphère sud. La latitude de l'équateur est 0 par définition. La longueur de l'équateur terrestre est d'environ ,0 km. Carte montrant que les méridiens passent tous par les pôles. - Source Wikipédia Les tropiques sont deux lignes parallèles à l'équateur : le tropique du Cancer, à 23 27' de latitude Nord ; et le tropique du Capricorne à 23 27' de latitude Sud. Les tropiques 12

13 Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace... Complément La partie du globe située entre les deux tropiques, comprenant l'equateur, comprend tous les points de la Terre où le Soleil apparaît au zénith (90 ) à midi solaire une ou deux fois dans l'année. Au nord du tropique du Cancer ou au sud du tropique du Capricorne, le soleil n'atteint jamais une élévation de 90 et ne se trouve jamais à la verticale du sol. Sur les tropiques mêmes, le Soleil atteint le zénith une fois l'an, lors du solstice : Ce que j'ai retenu... Question [Solution p 40] Peut-on dire que le pôle Nord de la Terre se situe en haut et le pôle Sud se situe en bas? Pourquoi? Peut-on voir le même ciel en été et en hiver? 2.4. : Ce que j'ai retenu... Question [Solution p 40] Comment sont nommés et définis les deux types de lignes tracées sur le globe terrestre? A quoi servent-elles et à quelles grandeurs sont-elles associées? 13

14 La Terre tourne sur elle-même La Terre tourne sur elle-même I Où se lève et où se couche le Soleil? 15 La durée des jours et des nuits 16 La limite entre le jour et la nuit 18 La couleur du ciel 19 : Ce que j'ai retenu : Ce que j'ai retenu A chaque instant, la moitié de la Terre est éclairée par les rayons du Soleil (C'est le jour!). L'autre moitié est dans l'obscurité (C'est la nuit!). Cette partie s'intéresse à : Le jour et la nuit sur Terre - Source Le webpédagogique Expliquer les jours et les nuits, et leur durée Comprendre où se lève et où se couche le Soleil La limite entre jour et nuit La couleur du ciel Un document intéressant : Fiche connaissance n 20 - Programme de

15 La Terre tourne sur elle-même 1. Où se lève et où se couche le Soleil? Traditionnellement, on entend «le Soleil se lève à l'est et se couche à l'ouest». Mais, cela n'est vrai que deux fois par an. Il serait plus rigoureux de dire : «le Soleil se lève vers l'est et se couche vers l'ouest». Au printemps et en été, le Soleil se lève au NE et se couche au NO. En hiver et en automne, le soleil se lève au SE et se couche au SO. Attention, les flèches en rouge représente le mouvement apparent du soleil. Or c'est la Terre qui tourne autour du Soleil et non l'inverse. La Terre tourne donc d'ouest en est sur elle-même. Mouvement apparent du Soleil au cours des saisons 15

16 La Terre tourne sur elle-même 2. La durée des jours et des nuits La durée du jour varie... Dans l'hémisphère Nord, les jours sont plus courts en hiver qu'en été. Pour les nuits, c'est l'inverse. La durée des jours et des nuits varie en fonction de deux facteurs : la latitude 12/12 h à l'équateur 8/16 h à Paris ( 49 nord) 0/24 h au nord du cercle polaire La date Variations de l'heure de lever et du coucher du Soleil, et de la durée du jour - Paris 16

17 La Terre tourne sur elle-même Quelques jours particuliers Les équinoxes de mars et de septembre sont les deux moments de l'année où le jour et la nuit sont approximativement de même durée. Lors des équinoxes, le soleil se lève exactement à l'est et se couche exactement à l'ouest. Etymologiquement, le mot équinoxe vient du latin æquinoctium, de æquus «égal», et nox, noctis «nuit». Dans les deux hémisphères, l'équinoxe de printemps marque le début du printemps et l'équinoxe d'automne marque le début de l'automne : le printemps débute en mars dans l'hémisphère nord et en septembre dans l'hémisphère sud. Notons également que, lors des équinoxes, tous les points de la Terre situés sur un même méridien, du pôle nord au pôle sud, reçoivent la lumière du Soleil durant la journée. Illumination de la Terre par le Soleil lors de l'equinoxe - Source Wikipédia Le solstice d'été est la date du jour le plus long de l'année, et par conséquent de la nuit la plus courte, dans un hémisphère : hémisphère Nord en juin, hémisphère Sud en décembre. Illumination de la Terre par le Soleil lors du solstice de juin. - Source Wikipédia Le solstice d'hiver est donc la date du jour le plus court de l'année, et par conséquent de la nuit la plus longue, dans un hémisphère : hémisphère Nord en décembre, hémisphère Sud en juin. Illumination de la Terre par le Soleil lors du solstice de décembre. - Source Wikipédia 17

