COURS D ASTRONOMIE POUR CRPE TROISIÈME PARTIE. Les phases de la Lune

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1 COURS D ASTRONOMIE POUR CRPE TROISIÈME PARTIE (Site de Bonneville) Les phases de la Lune La Lune reçoit la lumière du Soleil. Une moitié de sa surface est éclairée, l autre est dans l ombre. La partie éclairée prend différentes formes selon la position depuis laquelle on l observe : ce sont ces formes qu on appelle les phases. La durée du cycle de la Lune (par exemple celle qui sépare deux nouvelles lunes successives) est appelée lunaison et vaut environ 29,5 j. La lunaison correspond approximativement à la durée de la révolution de la Lune autour de la Terre. Ce n est qu une approximation, car pendant que la Lune tourne autour de la Terre, celle-ci effectue simultanément sa révolution autour du Soleil. La compréhension fine de cette composition de mouvement n est pas utile dans le cadre de ce concours. On peut cependant retenir que la durée de la révolution de la Lune autour de la Terre (environ 27,3 j) n est pas exactement égale à la durée de la lunaison.

2 Les éclipses Éclipse de Soleil Une éclipse se Soleil se produit lorsque la Lune s intercale exactement entre la Terre et le Soleil. Une zone d ombre se forme sur la Terre, c est l ombre portée de la Lune. C est un phénomène très rare car l ombre portée de la Lune sur la Terre est très peu étendue (de l ordre de la centaine de km). Une éclipse de Soleil impose un alignement Soleil, Lune, Terre (dans cet ordre) ce qui ne peut se produire qu'au moment d'une nouvelle lune. Un observateur terrestre peut assister à deux sortes d éclipses : une éclipse totale (la Lune masque totalement le disque solaire) ou une éclipse partielle (la Lune masque partiellement le disque solaire). L interprétation est la suivante. A Soleil B Lune I L J K Terre Des rayons lumineux sont émis de tous les points de la surface solaire. Intéressons-nous à deux points particuliers : A et B. En A sont émis une infinité de rayons. Nous avons construit deux d'entre eux : AJ et AL. En B sont émis une infinité de rayons. Nous avons construit deux d'entre eux : BI et BK. Ces rayons délimitent trois zones sur Terre. Aucun rayon solaire ne parvient à l'intérieur de la zone JK. La surface terrestre correspondant (calotte sphérique) est à l'ombre. Pour cette zone, l'éclipse est totale. (Voir figure) La zône IJ et KL correspond sur Terre à une couronne sphérique. Chaque point de cette zone reçoit des rayons provenant d'une partie seulement du Soleil. C'est une zone de pénombre. L'éclipse est partielle. En dehors de ces zones, les rayons reçus proviennent de la totalité du Soleil. Il n'y a pas d'éclipse. Terre I J K L Partie éclairée Pénombre (en fait il y a un dégradé lumineux progressif) Ombre Éclipse de Lune Lors d'une telle éclipse, la Lune passe dans l'ombre de la Terre. Si la totalité de la Lune passe dans l'ombre, l'éclipse est totale ; si une partie seulement de la Lune passe dans l'ombre, l'éclipse est partielle. NB : si l on observe de l hémisphère nord, la Lune se déplace de I vers L.

3 Interprétation De I à J et de K à L sont représentés des zones de pénombre (dans ces zones ne parviennent qu une partie des rayons issus du Soleil : c est l éclipse de pénombre peu spectaculaire). De J à K se situe la zone d'ombre. Une éclipse de Lune impose un alignement Soleil, Terre, Lune (dans cet ordre) ce qui ne peut se produire qu'au moment d'une pleine lune. Le système solaire et l Univers Le système solaire La Terre est l une des 8 planètes du système solaire (voir tableau ci-après). Récemment, une définition plus scientifique du terme «planète» a abouti à exclure Pluton de la famille des planètes. Trop petite, elle fait partie des planètes naines au même titre que d autres astres récemment découverts. Attention à une idée reçue : Vénus, souvent appelée étoile du berger, n est pas une étoile mais bel et bien une planète... Chaque planète effectue une révolution autour du Soleil sur une trajectoire qui, en toute rigueur, est elliptique, mais qu il convient le plus souvent d assimiler à un cercle centré sur le Soleil. Il est utile de les connaître, et de savoir les classer selon le rayon de leur orbite. Il est également utile de savoir que les 4 premières planètes (Mercure, Vénus, Terre et Mars) sont plus petites que les 4 suivantes qu on appelle parfois planètes géantes (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune). En plus du mouvement de révolution autour du Soleil, chaque planète effectue une rotation propre sur elle-même. La durée d une rotation (respectivement d une révolution) est appelée période de rotation (respectivement de révolution). En physique, un mouvement ne se conçoit qu en indiquant le référentiel dans lequel on repère ses caractéristiques. Les données fournies ici s entendent dans un référentiel lié aux étoiles. Entre l orbite de Mars et celle de Jupiter, on trouve une région de l espace où gravitent un grand nombre d astres très petits appelés astéroïdes. C est ce qu on appelle la couronne d astéroïdes. Pluton a un satellite, Charon, qui est presque aussi gros qu elle. On parle parfois du couple Pluton- Charon. Bien au-delà de l orbite de Pluton, gravitent les comètes. Sous les perturbations engendrées par les forces de gravitation exercées par les étoiles (même lointaines), il arrive qu une comète quitte son orbite. Elle peut alors s échapper du système solaire (elle restera alors inconnue...). Elle peut aussi s approcher du Soleil, faire un passage à proximité de celui-ci, puis quitter le système solaire. Elle peut enfin s installer sur une orbite très excentrée et repasser périodiquement autour du Soleil où elle devient parfois visible depuis la Terre ( comète de Haley). Les comètes sont essentiellement constituées de matières volatiles qui s évaporent à chaque passage au voisinage du Soleil.

