La Terre et le ciel

16.11.2007
Conférence physique
La Terre et le ciel
Polycopié : La Terre et le ciel (14 pages)
I.
Le mouvement apparent des astres.
Page 1 : photo prise de nuit.
Les traits lumineux sont dus soit à un appareil qui a tourné pendant la prise de vue, soit à un
mouvement de l’objet photographié.
Ici la photo est en pause. Ce sont donc la trace d’étoiles qui ont bougé dans le ciel pendant
la pause. Elles font des arcs de cercle concentriques.
La seul étoile quasi immobile est l’étoile polaire car elle est dans l’alignement du pôle (sur
l’axe de rotation de la Terre). Dans l’hémisphère sud, il n’y a pas d’étoile dans l’alignement
donc on utilise une constellation pour trouver le sud : la croix du sud.
Les étoiles ont la même vitesse angulaire (ne pas se fier à la longueur des arcs de cercle). Il
y a des épaisseurs différentes selon les traits : l’épaisseur est liée à l’éclat apparent de
l’étoile (≠ éclat réel). Si une étoile est très brillante c’est parce qu’elle est très proche.
Grâce aux arcs de cercle, on peut trouver le temps de pose d’une photo pour une étoile. On
prend un arc et on calcule son angle par rapport à l’étoile polaire. On sait que 360° = 24h.
Ex. : 360 ° = 24h donc 36 ° = 2,4h soit 2 heures et 24 minutes.
Page 2 : illustrations de manuel corrigées.
Le soleil a une course qui varie selon la date. Attention, le soleil se lève vers l’est et se
couche vers l’ouest, et il n’est jamais au zénith en France métropolitaine. Il n’y a que le 21
mars et le 22 septembre que le soleil se lève à l’est et se couche à l’ouest (soit 2 jours/an).
Page 3 : solstice en latin : « le soleil s’arrête » : le 21 descendre il s’arrête de descendre
(jours plus courts) et le 21 juin il s’arrête de monter (jours plus longs) dans la hauteur de
culmination.
En astronomie, on définit les saisons à partir de phénomènes observés dans le ciel.
II.
Et pourtant, elle tourne.
Page 4 : Aristote savait que la Terre est une sphère (dès l’Antiquité !). Comment les grecs
ont-il compris cela ? En observant l’ombre de la Terre sur la Lune. L’ombre de la Terre est
un disque, mais la seule ombre qui est toujours un disque quelque que soit sa position est
une sphère.
Eratosthène : il sait que le 21 juin le soleil est au zénith à Syène (sud de l’Egypte, car il
observe le reflet dans un puit).
a = a’
a’
Alexandrie
a
Syène
Soleil
Il calcule a’ avec un rapporteur et
connaît ainsi la latitude entre
Alexandrie et Syène (a). Puis il
détermine la distance entre
Syène et Alexandrie. Par simple
proportionnalité, il va en déduire
la circonférence de la Terre (car
360°). Puis le rayon car périmètre
= 2πR.
Ptolémée : son modèle permet de faire des prévisions sur le positionnement des planètes. Il
n’est pas possible de le démentir à l’œil nu.
Copernic : il se demande comment le soleil si gros peut tourner autour de la Terre. Puis
comment Dieu a pu faire un système aussi compliqué que celui de Ptolémée. Il en déduit
que le soleil est au centre.
Galilée : il confirme ce que dit Copernic.
Kepler : les planètes sont des orbites.
Foucault : la Terre tourne sur elle-même. On le savait, mais c’est la première expérience
terrestre qui le prouve.
Page 5 : La Terre tourne sur elle-même dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Elle
est toujours quasiment à la même distance du soleil. L’axe de la Terre garde une direction
fixe tout au long de l’année (l’étoile polaire est toujours la même dans le ciel). La journée va
donc avoir une durée variable au cours de l’année.
Page 6 : La durée variable de la journée s’explique par le fait que l’axe des pôles garde une
direction fixe. La Terre est plus près du Soleil le 4 janvier. Alors pourquoi fait-il chaud en
été ?
- Quand le soleil culmine haut il chauffe plus.
- Il chauffe plus longtemps.
Mais ça ne suffit pas, parce que dans ce cas-là pourquoi fait-il plus chaud en été qu’au
printemps ? En effet, le 1er mai et le 1er août, le soleil a la même trajectoire donc il culmine au
même endroit. Pourtant, il fait plus chaud le 1er août. Ceci est du à l’inertie thermique.
III.
Le système solaire.
Une étoile émet de la lumière, une planète non. Elle renvoie la lumière que l’étoile émet,
c’est comme ça qu’on la voit. Une étoile est un réacteur nucléaire qui fait une fusion et émet
de l’énergie  luminosité.
Page 7 : remplie.
Page 8 : La Lune : s’il y a des endroits plats c’est parce que de la roche en fusion a coulé
dessus, ce n’est pas dû à l’eau. Sur la Lune, il n’y a pas d’eau ni air : donc toutes les
érosions restent, contrairement à la Terre.
Il n’y a pas d’atmosphère, car la gravité n’est pas assez forte, l’air ne peut pas rester.
La photo est prise en plein jour mais le ciel est noir car absence d’atmosphère.