18 La Terre tourne sur elle-même 3. La limite entre le jour et la nuit La limite entre le jour et la nuit s'appelle le terminateur. Il s'agit de la zone séparant l'hémisphère plongé dans l'obscurité de celui éclairé. Le terminateur terrestre au-dessus de l'océan, photographié à partir de la station spatiale internationale Complément : Aube, Aurore et Crépuscule Il est fréquent chez les élèves de confondre l'aube, l'aurore et le crépuscule. Dans le langage ordinaire, le mot crépuscule est réservé à la disparition du jour ; son apparition est appelée aube ou aurore. Scientifiquement, il n'existe qu'un phénomène : Le crépuscule. Le crépuscule est la lueur atmosphérique présente avant le lever ou après le coucher du Soleil. Le terme désigne également le moment de la journée où cette lueur est visible. L'aube est le moment de la journée où apparaissent à l'horizon les premières lueurs du jour, avant le lever du soleil, c'est-à-dire avant le moment ou le Soleil franchit l'horizon vers l'est pour commencer sa course. L'aurore succède à l'aube et correspond au moment où le jour pointe à l'horizon, juste au début du lever du soleil. 18

19 La Terre tourne sur elle-même 4. La couleur du ciel Les différentes couleurs sont dues à la dispersion de la lumière produite par l'atmosphère. - Source Wikipédia La lumière diffusée par le soleil nous apparaît de couleur blanche. Elle se compose d'une multitude de rayons aux couleurs de l'arc-en-ciel. L'atmosphère terrestre diffuse les rayonnements provenant du soleil. Lorsque nous dirigeons notre regard vers le soleil ou au voisinage de celui-ci, nous percevons les rayonnements les plus directs : Ces rayonnements ont une couleur tendant vers le rouge, et sont moins diffusés par l'atmosphère. Lorsque nous dirigeons notre regard ailleurs dans le ciel, nous percevons des rayonnements dont la trajectoire à partir du soleil est très indirecte : ces rayonnements ont une couleur tendant vers le violet et sont très diffusés par l'atmosphère. Le ciel est bleu 19

20 La Terre tourne sur elle-même L'effet de la dispersion sur la coloration du soleil est plus marqué près de l'horizon qu'au zénith : la lumière parcourt alors un plus long trajet à travers l'atmosphère et rencontre donc plus de particules. Ainsi, la couleur du ciel est variable entre l'aurore et le crépuscule. Au lever (et au coucher) le soleil, près de l'horizon, semble rouge parce que la lumière bleue a été dispersée au loin et l'on ne voit plus que la lumière provenant directement du soleil. Le Soleil couchant est rouge De même, en altitude, où l'air est plus rare, la dispersion est beaucoup moins forte. On reçoit donc plus de lumière directe, et beaucoup moins de lumière indirecte, diffusée par l'atmosphère : le ciel est moins lumineux, plus sombre, ce qui donne un bleu plus "profond". Voir la vidéo : M ou scanner le code ci-dessous : 5. : Ce que j'ai retenu... Question [Solution p 40] A quoi correspond la nuit sur la terre? Pourquoi la durée de la nuit varie t'elle au cours de l'année? 6. : Ce que j'ai retenu... Question [Solution p 40] Quelles sont les principales caractéristiques du mouvement apparent du Soleil au cours d'une journée? Quelle est la cause de ce mouvement apparent? 20

