1. MOUVEMENT APPARENT DU CIEL ÉTOILÉ. Thème : L
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Document élève 1/8 Physique – Chimie Nom : Prénom : Classe : Date : Thème : L’Univers UTILISER DES TECHNIQUES D’ENREGISTREMENT POUR COMPRENDRE LA NATURE DES MOUVEMENTS OBSERVÉS DANS LE SYSTEME SOLAIRE. Objectifs : Etudier les différents mouvements célestes et préparer quelques observations L’observation des mouvements célestes date de l’aube de l’humanité. De ces observations sont nés divers calendriers tous liés à la périodicité de certains de ces mouvements. Pour bien comprendre ce TP, il faut avoir à l’esprit que, pendant de nombreux siècles, l’observation de ces mouvements a fait croire à l’homme qu’il était au centre de l’Univers ! 1. MOUVEMENT APPARENT DU CIEL ÉTOILÉ. ACTIVITÉ 1 : Observer les positions des étoiles à intervalle d’une heure. Une nuit sans nuages, choisissez et pointez une étoile faisant partie d’une constellation, de préférence dans la direction du Nord, comme, par exemple, une étoile de la constellation de la Grande Ourse (sauf l’étoile polaire). Sinon, de jour, s’il est présent, pointez le Soleil avec toutes les précautions nécessaires ! Repérez bien l’étoile ou le Soleil (qui est aussi une étoile !) et dessinez sa position dans le référentiel terrestre en prenant un arbre, un poteau ou un bâtiment comme point de repère. Recommencez l’expérience une heure plus tard. En attendant, passez à l’activité suivante. 1. En revenant à cette activité une heure plus tard, indiquez dans le cadre ci-dessous vos observations. ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… 2. Le déplacement observé peut-il être dû à un mouvement propre des étoiles ? Peut-on être certain de la réponse apportée par cette seule observation ? ……………………………………………………………………………………………………………. Remarque : Les observations peuvent éventuellement se faire avec Stellarium © PIERRON 2011 Mouvements observés dans le système solaire (page 1) Document élève 2/8 ACTIVITÉ 2 : Photo des étoiles circumpolaires avec un long temps de pose Il est possible de réaliser une photo comme celle-ci-dessus en utilisant un appareil réflex monté sur un pied. Orientez votre appareil vers le Nord. Réglez l’ouverture du diaphragme au minimum (F :22) et le temps de pose sur 10 minutes au moins pour obtenir ces jolis arcs de cercle colorés. 1. A quoi correspondent les arcs de cercle obtenus ? ……………………………………………………………………………………………………………… 2. Sont-ils tous de la même couleur ? Pourquoi ? …………………………………………………………………………………………………………….. 3. Une étoile semble ne pas bouger : de quelle étoile s’agit-il ? ................................................................................................. 4. Où se trouve précisément cette étoile par rapport à la Terre ? Interpréter alors le nom qu’on lui attribue. ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… © PIERRON 2011 Mouvements observés dans le système solaire (page 2) Document élève 3/8 5. Comment peut-on expliquer que cette étoile soit située au centre des arcs de cercle ? ………………………….………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………….. GALILÉE, au XVIIème siècle, pense qu’il est possible que la Terre tourne sur elle-même. Lisez le texte suivant, extrait de son « Dialogue sur les deux systèmes du Monde » (1632), où il propose une expérience qui consiste à lâcher une pierre du somment du mât d’un navire. Les deux interlocuteurs sont SALVIATI et SIMPLICIO. SALVIATI : (…) Vous dites : quand le navire est à l’arrêt, la pierre tombe au pied du mât, et, quand elle tombe loin du mât, on en conclut que le navire est en mouvement ; comme ce qui arrive sur le navire doit également arriver sur la Terre, dès lors que la pierre tombe au pied de la tour, on en conclut nécessairement que le globe terrestre est immobile. C’est bien là votre raisonnement, n’estce pas ? SIMPLICIO : C’est très précisément cela, et votre résumé en facilite beaucoup la compréhension. SALVIATI : Dites-moi maintenant : si la pierre abandonnée au sommet du mât quand le navire avance à grande vitesse tombait précisément au même endroit du navire que lorsqu’il est à l’arrêt, comment ces chutes vous serviraient-elles à décider si le vaisseau est à l’arrêt ou en mouvement ? SIMPLICIO : Je ne pourrais rien en faire (…) SALVIATI : Très bien. Avez-vous jamais fait l’expérience du navire ? (…) La pierre tombe au même endroit du navire, que celui-ci soit à l’arrêt ou avance à n’importe quelle vitesse. 