ch1ch2 - idlimam ali
publicité
Supports pédagogiques Module d’Astrophysique Master Spécialisé d’Enseignement en Sciences Physiques et Chimiques Ali Idlimam, PH 1 Astrophysique Structure de l’univers L’univers est l’ensemble de tout ce qui existe, régit par un certain nombre de lois. Il est peuplé d’innombrables galaxies en pleine extension 2 Astrophysique Voie lactée et le système solaire 3 Astrophysique Le Petit Nuage de Magellan (à gauche) en compagnie du Grand Nuage de Magellan. 4 Astrophysique Classification des galaxies selon HUBBLE (structure en diapason) 5 Différents types de galaxies Nature, forme, diamètre des galaxies existantes 6 Différents types de galaxies 7 Système solaire C’est l’ensemble des corps en orbite autours du soleil, il est constitué de plusieurs types d’objets, comme des planètes, des satellites ou des corps plus petits tel que les astéroïdes et les comètes 8 Système solaire 9 Planètes telluriques ■ Mercure Vénus La Terre Mars Elles sont petites, ( R terrestre = 6378 km.) et denses ( densité > 3,8) ces planètes ont toutes une croûte à la surface et contiennent des roches. Elles n’ont pas d’anneaux. 10 Planètes géantes ou joviennes ■ Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Ce sont d’immenses boules de gaz dont la densité augmente de l’extérieur vers l’intérieur et pour lesquelles on ne distingue pas de transition nette entre l’atmosphère et la planète proprement dite. 11 Astronautique Master Spécialisé d’Enseignement en Sciences Physiques et Chimiques Ali Idlimam, PH 12 Pourquoi un satellite tourne-t-il autour de la Terre ? La Terre attire vers son centre tous les corps : c’est la force de gravitation Si on lance une pomme, elle retombe car elle est attirée vers le bas Plus on lance vite, plus la pomme va loin ! 13 Pourquoi les satellites ne tombent- ils pas ? ■Gravitation : Lorsqu’on saute en l’air, on est ramené au sol par une force qui nous attire comme un aimant vers le centre de la terre. C’est la gravité. Le satellite subit la même loi pour empêcher qu'il ne retombe il faut donc … ■Vitesse : … lui donner une vitesse suffisante pour s’opposer à l’attraction terrestre. Il est alors en orbite Kubik-Lebegue-Tello - 2010 Imaginons que le satellite soit une grosse pomme : on doit le lancer très vite pour qu’il ne retombe pas ! La fusée permet de lancer le satellite à grande vitesse, à la bonne altitude 15 Kubik-Lebegue-Tello - 2010 Pourquoi un satellite ne retombe-t-il pas ? Parce que la fusée lui donne la bonne vitesse ! Vitesse trop grande Vitesse trop petite orbite : courbe décrite par un satellite autour de sa planète Bonne vitesse 16 Les satellites volent à diverses altitudes et différentes orbites Satellite météo à 36000 km LEO: orbite basse (Low Earth Orbit) Satellite imageur : Pléiades 1A et B à 694 km Satellite Galileo: à 20000 km Sonde interplanétaire : Cassini MEO : orbite moyenne (Medium Earth Orbit) SSO : Orbite héliosynchrone (Sun Synchronous Orbit) GEO : Orbite géostationnaire Geosynchronous Earth Orbit GTO : orbite de transfert geostatonnaire (Geosynchronous Transfert Orbit) 17 Pour en savoir plus ■ Une orbite géostationnaire (GEO=géosynchrone) est une orbite pour laquelle le satellite est toujours dans la même position par rapport à la Terre en rotation. Le satellite est positionné à une altitude de 35 786 km km dans le plan de l’équateur terrestre pour que la période de l'orbite (temps écoulé pour parcourir une orbite) soit égale à la période de rotation de la Terre (23 hrs, 56 mins, 4.09 secs). Il tourne donc à la même vitesse et dans la même direction que la Terre. Il apparaît ainsi stationnaire au dessus d’un point du globe placé sur l’équateur ( il est synchrone par rapport à la rotation de la Terre). Source : Mappemonde 71/1 ; Y. Plazot, I.Sourbès Pour en savoir plus ■ Les satellites à orbites basses tournent autour de la Terre à une altitude beaucoup plus basse (entre 600 et 1000km); Une orbite particulière est l’orbite quasi polaire avec une inclinaison proche des pôles (angle entre le plan équatorial et le plan de l'orbite du satellite). Les satellites placés sur cette orbite ont une caractéristique intéressante : ils sont héliosynchrones (Sun Sunchronous Orbit ) et passent à une latitude donnée toujours à la même heure. Pour un tel satellite, la direction de l'éclairement solaire fait un angle constant avec le plan orbital. L'éclairement du sol en dessous du satellite ne dépend ainsi que de la latitude et des saisons. De nombreux satellites d’observation de la Terre sont à la fois sur orbite basse (LEO) et héliosynchrones (SSO) tels les 2 Pléiades. Ci-contre : la Terre décrit une orbite quasicirculaire autour du Soleil. En un mois, l'angle α vaut environ 30 ° (le douzième de 365°). Si le plan orbital tourne d'un même angle α pendant cette durée, l'angle δ entre le plan orbital et la direction Soleil-Terre demeure constant ; il y a héliosynchronisme. Pour en savoir plus : http://eduscol.education.fr/orbito/orb/orbito/orbit131.htm ■ Quelques précisions : http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/420-un-panorama-exceptionnel.php Pour en savoir plus : ■ CNES Mag Education Télécharger Cnes Educ n° 17 (pdf, 1.04 M) http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/10688-em-orbite-itineraire-fleche-pour-les-satellites.php ■ Site Orbitographie du Ministère de l’éducation nationale http://eduscol.education.fr/orbito/ Séquences suivante : qu’est-ce qu’un satellite 3 21 Vitesse de libération GM v1 R 2GM v2 2 v1 R GM GM GM v3 2 2 d R d 22 Orbite GEO 23 On propose trois trajectoires hypothétiques de satellite en mouvement circulaire uniforme autour de la Terre • Montrer que, seule, l’une de ces trajectoires est incompatible avec les lois de la mécanique. • Quelle est la seule trajectoire qui peut correspondre au satellite géostationnaire? Justifier la réponse 24 Vitesses à l’aphélie et au périhélie 2 a 1 e 2 vP T 1 e 2 a 1 e 2 vA T 1 e 25 Couverture et portée d’un satellite géostationnaire R AA ' R 2 2 R arccos R h BB ' 2 h 2 Rh 2 26 Orbite de transfert de Hohmann (HTO) Walter Hohmann (1880-1945) était un ingénieur allemand qui s'est intéressé pendant son temps libre à l'astronautique, dont il a été l'un des pionniers. Son ouvrage de 1925, L'atteignabilité des corps célestes, a fait date car il y présentait le concept d'orbite de transfert 27 Orbite de transfert de Hohmann (HTO) L'orbite de transfert, encore appelée orbite de Hohmann, est la plus simple orbite utilisée en astronautique pour transférer des satellites ou des sondes d'une orbite à une autre 28 L’ellipse 29 L’ellipse x2 y 2 2 1 2 a b avec a > b > 0. La distance du centre de l'ellipse à l'un des foyers vaut 30 L’ellipse 31 Application La terre décrit autour du soleil une ellipse d’excentricité e et de paramètre p dont le soleil occupe un des foyers. Exprimer la distance maximale terre soleil (apogée) et la distance minimale (périgée) 32 Equation polaire d’une ellipse 33