21 La Terre tourne autour du Soleil La Terre tourne autour du Soleil I Pourquoi des saisons? 22 Les saisons et les calendriers 22 Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver? 23 : Ce que j'ai retenu Cette partie traite du mouvement de la Terre autour du Soleil et de ses conséquences. A savoir : Pourquoi y a-t-il des saisons? Comprendre le lien entre saison et calendrier Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver? Les saisons dans l'hémisphère nord Un document intéressant : Fiche connaissance n 19 - Programme de

22 La Terre tourne autour du Soleil 1. Pourquoi des saisons? Les saisons sont dues d'une part à la révolution de la Terre autour du Soleil, et d'autre part à l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de son orbite autour du Soleil, appelé plan de l'écliptique. Alternance des saisons dans l'hémisphère Nord. Complément : Attention... idée fausse! Selon une idée reçue très courante, les saisons dépendraient de la distance Terre-Soleil, la terre étant plus proche du soleil en été qu'en hiver. Cette idée est sans le moindre fondement, car elle n'explique ni les variations de la durée du jour, ni l'inversion des saisons entre les hémisphères austral et boréal. La distance moyenne Terre-Soleil est de 150 millions de km avec une variation annuelle de + ou - 2,5 millions de km (soit 1,6%). Actuellement, la Terre est au plus proche du Soleil (périhélie) vers le 3 janvier, soit aux alentours du solstice d'hiver (hémisphère nord) et au plus loin (aphélie) vers le 3 juillet, soit peu après le solstice d'été (hémisphère nord). 2. Les saisons et les calendriers Dans la tradition européenne, le début des saisons est défini par les solstices et les équinoxes dans l'hémisphère nord : le printemps débute à l'équinoxe de mars (vers le 21 mars), l'été au solstice de juin (vers le 22 juin), l'automne à l'équinoxe de septembre (vers le 23 septembre), l'hiver au solstice de décembre (vers le 21 décembre). Dates limites des saisons Printemps 20 ou 21 mars moyenne 20 après-midi Été 21 juin exceptionnellement le 20 Automne 22 ou 23 septembre moyenne 23 au matin Hiver 21 ou 22 décembre moyenne 21 au soir La date et la durée des saisons ne sont jamais fixes. Les variations de dates sont dues à la différence entre l'année tropique d'environ 365,25 jours et l'année civile de 365 ou 366 jours 22

23 La Terre tourne autour du Soleil Les variations de durée des saisons sont dues aux différences de vitesse de révolution de la Terre autour du Soleil. En effet, selon la deuxième loi de Képler (Loi des aires), la vitesse d'une la Terre devient plus grande lorsque la planète se rapproche du soleil, et inversement moins grande lorsqu'elle s'en éloigne. Ne pas oublier que la Terre a une orbite elliptique autour du soleil. Ainsi pour une année donnée, on peut avoir 92 jours pour le printemps, 94 jours pour l'été, 90 jours pour l'automne, 89 jours pour l'hiver Durée des saisons - Source Société d'astronomie de Rennes Voir la vidéo : ou scanner le code ci-dessous : 3. Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver? Pour répondre à cette question, il faut tenir compte de deux facteurs : L'inclinaison des rayons du soleil La durée du jour plus importante en été qu'en hiver. Dans l'inconscient collectif, il fait plus chaud en été qu'en hiver, car la Terre est plus proche du soleil en été. C'est évidemment faux et nous avons montré l'inverse. 23

24 La Terre tourne autour du Soleil La hauteur du Soleil En hiver, le Soleil ne monte qu'à 20 au-dessus de l'horizon. Il éclaire en lumière rasante et chauffe beaucoup moins le sol qu'en été où il monte à 66 (angles donnés pour une latitude moyenne en France de 47 ). La quantité d'énergie lumineuse reçue sur chaque m² de sol est donc plus importante en été qu'en hiver. Éclairement d'une surface à différentes dates Au solstice d'été (au centre), un même faisceau de lumière doit chauffer une surface au sol beaucoup plus petite qu'au solstice d'hiver (à droite). Il chauffe donc davantage au solstice d'été qu'au solstice d'hiver. La variation de la hauteur du Soleil est le principal facteur responsable des différences de température entre l'hiver et l'été. La durée du jour Le deuxième facteur est la durée de la journée. Au solstice d'été, le Soleil nous éclaire pendant environ 16 heures contre seulement 8 heures au solstice d'hiver. Il nous chauffe donc plus longtemps au printemps et en été qu'en automne et en hiver. Le mouvement apparent du Soleil au cours des saisons 4. : Ce que j'ai retenu... Question [Solution p 40] A quoi est dû le phénomène des saisons? (Produire une explication en considérant le mouvement relatif de la Terre par rapport au Soleil.) A quoi correspondent les termes «solstice» et «équinoxe»? Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver? (Produire une explication en considérant les caractéristiques du rayonnement solaire.) 24