6. GALILÉE montre t-il par cette expérience que la Terre tourne sur elle-même ? ……………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………….. 7. Pourriez-vous imaginer une méthode pour retrouver le temps de pose utilisé par le photographe pour réaliser cette photographie ? ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Un mouvement de la Terre, imperceptible à l’échelle d’une vie humaine, a pourtant été découvert par HIPPARQUE, astronome grec de l’Antiquité. Il s’agit de la précession des équinoxes. 8. Faites une petite recherche que vous détaillerez ci-dessous pour expliquer ce mouvement très lent de la Terre …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… © PIERRON 2011 Mouvements observés dans le système solaire (page 3) Document élève 4/8 L’axe de rotation de la Terre décrit le cercle dessiné en un peu moins de 26000 ans 9. Pensez-vous que l’étoile située sur l’axe de rotation de la Terre, a toujours été celle que nous appelons actuellement « l’étoile polaire »? Cela change t-il quelque chose concernant l’observation des mouvements célestes ? …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… Pour aller plus loin : Reproduction de la trajectoire apparente du Soleil Doc.5. Le dispositif expérimental Se munir d’un grand saladier transparent plutôt bombé comme celui de la photo. © PIERRON 2011 Mouvements observés dans le système solaire (page 4) Document élève 5/8 Le fixer sur une planche sur laquelle on a matérialisé son centre, par une gommette par exemple. Ce centre représente la position de l'observateur O. De là, tracer les différents points cardinaux à angles droits les uns des autres. Poser ce matériel sur une table bien horizontale en veillant à ce que rien ne bouge au cours de la journée et l’orienter correctement selon le Nord par exemple. Toutes les heures ou plus régulièrement si vous le pouvez, coller une gommette qui représente la position apparente du Soleil pour l'observateur O. Pour cela, une méthode simple consiste à préparer un carton percé d'un trou légèrement plus grand que les gommettes. On place le carton contre la partie bombée du saladier pour que la lumière du Soleil passant par le trou vienne éclairer le centre O. On peut alors coller la gommette, sur laquelle on aura auparavant noté l'heure, à l’emplacement occupé par le trou du carton. Si on effectue ce relevé à différentes saisons, on remarque que la hauteur du Soleil au dessus de l'horizon varie. Cela permet aussi de montrer que le lever du Soleil n’a lieu réellement à l’Est qu’aux équinoxes. 2. MOUVEMENT DES PLANÈTES. Depuis l’Antiquité, l’homme a su distinguer les planètes des étoiles : le mot planète vient du grec signifiant « astre errant », par opposition aux étoiles qui, elles, apparaissent immobiles sur la voûte céleste. ACTIVITÉ 1 : Etude de la prochaine rétrogradation de Mars (2011-2012) Variante 1 : Vous voulez assister à la prochaine rétrogradation de Mars ? Il va falloir vous coucher tard, disons vers minuit, entre décembre 2011 et juin 2012 ! En fait, ce mouvement est très long à observer donc il ne sera pas nécessaire de vous lever tous les jours… Une photo par semaine serait déjà un exploit exceptionnel ! Vous êtes impatient ? Vous voulez déjà un aperçu ? C’est possible à l’aide du logiciel de planétarium gratuit « Stellarium » (www.stellarium.org/fr) A l’aide du bouton (menu de gauche), déterminer le lieu d’observation. A l’aide du bouton , déterminez la date et l’heure d’observation : 1er décembre 2011 à 0h00. A l’aide du bouton , recherchez une étoile de la constellation du Lion : Regulus Centrer l’observation sur cette étoile, à l’aide du bouton (menu du bas). Cette étoile servira de point de repère. La planète Mars se trouve à proximité : elle sera juste en train de se lever sur la première image. En maintenant en cliquant sur le jour, vous pouvez avancer la date d’observation d’une unité, tout en restant à la même heure d’observation. Laisser défiler le temps jusqu’au 1er juin 2012. 