Classe de seconde T.P 12 Galilée et les satellites de Jupiter 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) ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… 1 Satellites Galiléens Classe de seconde 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 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. Callisto 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 ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………….………… 1 Echanson : officier chargé de servir à boire à un personnage de haut rang. 2 Satellites Galiléens Classe de seconde II. Satellites de Jupiter 2.1. Données astronomiques ▪ Compléter les deux premières lignes du tableau ci-dessous : Satellites Rayon de l’orbite (km) Période de révolution (en jours) Période rotation (en jours) Rayon de l’orbite de représentation (cm) Déplacement en un jour (en °) Position le 7 janvier à 19 h00 (en °) Io Europe Ganymède Callisto 421 800 671 100 1 070 400 1 882 700 9,4 300 325 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 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) ▪ 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) ? ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… 3 Satellites Galiléens Classe de seconde ▪ 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. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………..……………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ANNEXE : Camille Flammarion, Universum (gravure sur bois, 1888). 4 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. Satellites Galiléens
