Galilée et les lunes de Jupiter: Fiche d'exercices

Classe de seconde
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Satellites Galiléens
Galilée observe les satellites de Jupiter en janvier 1610. Il fait un compte-rendu
extrêmement détaillé de ses examens célestes dans le Siderus Nuncius :
(http://ebooks.ethbib.ethz.ch/fulltext/Rara/Rar4342_Sidereus_Nuncius.pdf)
« Le sept janvier, donc, de la présente année 1610, à la première heure de la nuit,
comme je regardais les Étoiles célestes, à travers la lunette, Jupiter se présenta ; et
comme je m’étais fabriqué un instrument tout à fait excellent, je reconnus (ce
qu’auparavant je n’avais pu réussir à cause de la faiblesse de l’autre Lunette) qu’il y
avait trois Étoiles, toutes petites il est vrai, mais pourtant très claires, situées près de
lui. Je les croyais d’abord du nombre des Fixes. Néanmoins, elles me causèrent un
certain émerveillement, du fait qu’elles semblaient disposées selon une ligne
exactement droite et parallèle à l’Écliptique, et bien qu’égales aux autres [Fixes] en
grandeur, plus resplendissantes. »
Le gain technologique d’une nouvelle lunette probablement plus puissante permet à l’astronome italien de
découvrir des satellites de Jupiter. La planète elle-même ne suscite pas véritablement son intérêt. Ce que
souhaite Galilée – comme dans tout l’ouvrage SideriusNuncius – c’est apporter des arguments observationnels
à la théorie copernicienne d’un univers héliocentrique.
I. Satellites de Jupiter
1.1. Observations de Galilée
Voici quelques extraits des positions relevées par Galilée depuis la ville de Padoue en Italie. Jupiter
est représenté par un cercle et des satellites par des étoiles.
Date
Retranscriptions des observations faites par Galilée
7 janvier 1610
13 janvier 1610
15 janvier 1610
▪ Remarque :
Ori. signifie orient donc à l'est etOcc. signifieoccident donc à l’ouest.
▪ Comment à partir de ces observations, Galilée en déduit que les petites étoiles qu’il venait d’observer
n’était pas des « étoiles » appartenant à la sphère des fixes (voir annexe) ?
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G a l i l é e e t l e s s a t e l l i t e s d e J u p i t e r
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T.P

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Satellites Galiléens
1.2. Satellites galiléens : Présentation
Satellites
Mythologie
Description
Io
Fille d'Inachos, Zeus s'éprit de
la prêtresse de son épouse
divine Héra. Celle-ci, jalouse,
épia les amants, les surprit, et
Zeus pour sauver Io la
métamorphosa en une génisse
blanche.
Il s’agit de la quatrième plus grande lune du Système solaire.
Avec plus de 400 volcans actifs, Io est l'objet le plus
géologiquement actif. Ces volcans produisent des panaches de
soufre et de dioxyde de soufre à l’origine de sa mince
atmosphère.
Io est composée de roche de silicate entourant un noyau
de fer fondu ou de pyrite.
Europe
Fille d'Agénor, roi de Phénicie,
et sœur de Cadmos; Zeus,
épris d'amour pour elle, se
changea en taureau. Europe
monta sur son dos. Mais à
peine y fut-elle assise, que le
taureau prit sa course vers la
mer, se jeta dans les flots, se
mit à nager et la transporta en
Crète.
Il s'agit de la plus petite lune galiléenne et la sixième lune la plus
proche de la planète. Par ailleurs, elle est la sixième plus grande
lune du Système. Légèrement plus petite que la Lune, Europe est
principalement constituée de roche silicatée et d'une croûte de
glace d'eau ainsi que probablement d'un noyau de fer et de nickel.
Elle possède une très mince atmosphère, composée
principalement d'oxygène. Europe possède la surface la plus lisse
de tous les objets célestes connus du Système solaire.
Ganymède
Fils de Tros, roi de Troie, frère
d'Ilus et d'Assaracus. Il fut
enlevé par les dieux, et
transporté dans l'Olympe, afin
qu'il servît d'échanson1 à Zeus
et demeurât toujours parmi les
immortels.
Il s'agit du septième satellite naturel connu de la planète et du
troisième satellite galiléen. Ganymède est le plus gros satellite
naturel de Jupiter mais également le plus gros de tout le Système
solaire. Ganymède est un corps totalement différencié avec un
noyau liquide riche en fer et un océan sous la glace de surface qui
pourrait contenir plus d'eau que tous les océans de la Terre
réunis.
Callisto
Callisto est une héroïne
d'Arcadie, fille de Lycaon,
compagne d'Artémis, la divinité
nationale des Arcadiens.
Aimée de Zeus, il la change en
ourse (constellation de la
Grande Ourse), pour la dérober
à la colère d'Héra. Artémis la
tua à la chasse.
Lune galiléenne la plus éloignée de Jupiter. Il s’agit de la
troisième plus grande lune dans le Système solaire. Elle est
composée approximativement de roche et de glace à parts
égales. Callisto pourrait posséder un océan d'eau liquide à plus
de 100 kilomètres sous la surface. Elle ait été considérée comme
le corps le plus adapté à l'installation d'une base humaine pour
l'exploration du système jovien. La lune est entourée par une
atmosphère très ténue composée notamment de dioxyde de
carbone et probablement d'oxygène moléculaire.
Crédit photographique : https://www.lpi.usra.edu/galileoAnniv/
1.3. Satellites galiléens : Simulation
A l’aide du logiciel Stellarium,
- Afficher le ciel de Padoue (Padova) en Italie en janvier 1610 à 19 h 00.
- Centrer l’observation sur Jupiter et zoomer jusqu’à voir distinctement ses satellites.
▪ Indiquer les noms des satellites observés sur les schémas de Galilée.
▪ Pourquoi Galilée n'a-t-il représenté que trois satellites sur son schéma du 7 janvier ?
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Echanson : officier chargé de servir à boire à un personnage de haut rang.