1. Déterminez la période au cours de laquelle Mars se décale toujours vers la gauche par rapport à Regulus. …………………………………………………………………………………………………………… © PIERRON 2011 Mouvements observés dans le système solaire (page 5) Document élève 6/8 2. Déterminez la période au cours de laquelle Mars est en rétrogradation (c'est-à-dire qu’elle se rapproche de Regulus) ……………………………………………………………………………………………………………… 3. A partir de quelle date Mars reprendra t-elle sa course normale ? ……………………………………………………………………………………………………………… Variante 2 : A l’aide du logiciel « Avistep », ouvrir la vidéo mars.wmv ci-jointe. Cette vidéo est une succession de photos de Mars prises entre 1990 et 1991, photos utilisées avec l’aimable autorisation du CLEA, Comité de Liaison Enseignants et Astronomes. (Site du CLEA : http://www.ac-nice.fr/clea/) Placez-vous sur la deuxième image, Etoiles de la constellation du Taureau La constellation du Taureau nous sert de repère et vous pourrez pointer son étoile jaune, Aldébaran, comme origine. A l’aide des flèches, vous pouvez passer à l’image suivante : un astre juste au dessus du Taureau apparaît ! Ce ne peut être une étoile puisqu’elles appartiennent à la « sphère des fixes » : il s’agit donc par définition de l’époque d’une planète. Et c’est ici la planète Mars. A l’aide de la souris, pointez la position de Mars jusqu’à la dernière image. A l’aide des outils du logiciel, vous pouvez alors visualiser la trajectoire apparente de Mars depuis la Terre. © PIERRON 2011 Mouvements observés dans le système solaire (page 6) Document élève 7/8 Répondez aux questions suivantes : 1. Déterminez la période au cours de laquelle Mars se décale toujours vers la gauche par rapport à la constellation du Taureau. …………………………………………………………………………………………………………… 2. Déterminez la période au cours de laquelle Mars est en rétrogradation (c'est-à-dire qu’elle se rapproche du Taureau) ……………………………………………………………………………………………………………. 3. A partir de quelle date Mars reprendra t-elle sa course normale ? …………………………………………………………………………………………………………….. Remarque : En cas de difficulté pour l’ouverture de la vidéo, les photos contenues dans cette vidéo figurent dans le dossier « Rétrogradation de Mars ». ACTIVITÉ 2 : Observation des satellites de Jupiter En 1610, GALILÉE découvre Io, Europe, Ganymède et Callisto, les quatre principaux satellites de Jupiter qu’il observe depuis Padoue, à l’aide d’une lunette astronomique de son invention. Il relate ses observations dans un ouvrage, Sidereus Nuncius, traduisez « Le messager des étoiles », dans lequel il dessine également ce qu’il voit. Sur ses schémas, GALILÉE note « Ori. » la direction Est (Orient) et « Occ. » la direction Ouest (Occident). Le 7 janvier Le 13 janvier Le 15 janvier Doc.2. Galilée dessine Jupiter et ses satellites « 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, il est vrai toutes petites mais très brillantes, étaient près de la planète (…). Je pensais que c’étaient des étoiles fixes. » Le 13 janvier, pour la première fois, il observe quatre petites « étoiles » dans une disposition différente. © PIERRON 2011 Mouvements observés dans le système solaire (page 7) Document élève 8/8 Doc.3. Galilée observe Jupiter et ses satellites 1. A quelle date d’observation le document 3 correspond-il ? …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………. 2. Donner une raison possible permettant d’expliquer pourquoi les quatre satellites ne sont pas toujours vus en même temps par GALILÉE. …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………….. 3. Quelle est la trajectoire des satellites vus par GALILÉE? ……………………………………………………………………………………………………………… La planète Jupiter est facilement observable en début de nuit jusque fin février 2011. Ensuite, il faudra attendre le printemps 2011 pour la voir se lever avant le Soleil. Pointez-la avec un télescope ou une bonne paire de jumelles « 1050 » montée sur pied et vous pourrez admirer le même spectacle auquel GALILÉE a assisté il y a un peu plus de 400 ans ! Remarque : Cette observation peut se faire éventuellement avec Stellarium. © PIERRON 2011 Mouvements observés dans le système solaire (page 8)
