Histoire de l astronomie et les débuts de l astrophysique

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1 Histoire de l astronomie et les débuts de l astrophysique Astronomie moderne Immensité de l espace, Terre petite et fragile. Cette façon d envisager la Terre et sa situation dans l Univers est récente. Anciens Terre = cœur de l Univers petit et borné par la voûte céleste sur laquelle sont fixées les étoiles éternelles. Conception qui épouse la perception immédiate que nous avons de la réalité.

2 Astres errants : Soleil, Lune, Mercure, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne Les astres errants ont une influence sur les phénomènes naturels : Soleil alternance jour-nuit, saisons. Lune marées. Croyance : le mouvement des astres errants a une influence directe sur les évènements de la vie. Base de l astrologie. Observation systématique et rigoureuse de l Univers. Astronomie, science véritable av. J.C. : les Mésopotamiens attribuent des caractéristiques aux astres errants. Ex : Mars violence Saturne vieillesse, mort Position des astres errants influence la destinée des rois, l issue des guerres il devient vital de prédire leurs mouvements et leurs positions. Astrologue-Astronome.

3 Théorie du mouvement des astres. observations. Positions / constellations Angle astre-soleil Configuration astre errant - Soleil Conjonction Opposition Quadrature Élongation maximale (Mercure,Venus) Phénomènes périodiques (T). période synodique Les astres errants n ont pas tous la même T. Ils se déplacent tous dans 12 constellations (Zodiaque) en suivant un mouvement d Ouest en Est. Ils se déplacent tous avec une vitesse constante. 2 phénomènes insolites : Mouvement rétrograde. Préférence zodiacale.

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5 L Univers Géocentrique 400 av. J.C. : La Terre est sphérique Disparition de la coque puis du mat des bateaux. L ombre de la Terre est circulaire. Les étoiles varient en fonction du lieu d observation. Sphéricité de la Terre l Univers au complet est une sphère creuse centrée sur la Terre qui en est le centre. le mouvement des astres est un mouvement circulaire uniforme. Mouvement constant seulement en première approximation. Préférence zodiacale. Mouvement rétrograde. 600 av. J.C. : les Grecs délaissent la mythologie. L Univers est régi au moyen de lois et de forces naturelles.

6 La théorie géocentrique de Ptolémée Système du monde (II e siècle ap. J.C.) Théorie astronomique pendant 14 siècles!! Explique toutes les caractéristiques connues. La Terre est le centre de l Univers. Incertitude de +- 5o. La combinaison déférents - épicycles permet d expliquer le mouvement irrégulier des planètes.

7 La combinaison déférent - épicycle n explique pas tout. La Terre est décentrée (centre du déférent centre de la Terre) Préférence zodiacale. Le centre des épicycles de Mercure et Venus demeurent toujours sur la ligne Terre - Soleil. Pas de quadrature et d opposition. Pour Mars, Jupiter et Saturne, la ligne joignant le centre de l épicycle à la planète est toujours // à la ligne Terre - Soleil.

8 L Univers Héliocentrique Si la Terre n est pas fixe dans l Univers, pourquoi ne perçoit-on pas son mouvement?? Nicolas de Cuse (1450) : des passagers enfermés dans la cale d un navire voguant à vitesse constante sur une mer calme ne pourraient affirmer si le navire se déplace où s il est immobile! Nicolas Copernic (1543) : Le Soleil est plus gros que la Terre, la place centrale lui revient. L ordre des planètes est : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne. La Lune tourne autour de la Terre.

9 La théorie héliocentrique de Copernic Copernic (1550 ap. J.C.) reprend la théorie héliocentrique d Aristarque (300 av. J.C.). Les planètes tournent autour du Soleil avec une période sidérale (cf. exercice) et des vitesses fonctions de leur distance au Soleil. explication des rétrogradations et de leurs tailles relatives. Préférence zodiacale Les orbites sont des combinaisons complexes de cercles et d épicycles.

10 Les observations de Galilée Découverte des 4 plus gros satellites de Jupiter (satellites Galiléens). Découverte du cycle de phase de Vénus. Coup de grâce de la théorie géocentrique

11 Les lois de Kepler La précision des prédictions du modèle héliocentrique n est pas meilleure que celle du modèle géocentrique. Problème au niveau de la théorie ou des observations. Tycho Brahé : recueil de données sur la position des planètes avec une précision quelques minutes d arc. A partir de ces observations Kepler énonce (1609) : T 2 (années) = a 3 (UA) Aphélie Périhélie Les planètes décrivent des orbites elliptiques dont le Soleil occupe l un des foyers. Le rayon vecteur Soleil-Terre balaie des aires égales en des temps égaux. Le carré de la période sidérale T de l orbite est proportionnelle au cube de son demi-grand axe a.

12 le principe d inertie s applique directement au mouvement des planètes. Galilée énonce le principe d inertie : en l absence de frottement ou de toute autre contrainte ou force, un objet en mouvement continuera sur sa lancée pour toujours.

13 La théorie de la gravitation universelle de Newton Newton énonce sa première loi : En l absence de frottement ou de toute autre contrainte ou force, un objet continuera sur sa lancée en ligne droite et à vitesse constante. le mouvement des planètes n est pas naturel, il s agit d un mouvement forcé. Cette force doit nécessairement agir vers le centre de l orbite. le Soleil attire les planètes. F g = -G mm/r 2 Tous les objets de l Univers s attirent mutuellement avec une force inversement proportionnelle au carré de la distance.