4 Les distances en astronomie Le kilomètre (km) n est pas toujours une unité adaptée compte tenu des distances astronomiques. On utilise : L unité astronomique (U.A.) : rayon moyen de l orbite terrestre. 1 U.A. = km L année-lumière (A.L.) : distance parcourue par la lumière en un an. Sachant que la lumière se propage à km/s, il est facile de calculer la valeur d une A.L. : distance parcourue = vitesse (en km/s) x durée (en s) = x (365,25 x 24 x 3 600) Ainsi, 1 A.L. = 9,5 x km Quelques données Pour fixer les idées... Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune Pluton (Planète naine) Rayon (en km) Période de rotation Rayon moyen de l orbite (en U.A.) Période de révolution 1000 (mal connu) 59 j 243 j 23h56 24h37 9h50 10h14 17h12 17h48 6h24 0,387 0, ,52 5,2 9,54 19,2 30,1 39,4 88 j 225 j 365,25 j 1,88 a 11,9 a 29,5 a 84 a 165 a 287 a À connaître Les valeurs en gras du tableau ci-dessus. La durée du parcours de la lumière entre la Terre et le Soleil (8 min). L ordre de grandeur du rayon du Soleil : Rs = 109 x Rt = km Le rayon de l orbite de la Lune : km Les étoiles Les étoiles, dont le Soleil est un exemple, sont des astres qui émettent leur propre lumière du fait de leur température très élevée (en surface, celle du Soleil est de C). Elles sont le siège de réactions de fusion nucléaire au cours desquelles des noyaux d hydrogène fusionnent pour former des noyaux d hélium. D un point de vue énergétique, on dira qu une étoile possède de l énergie nucléaire. Les étoiles (excepté le Soleil) sont toutes très éloignées de notre système solaire. La plus proche (Proxima du Centaure) se situe à environ 4 A.L. du Soleil. Toutes les étoiles que nous voyons depuis la Terre au cours d une nuit dégagée se trouvent à des distances qui vont d une dizaine d A.L. à plusieurs centaines. A l échelle de quelques millénaires, ces étoiles sont fixes les unes par rapport aux autres (ce qui n est pas vrai à l échelle du million d années). Au cours de la nuit, les étoiles se déplacent d un mouvement d ensemble dû à la rotation de la Terre sur elle-même. Seule l étoile Polaire reste à peu près immobile, car elle est située presque exactement dans le prolongement de l axe de rotation de la Terre. C est pour cette raison qu elle indique le Nord.

5 Attention à une idée reçue : l étoile Polaire n est pas une étoile très brillante. Les galaxies Dans l immensité de l Univers, les étoiles ne sont pas réparties uniformément. Elles se regroupent par centaines de milliards dans certaines régions de l espace. Ces regroupements forment les galaxies. La galaxie à laquelle appartient le Soleil (notre Galaxie 1 ) est appelée la Voie lactée. Elle comporte 200 milliards d étoiles réparties dans un volume ayant sensiblement la forme d une «double soucoupe» d environ A.L. de diamètre. Elle tourne sur elle-même, plus vite au centre qu à la périphérie où est le Soleil. À titre indicatif, ce dernier met environ 200 millions d années pour effectuer sa révolution autour du centre de la Galaxie. Il y a des milliards de galaxies connues dans l Univers. Les deux plus proches de la nôtre sont les nuages de Magellan (visibles à l œil nu depuis l hémisphère sud) et la galaxie d Andromède (visible à l œil nu depuis l hémisphère nord, pour qui connaît la ciel...) située à 2,2 millions d A.L. Il n y a pas d astres entre les galaxies. Représentation schématique de notre Galaxie telle qu on la verrait de l extérieur. Les parties blanches représentent les zones à forte densité d étoiles. Photo de la galaxie d Andromède. À cette distance, on ne distingue pas les étoiles individuellement. 1 - Le terme s écrit avec une majuscule lorsqu il s agit de la nôtre.

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