25 La Lune tourne autour de la Terre La Lune tourne autour de la Terre I Quelques informations sur notre satellite 26 Les phases de la lune 27 Les éclipses 28 Les marées 31 : Ce que j'ai retenu : Ce que j'ai retenu : Ce que j'ai retenu Cette partie traite du mouvement de la Lune autour de la Terre, et de ses conséquences. A savoir : Découvrir quelques notions sur notre satellite Comprendre les phases de la lune Expliquer le phénomène des éclipses Connaître le phénomène des marées. 25

26 La Lune tourne autour de la Terre 1. Quelques informations sur notre satellite La Lune, avec un L majuscule pour les astronomes, est l' unique satellite naturel de la Terre. La distance entre la Lune et la Terre est d'environ km Face visible de la lune - Source Wikipédia La lune présente toujours la même face à un observateur terrestre. La Lune fait une révolution complète (trajectoire circulaire) autour de la Terre et dans le même temps, elle effectue une rotation complète autour de son propre axe. Les deux périodes correspondantes sont égales : c'est 27,32 jours. Autrement dit, la Lune met 27,32 jours pour faire un tour sur elle-même et également 27,32 jours pour effectuer un tour autour de la Terre. C'est pourquoi un observateur verra toujours la même face lunaire et que l'autre lui est cachée. Face cachée de la lune - Source Wikipédia 26

27 La Lune tourne autour de la Terre 2. Les phases de la lune Pourquoi la lune change t-elle d'aspect? La Lune rec oit la lumie re du Soleil. Une moitie de sa surface est e claire e, l'autre est dans l'ombre. La partie eclairee prend differentes formes selon la position depuis laquelle on l'observe ce sont ces formes qu'on appelle les phases. Voir la video : ou scanner le code ci-dessous : : La position de la Lune par rapport au Soleil Les phases de la Lune dépendent des positions relatives du Soleil, de la Lune et de la Terre : la Lune est pleine (elle apparaît alors comme un disque) quand le Soleil et la Lune sont chacun de part et d'autre de la Terre et devient invisible (nouvelle Lune) quand ils sont chacun alignés du même côté de la Terre. Pendant que la Lune orbite autour de la Terre, elle décroît et la surface illuminée par le Soleil diminue. Cela continue jusqu'à ce que la Lune disparaisse totalement lors de la nouvelle Lune, lorsqu'elle est située entre la Terre et le Soleil et donc que la moitié illuminée ne peut être vue à partir de la Terre. Un cycle complet s'appelle lunaison. Le Système Terre Lune La durée moyenne entre deux pleines lunes est de 29 jours 12 heures 44 minutes et 2,9 secondes soit environ 29,5 jours. 27