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Satellites Galiléens
II. Satellites de Jupiter
2.1. Données astronomiques
▪ Compléter les deux premières lignes du tableau ci-dessous :
Satellites
Io
Europe
Ganymède
Callisto
Rayon de l’orbite
(km)
421 800
671 100
1 070 400
1 882 700
Période de révolution
(en jours)
Période rotation
(en jours)
Rayon de l’orbite de
représentation (cm)
9,4
Déplacement en un
jour (en °)
Position le 7 janvier à
19 h00 (en °)
300
325
65
250
2.2. Construction de la maquette
- Coller au centre d’une feuille de dessin, le schéma présent sur la feuille distribuée.
ce schéma représente Jupiter au centre, la direction d’observation depuis la Terre et des rayons
tous les 10° degrés.
- Sur une feuille de papier calque, tracer un cercle de rayon rC = 9,4 cm. Repérer son centre.
Ce premier cercle représente l’orbite de Callisto. Placer sur ce cercle un point de couleur pour
repérer la position de Callisto. Tracer le rayon reliant le centre de l’orbite à la position de
Callisto.
- La dimension imposée permet de fixer l’échelle de représentation des trois autres orbites.
Compléter la quatrième ligne du tableau.
- Reproduire sur la feuille de papier calque le même protocole pour les trois autres satellites. En
changeant de couleur pour chaque satellite.
- Découper la feuille de papier calque afin d’obtenir les quatre cercles.
- Percer le centre des quatre cercles ainsi que celui de la feuille de dessin.
- Superposer les quatre cercles sur la feuille cartonnée et relier leurs centres par une attache
parisienne.
2.3. Utilisation de la maquette
▪ Que remarque-t-on entre la période de rotation et la période de révolution ? Qu’est-ce que cela
implique si ces deux périodes sont identiques (comme la Lune) ?
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Principe d’utilisation
- La feuille de dessin avec l’image de Jupiter doit rester fixe ;
- Faire tourner séparément les quatre cercles ;
- Vus de dessus, les stellites tournent dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (sens
direct en mathématiques)

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▪ Compléter l’avant-dernière ligne du tableau.
▪ En partant des postions indiquées dans le tableau pour le 7 janvier 1610 à 19 h 00, retrouver à l’aide
de la maquette l’observation du 7 janvier 1610.
▪ Sachant qu’un satellite fait un tour complet (360°) en une durée égale à sa période de révolution.
Compléter l’avant-dernière ligne du tableau.
▪ A l’aide de la maquette, prévoir la position des satellites à la même heure le 8 janvier 1610. Faire un
schéma en vous inspirant de ceux de Galilée.
▪ Galilée a réalisé ses observations depuis la Terre. Représenter, à l’aide de la maquette, ce qu’aurait
vu un observateur situé sur Jupiter en regardant dans la direction de Io le 7 janvier 1640 vers 19 h 00.
▪ En confrontant les observations depuis la Terre et depuis Jupiter à un même moment, expliquer
pourquoi il faut toujours préciser le référentiel lors de la description d’un mouvement.
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ANNEXE :
Camille Flammarion, Universum
(gravure sur bois, 1888).
Tout commence avec les Grecs, comme d’habitude. Trois
siècles avant notre ère, Aristarque de Samos avait collé le
Soleil, énorme, au centre de notre univers. La Terre, plus
petite, était ronde, tournait sur elle-même et mesurait
40 000 km de circonférence. Ce qui est rigoureusement
exact. Quant à la Lune, elle était plus petite que la Terre et
lui tournait autour.
Une image de l’univers pas très loin de la réalité, si ce n’est
que pour les Grecs, le ciel était une voûte située à une
certaine distance de nous et sur laquelle les étoiles étaient
épinglées.
Les étoiles fixes s’opposaient aux étoiles errantes, ou astres
errants, lesquels avaient un mouvement relatif apparent
par rapport aux étoiles fixes. Les sept « astres errants »
connus dès l’Antiquité, car visibles à l’œil nu, sont: le Soleil,
la Lune, ainsi que les planètes (au sens moderne du
terme) Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne.