Les trajectoires des astres
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L'Univers Le système solaire Activité Expérimentale 6) La relativité du mouvement Les trajectoires des astres Objectifs : Comprendre que la nature du mouvement observé dépend du référentiel choisi. Mettre en œuvre une démarche d’expérimentation utilisant des techniques d’enregistrement pour comprendre la nature des mouvements observés dans le système solaire. Analyser des documents scientifiques portant sur l’observation du système solaire. Le nom d' astre s'applique à tout corps céleste. Pour l'astronome de l'Antiquité, il désignait l'une des quelques milliers d'étoiles suffisamment brillantes pour être visibles à l'œil nu ou l'une des sept planètes (du grec [asteres], astres errants), dites aussi « promeneuses du ciel », alors connues : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne ; la Lune, « Astre de la Nuit », et le Soleil, « Astre du Jour », étaient également considérés comme des planètes. Il faut y ajouter les fugitives et irrégulières comètes, « astres chevelus » dont la nature restait mystérieuse. A) Galilée et les satellites de Jupiter. Dès le début du XVIIe siècle, le savant italien Galilée (Doc.1) est convaincu par le modèle héliocentrique du monde (le soleil est au centre et les planètes lui tournent autour). Il s’oppose ainsi au modèle d’Aristote. En 1610, Galilée découvre Io, Europe, Ganymède et Callisto, quatre satellites de Jupiter qu’il observe à l’aide de sa lunette astronomique. Il relate ainsi ses observations dans un ouvrage le messager des étoiles , dans lequel il dessine avec précision ce qu’il voit. Sur les schémas ci-dessous, "ori. " désigne la direction Est, "occ. " la direction Ouest. Jupiter est représenté par un cercle. Doc. 1 Galilée (1564-1642) « Le 7 Janvier de cette année 1610, à la première heure de la nuit, alors que j'observais les étoiles à la lunette, Jupiter se présenta, et comme je disposais d'un instrument tout à fait excellent je reconnus que trois petites étoiles étaient près de la planète. Je pensais que c'étaient des étoiles fixes mais quelque chose m'étonnait : elles semblaient disposées en ligne droite et étaient plus brillantes que le reste des étoiles. Voici quelle était leur position par rapport à Jupiter : Je ne me préoccupais pas d'abord de leurs distances entre elles et Jupiter car, comme je l'ai dit, je les avais prises pour des étoiles fixes. Mais quand, le 8 Janvier, guidé par je ne sais quel destin, je regardais du même coté du ciel, je trouvais une disposition très différente. Les trois petites étoiles étaient en effet toutes à l'ouest de Jupiter et elles étaient plus proches entre elles que la nuit précédente, comme le montre le dessin suivant : » Les jours suivants, Galilée continue à observer cette région du ciel. Il comprend alors que les "étoiles " sont en réalité de petits astres tournant autour de Jupiter comme la Lune tourne autour de la Terre. Le 13 Janvier, pour la première fois, il aperçoit quatre "petites étoiles "... 1. Présentation de la découverte de Galilée • cf. vidéo curiosité scientifique : Galilée ou la fin du géocentrisme Curiosité Scientifique : Galilée ou la fin du géocentrisme http://education.francetv.fr/matiere/physique-chimie/seconde/video/galilee-ou-la-fin-du-geocentrisme L'Univers Le système solaire Activité Expérimentale 6) La relativité du mouvement 2. Protocole expérimental • Ouvrir le logiciel Stellarium • Choisir le lieu Padova en Italie (ville de Padoue) • Choisir la date du 7 Janvier 1610 à la première heure de la nuit (19h00) • Arrêter le défilement du temps (Pause). Rechercher Jupiter et centrer l’observation sur cet astre. Avec la molette de la souris, zoomer pour voir distinctement les satellites de Jupiter. Remarque : Pour plus de clarté, supprimer l’affichage de l’atmosphère et du sol. 3. Questions ► Faire défiler les jours suivants, à la même heure, et réaliser les croquis comme a dû les faire Galilée le 13 et le 15 Janvier 1610. Indiquer le nom des satellites. ► Pourquoi n’a-t-il représenté que trois satellites sur les schémas ci-dessus du 7 et 8 Janvier ? ► Décrire la trajectoire des satellites vus de la Terre. Si besoin, accélérer le temps… Pour comprendre ces observations, il faut se placer dans le référentiel lié au centre de Jupiter (choisir Observation du système solaire) dans la fenêtre de positionnement. ► Décrire la trajectoire des satellites dans le référentiel jupitérien. B) Copernic et l'héliocentrisme C’est l’astronome polonais Nicolas Copernic (Doc.2) qui est l’auteur de cette célèbre théorie selon laquelle le Soleil se trouve au centre de l’Univers (héliocentrisme) et que la Terre, qu’on croyait auparavant centrale, tourne autour de lui, comme les autres planètes. Les planètes se déplacent par rapport à la "voûte céleste " formées par les étoiles (c’est de ces observations que vient le mot "planète " qui veut dire "corps céleste errant "). Ainsi, les étoiles, considérées comme fixes les unes par rapport aux autres, sont regroupées en constellation Doc. 2 Nicolas Copernic (1473-1543) et les planètes passent d’une constellation à l’autre. Le mouvement de la planète Mars est particulièrement étrange : La plupart du temps, son mouvement se fait dans une seule direction, comme la Lune, le Soleil… Cependant, tous les deux ans environ, Mars a un mouvement très particulier… A l’aide de Stellarium, observons ce mouvement depuis Rome où Copernic est présent en 1499 (on imagine qu’il y observe Mars). 1. Protocole expérimental • Paramétrer le logiciel pour qu’il affiche les lignes et les noms des constellations. • Supprimer l’atmosphère, le sol et la brume. • Arrêter le défilement du temps et se placer à Rome (Italy) le 1/5/1499. • Rechercher et centrer la planète Mars. • Observer son mouvement, jour après jour, toujours à la même heure. 2. Interprétation Pour expliquer ce mouvement particulier de Mars, plaçons-nous dans le référentiel héliocentrique (Doc.4). Ainsi, la Terre, plus proche du Soleil que Mars, parcourt son orbite plus rapidement et tous les deux ans environ elle dépasse Mars. ► Décrire la trajectoire de Mars dans le référentiel héliocentrique. Curiosité Scientifique : Galilée ou la fin du géocentrisme http://education.francetv.fr/matiere/physique-chimie/seconde/video/galilee-ou-la-fin-du-geocentrisme L'Univers Le système solaire Activité Expérimentale 6) La relativité du mouvement A présent, replaçons-nous dans le référentiel géocentrique : Les axes représentés sont dirigés vers des étoiles lointaines considérées fixes par rapport au Soleil. Les deux repères tracés sont le repère géocentrique et le repère héliocentrique. • Prendre un papier calque et placer en son milieu un repère géocentrique. • Utiliser le Doc. 3 ci-dessous et le calque pour retrouver le mouvement de Mars observé depuis la Terre. ► Expliquer la démarche suivie et tracer la courbe obtenue. ► Décrire la trajectoire de Mars dans le référentiel géocentrique. ► Cette trajectoire est appelée rétrogradation. Pourquoi utiliser ce mot ? Doc. 3 Chronophotographie de la Terre et de Mars dans le référentiel héliocentrique. Rédiger une conclusion sur les trajectoires des astres. Curiosité Scientifique : Galilée ou la fin du géocentrisme http://education.francetv.fr/matiere/physique-chimie/seconde/video/galilee-ou-la-fin-du-geocentrisme