28 La Lune tourne autour de la Terre Le nom des phases lunaires Noms des phases de la Lune Les différentes phases de la Lune ont des noms différents : La nouvelle lune (1) : elle se situe en conjonction avec le Soleil et sa face visible n'est pas éclairée ; elle n'apparaît pas dans le ciel de nuit mais seulement en journée. Alors que la Lune est croissante, c'est-à-dire que la proportion de sa surface illuminée visible depuis la Terre augmente, les phases sont : le premier croissant (2), qui correspond à sa réapparition dans le ciel nocturne (la lettre 'p' minuscule, comme «premier», dans l'hémisphère nord) : la lune n'est facilement visible qu'au tout début de la nuit avant son coucher à l'ouest, peu après celui du Soleil ; le premier quartier (3) : la Lune est en quadrature avec le Soleil (et forme un 'D' majuscule rempli dans l'hémisphère nord) ; elle s'observe facilement assez haut dans le ciel vers la fin de l'après-midi, on l'observe le mieux à son zénith lors du coucher du soleil, et encore très facilement pendant toute la première moitié de la nuit, jusqu'à son coucher à l'ouest vers minuit ; la lune gibbeuse croissante (4). À cette période, la Lune est au 3/4 pleine et arrondie comme par une bosse. La pleine lune (5) : La Lune est maintenant en opposition avec le Soleil et sa face visible est entièrement éclairée par lui. Si on observe bien on peut observer les mers (ce sont les taches sombres qui sont en fait des restes de lave qui se sont écoulées sur la Lune). Alors que la Lune est décroissante, c'est-à-dire que la proportion de sa surface illuminée visible depuis la Terre diminue, les phases s'inversent : la lune gibbeuse décroissante (6) ; le dernier quartier (7) : la Lune est en quadrature avec le Soleil (et forme un 'D' inversé majuscule rempli dans l'hémisphère nord) ; le dernier croissant (8), qui correspond à sa disparition dans le ciel nocturne (la lettre 'd' minuscule, comme «dernier» ou «décroissant», dans l'hémisphère nord). 3. Les éclipses Lorsque la Lune, la Terre et le Soleil sont alignés, on observe une éclipse. Il y a lieu de distinguer les éclipses solaires et les éclipses lunaires. 28

29 La Lune tourne autour de la Terre L'éclipse de Soleil Il y a éclipse de Soleil quand le disque lunaire est interposé entre le Soleil et la Terre (on parlera en fait d'occultation du Soleil par la Lune). Eclipse solaire C'est à la Nouvelle Lune (NL) que peut se produire une éclipse solaire, lorsque la lune, pratiquement invisible, s'intercale temporairement entre le Soleil et la Terre. Cette éclipse solaire, peu fréquente, sera totale si cette traversée a lieu autour de midi lorsque le plan de rotation de la Lune autour de la Terre est très proche du plan de l'écliptique. Le plus souvent l'éclipse n'est que partielle et difficilement observable sans instrument, la lune ne couvrant pas une surface suffisante du disque solaire. Cependant, selon la période de l'année où elle a lieu, elle peut être annulaire quand la Terre est plus proche du Soleil (autour des équinoxes de printemps et d'automne) et que le disque solaire vu de la Terre est alors légèrement plus grand. Dans tous les cas, l'observation à l'œil nu de toute éclipse solaire (même totale) est dangereuse pour l'œil. Photo de l'éclipse totale de Source Wikipédia 29

30 La Lune tourne autour de la Terre L'éclipse de Lune Il y a éclipse de Lune quand la Terre est interposée entre le Soleil et la Lune. Si la Lune est tout entière dans le cône d'ombre de la Terre, il y a éclipse totale*, la Lune est invisible. Si la Lune n'est plongée qu'en partie dans le cône d'ombre, une partie de la Lune reste éclairée et il y a éclipse partielle. Une éclipse de lune n'est possible qu'en pleine Lune. Éclipse lunaire C'est à la Pleine Lune (PL) que peut se produire une éclipse lunaire, lorsque la lune, normalement entièrement visible de nuit, traverse l'ombre de la Terre et semble y disparaître. Cette éclipse, assez fréquente, sera totale si cette traversée a lieu lorsque le plan de rotation de la Lune autour de la Terre est assez proche du plan de l'écliptique, et est observée autour de minuit (cette traversée de la Lune dans l'ombre de la Terre n'aura pas lieu partout à minuit sur Terre et la différence d'angle de vision de la Lune suffira pour qu'on en distingue encore un arc éclairé). L'observation à l'œil nu d'une éclipse lunaire n'est pas dangereuse pour l'œil car on ne perçoit que la lumière réfléchie par la surface de la Lune et pas directement le rayonnement solaire. Cependant, selon la période de l'année où elle a lieu, elle peut être annulaire quand la Terre est plus éloignée du Soleil (autour des solstices d'été ou d'hiver) et que le cône d'ombre de la Terre est alors légèrement moins grand et ne suffit pas à assombrir toute la surface, d'autant plus qu'une partie des rayons solaires autour en bordure du cône d'ombre a subi la réfraction par l'atmosphère terrestre, ce qui alors ne fait qu'assombrir une partie du disque lunaire en le colorant légèrement. Autour des équinoxes de printemps ou d'automne, lorsque la Terre (et la Lune) sont un peu plus proches du Soleil, la Terre ne suffit pas à masquer une partie suffisante du disque solaire pour que cela provoque une ombre notable à la surface de la Lune. 30

31 La Lune tourne autour de la Terre Éclipse de Lune Voir la video : ou scanner le code ci-dessous : 4. Les marées La marée est le mouvement montant puis descendant des eaux des mers et des océans, causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. 31

32 La Lune tourne autour de la Terre Le mécanisme des marées Lorsque la Terre et ces deux astres sont sensiblement dans le même axe, c'est-à-dire lors de la pleine lune et de la nouvelle lune, ceux-ci agissent de concert et les marées sont de plus grande amplitude (vives eaux) ; au contraire, lors du premier et du dernier quartiers, l'amplitude est plus faible (mortes eaux). 32

33 La Lune tourne autour de la Terre Marée sur l'île de Ré Voir la vidéo : ou scanner le code ci-dessous : 5. : Ce que j'ai retenu... Question [Solution p 41] Définir ce qu'est une phase lunaire. Qu'est-ce que la lunaison? Pourquoi la Lune dans le ciel change-t-elle d'aspect au fil des jours? Nommez la phase lunaire ci-contre. A quel moment de la journée peut-on l'observer? Qui suis-je? 6. : Ce que j'ai retenu... Question Donner la raison pour laquelle on voit de la Terre toujours la même face de la Lune. Est-ce vrai en tous points de la terre? [Solution p 41] 33

34 La Lune tourne autour de la Terre 7. : Ce que j'ai retenu... Question [Solution p 41] Comment sont disposés dans l'espace le Soleil, la Terre et la Lune lors d'une éclipse de Lune? Quelle est alors la phase lunaire? 34

35 Le système solaire et l'univers Le système solaire et l'univers I Le système solaire 36 L'Univers 38 : Ce que j'ai retenu : Ce que j'ai retenu Cette partie complète le cours avec des informations sur le système solaire et l'univers. Un document intéressant : Fiche connaissance n 21 - Programme de

36 Le système solaire et l'univers 1. Le système solaire 36

37 Le système solaire et l'univers La Terre est l'une des 8 plane tes du syste me solaire. Chaque planète effectue un mouvement de révolution autour du Soleil, sur une trajectoire quasi circulaire. Système solaire - Source Wikipédia Mercure Venus Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Période de 59j rotation 243j 23h56 24h37 9h50 10h14 17h13 17h48 Rayon 0,387 moyen de l'orbite (U.A.) 0, ,52 5,2 9,54 19,2 30,1 Période de 88j révolution 225j 365,25j 1,88a 11,9a 29,5a 84a 165a Rayon (km) Terre Les 4 premières planètes (Mercure, Vénus, Terre et Mars) sont des planètes telluriques. Elles sont plus petites que les 4 suivantes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) qui sont des planètes géantes gazeuses. Chaque planète effectue un mouvement de rotation en plus du mouvement de révolution. Dans le tableau ci-dessus, le rayon moyen de l'orbite est la distance au Soleil. Il est exprimé en Unité Astronomique (U.A.). L'unité astronomique correspond à la distance Terre Soleil : 1 U.A. = km Voir la vidéo suivante : ou scanner le code ci-dessous : 37

