Relativite du mouvement

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2nde
Thème : Univers
TP n°10
Physique
La relativité du mouvement
Chap.6
 But du TP : Observer le mouvement des astres selon différents référentiels. Utiliser le
logiciel Stellarium pour l’observation.
I. 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.
"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
 Vidéo (3 min) : Galilée ou la fin du géocentrisme (http://education.francetv.fr/)
2. Protocole expérimental
 Ouvrir le logiciel Stellarium, dont la notice est disponible.
 Choisir le lieu Padova en Italie (ville de Padoue) : voir figure 1 page 4.
 Choisir la date du 7 Janvier 1610 à la première heure de la nuit. : voir figure 2 page 4.
 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, du sol et de la brume.
3. Questions
3.1. 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.
3.2. Pourquoi n’a-t-il représenté que trois satellites sur les schémas ci-dessus du 7 et 8 Janvier ?
3.3. 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 : voir figure 3 page 4.
 Certaines positions sont représentées dans le doc.2 ci-après.
3.4. Décrire la trajectoire des satellites dans le référentiel jupitérien.
doc.1 Galilée (1564-1642)

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3.5. Indiquer à quelles dates (7, 8, 13 ou 15 Janvier) correspondent les deux schémas ci-dessous. Justifier.
II. Copernic et l’héliocentrisme
 C’est l’astronome polonais Nicolas Copernic (doc.3) 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 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 Roma (Italy) le 1/5/1499.
 Rechercher et centrer la planète Mars.
1.1. Observer son mouvement, jour après jour, toujours à la même heure.
1.2. Schématiser à main levée le mouvement de Mars par rapport à la Terre.
2. Interprétation
 Pour expliquer ce mouvement particulier de Mars, plaçons-nous dans le référentiel héliocentrique (voir
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.
2.1. Décrire la trajectoire de Mars dans le référentiel héliocentrique.
2.2. 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 document ci-contre et le calque pour retrouver le mouvement de Mars observé depuis la Terre.
Expliquer la démarche suivie et tracer la courbe obtenue.
2.3. Décrire la trajectoire de Mars dans le référentiel géocentrique.
2.4. Cette trajectoire est appelée rétrogradation. Pourquoi utiliser ce mot ?
doc.2 Les positions des satellites de Jupiter à deux dates
différentes.
doc.3 N. Copernic (1473-1543)

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3. Prolongement
 Revenir sur Stellarium et, tout en observant Mars, faire défiler les jours.
3.1. Quelles sont les planètes qui « rattrapent » Mars mi-1500 ?
3.2. Que font ensuite ces 2 planètes ? Tentez de l’expliquer.
3.3. Déterminer la date de la prochaine rétrogradation de Mars.
doc.4 Chronophotographie de la Terre et de Mars dans le référentiel héliocentrique.

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Figure 1
Figure 2
Figure 3