38 Le système solaire et l'univers Remarque Pluton n'est plus considérée comme une planète. Trop petite, elle ne correspond plus aux critères définis par l'uai (Union Astronomique Internationale) Pluton - Source Wikipédia Plus d'informations sur les différentes planètes du système solaire 2. L'Univers Les étoiles Les e toiles, dont le Soleil est un exemple, sont des astres qui e mettent leur propre lumie re du fait de leur tempe rature tre s e leve e (en surface, celle du Soleil est de C). D'un point de vue eńerge tique, on dira qu'une e toile posse de de l'eńergie nucleáire. Les e toiles (excepte le Soleil) sont toutes tre s e loigne es de notre syste me solaire. La plus proche (Proxima du Centaure) se situe a environ 4 A.L. du Soleil. Toutes les e toiles que nous voyons depuis la Terre au cours d'une nuit de gage e se trouvent a des distances qui vont d'une dizaine d'a.l. a plusieurs centaines. A l'e chelle de quelques mille naires, ces e toiles sont fixes les unes par rapport aux autres (ce qui n'est pas vrai a l'ećhelle du million d'anneés). Au cours de la nuit, les e toiles se de placent d'un mouvement d'ensemble du a la rotation de la Terre sur elle-me me. Seule l'e toile Polaire reste a peu pre s immobile, car elle est situe e presque exactement dans le prolongement de l'axe de rotation de la Terre. C'est pour cette raison qu'elle indique le Nord. L'étoile polaire dans l'axe de rotation de la Terre 38

39 Le système solaire et l'univers Les galaxies Dans l'immensite de l'univers, les e toiles ne sont pas re parties uniforme ment. Elles se regroupent par centaines de milliards dans certaines re gions de l'espace. Ces regroupements forment les galaxies. La galaxie a laquelle appartient le Soleil est appele e la Voie lacte e. Elle comporte 200 milliards d'e toiles. Il y a des milliards de galaxies connues dans l'univers. Les deux plus proches de la no tre sont les nuages de Magellan (visibles a l'œil nu depuis l'he misphe re sud) et la galaxie d'androme de (visible a l'œil nu depuis l'he misphe re nord, pour qui connai t la ciel...) situeé a 2,2 millions d'a.l. Il n'y a pas d'astres entre les galaxies. Notre Galaxie : La Voie Lactée Voir la vidéo : 3. : Ce que j'ai retenu... Question Quels sont les principaux corps composant le système solaire? Quelle est la différence entre une étoile et une planète? Qu'appelle t'on étoile du berger? Comment expliquer que certaines étoiles nous apparaissent plus lumineuses que d'autres? 4. : Ce que j'ai retenu... Question Notre système solaire comporte combien de planètes? Les citer dans l'ordre, et préciser leur nature. [Solution p 41] [Solution p 41] 39

40 Ressources annexes Solutions des exercices > Solution n 1 p La Terre met une année soit jours ou 365 jours et 6 heures. Ça dépend du référentiel : Par rapport au soleil elle le fait en secondes (24h). Par rapport aux étoiles elle le fait en secondes (23h56m04s) Dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (vu du pole nord) soit d'ouest en est. C'est le "sens direct" > Solution n 2 p Non, L'axe de rotation de la Terre est incliné par rapport au «point le plus haut» Non, à cause de la révolution de la Terre autour du Soleil. Certaines constellations sont visibles toute l'année (constellations circumpolaires). Les constellations dans le plan de l'écliptique sont visibles à certaines dates. > Solution n 3 p. 13 Les méridiens et les parallèles sont des lignes virtuelles tracées à la surface de la sphère terrestre afin de se repérer sur celle-ci. Les méridiens sont des demi-cercles reliant un pôle à l'autre. Ils ont tous la même mesure. Les parallèles sont des cercles de tailles différentes, situés dans des plans parallèles au plan équatorial et donc perpendiculaires à l'axe des pôles. Le plus grand cercle, l'équateur, se trouve à égale distance des pôles. > Solution n 4 p. 20 C'est lorsque les faisceaux lumineux du soleil n'atteignent pas un point donné : la Terre est dans son ombre propre. La durée de la nuit varie à cause de l'inclinaison de l'axe de la Terre et sa révolution autour du Soleil. > Solution n 5 p. 20 Chaque jour, le Soleil apparaît vers l'est monte dans le ciel jusqu'à son point culminant qui correspond au passage du méridien local (Sud), puis redescend et disparaît vers l'ouest. L'origine de ce mouvement apparent est la rotation de la Terre sur elle-même. p

41 Solutions des exercices > Solution n Durant une année, la Terre effectue un tour complet autour du Soleil en suivant une trajectoire plane et quasi circulaire. Durant ce déplacement, l'axe des pôles de la Terre garde une orientation constante, mais sa direction n'est pas orthogonale au plan de l'écliptique. L'axe fait avec la perpendiculaire à l'écliptique un angle de 24. C'est cette inclinaison qui est à l'origine des saisons. Solstice : dates de l'année où le jour est le plus long (solstice d'été) ou le plus court (solstice d'hiver). Equinoxe : dates de l'année où la durée du jour est égale à la durée de la nuit. Une même quantité d'énergie est apportée par un même faisceau de rayonnement solaire, elle se repartie sur une surface plus petite en été qu'en hiver. Il en résulte un échauffement plus important en été qu'en hiver. De plus, durant l'été, la journée étant plus longue, les rayons solaires chauffent plus longtemps. > Solution n 7 p En astronomie, une phase lunaire désigne une portion de Lune illuminée par le Soleil et vue à partir de la Terre. La lunaison est la période écoulée entre deux phases lunaires identiques. Celle-ci a une durée de 29,5 jours. L'explication de ce phénomène réside dans le mouvement de révolution de la Lune autour de la Terre, l'ensemble étant éclairé par le Soleil situé très loin. L'angle sous lequel nous voyons la partie éclairée de la Lune change au cours de son mouvement, ce qui fait évoluer son aspect dans le ciel. Sur l'image, on aperçoit un premier croissant. Il est observable en fin de journée. > Solution n 8 p. 33 Il y a synchronisation entre la période de révolution autour de la Terre et sa période de rotation elle nous montre donc toujours la même surface. C'est vrai en tout point de la Terre. > Solution n 9 p Les éclipses de Lune et de Soleil sont des phénomènes qui se produisent lorsque la Terre ou la Lune sont touchées par le cône d'ombre formé par l'autre astre. Il faut, pour cela, que les 3 astres soient parfaitement alignés. Lors de l'éclipse de Lune, la Terre est entra le Soleil et la Lune, cette dernière se trouve dans la zone d'ombre portée de la Terre (pleine lune). > Solution n 10 p Notre système solaire se compose d'une étoile, le Soleil, et des différents astres qui tournent autour de cette étoile : huit (ou neuf!) planètes, les comètes et une multitude de corps rocheux (Lune et autres satellites des planètes). Les étoiles sont des soleils, des astres chauds qui produisent la lumière qu'ils émettent. Les planètes sont des astres froids qui tournent autour d'un soleil et qui sont éclairés par celui-ci. C'est un astre que l'on voit que le soir ou le matin. Ce n'est pas une étoile mais la planète Vénus Deux facteurs influent sur la luminosité apparente d'une étoile : l'intensité de son rayonnement intrinsèque et son éloignement. p

42 Solutions des exercices > Solution n 11 Mercure, Venus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune. Les 4 premières sont des planètes telluriques, les 4 dernières sont des géantes gazeuses 42

43 Solutions des quiz Solutions des quiz > Solution n 1 p. 4 C'est faux! L'étoile du berger est la planète Vénus. En rotation autour du Soleil, sa position n'est pas "fixe" par rapport à la Terre. Sur Terre, actuellement, la direction du nord est indiquée par l Étoile Polaire C'est faux. Cela n'est vrai que deux jours par an, aux équinoxes. C'est faux. Les jours s'allongent à partir du 21 Décembre, début de l'hiver. C'est faux. La Terre est au plus proche du Soleil le 3 janvier. La distance alors d'environ 147,5 millions de km, contre une distance moyenne de 150 millions de km. 43

44 Solutions des quiz En toute rigueur, la Lune et le Soleil sont responsables des marées C'est faux! L'aspect de la Lune s'explique par l'angle sous lequel on voit la partie éclairée de la Lune. Trop petite! Les astrophysiciens de l'uia l'ont déclassé de son titre de planète. C'est faux! Notre système solaire se situe dans un des bras en spirale de la Voie lactée. C'est vrai! Mais on a encore un peu de temps... les pires prévisions prévoient la disparition de notre système solaire dans 4 milliards d'années! 44