1 - Rotondité de la Terre

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Astronomie
Partie N°1 : Repérages.
1 - Rotondité de la Terre
Pour Thales de Milet (640-562 av. JC) la Terre est un disque plat flottant sur l’océan. Pour Anaximandre
(611-545 av. JC) la Terre est un cylindre dans l’espace occupé sur sa section supérieure. Pour Pythagore et
son école (aux environs de 530 av. JC) la Terre est Ronde comme une boule.
2 – Verticales, horizontales. N
verticale
S
3 - Haut et Bas
Le bas est le Centre de la Terre ; le haut est indiqué par le prolongement de la verticale vers le
« Ciel » et donc vers le Zénith qui est un point imaginaire situé sur ce prolongement.
La verticale d’un point est indiquée par le fil à plomb. La trajectoire d’un point matériel en chute
libre suit une verticale du haut vers le bas.
4 - Coordonnées géographiques
N
Y
O
K X
S
5- Coordonnées horizontales
La verticale en un point est la demie-droite issue du centre de la Terre
et passant par ce point.
Le plan tangent à la sphère terrestre en ce point est perpendiculaire à la
verticale. Il est nommé « plan horizon ».
Une petite portion de la surface terrestre est confondue par l’œil humain
avec ce plan.
Dans le plan équatorial, l’angle KÔX est la longitude de tous les points du méridien passant par X et par Y.
La longitude est positive vers l’Ouest, négative vers l’Est et nulle pour les points du méridien origine.
Dans le plan méridien, l’angle XÔY est la latitude du point Y. La latitude est positive pour les points de
l’hémisphère nord, négative pour ceux de l’hémisphère sud et nulle pour les points situés sur l’équateur.
Parallèle C
Méridien de Y
Méridien
origine
Equateur
Les points N et S sont les deux pôles
géographiques Nord et Sud.
(NS) est l’axe des pôles.
Le méridien passant par Greenwich est le
méridien origine. Son intersection avec
l’équateur est le point K
Plan Horizon
Verticale
Plan équatorial
l

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5- coordonnées horizontales
.
Zénith (verticale)
A
h
O
a B
S Plan horizon
Le plan horizon peut être matérialisé par une surface plane comme la surface
libre d’une petite étendue d’eau par exemple. Une perpendiculaire à ce plan
au point O est une verticale.
La direction OS indique le Sud. Soit un astre A le Soleil par exemple ; B est
sa projection verticale sur le plan horizon.
L’astre A est repéré par deux angles :
a = SÔB qui est l’azimut
h = BÔA qui est la hauteur.
Ces deux angles constituent les coordonnées horizontales de l’astre.

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Partie N°2 : Observations et Mouvement apparent du Soleil
Le mouvement apparent du Soleil s’observe bien à l’aide des coordonnées horizontales qui sont
relatives à un repère terrestre
1- Au cours d’une journée dans l’hémisphère Nord
A A’
Sud
O
Il est possible d’effectuer régulièrement des relevés d’ombres pour connaître le mouvement
apparent du Soleil :
S
Relevé d'ombres, vu en perspective le matin d’une journée d'hiver (en pointillé : les ombres à midi et l'après-midi).
Au midi solaire, la hauteur du Soleil étant maximale, l’ombre est la plus courte.
Au midi solaire, le Soleil étant au dessus de Sud, l’ombre indique le Nord
Le jour solaire est la durée qui correspond à l’intervalle de temps qui sépare deux midis
solaires consécutifs
Regardons vers le Sud et observons un astre, (le
Soleil, une étoile ou une planète). Il se lève au dessus
de l’horizon sur notre gauche au début de
l’observation ; nous pouvons mesurer régulièrement
son azimut et sa hauteur. Nous le verrons se déplacer
dans ce mouvement apparent de notre gauche vers
notre droite (sens des aiguilles d’une montre). Sa
hauteur (angle h) croit, atteint un maximum puis
décroît. Ainsi l’astre finit par disparaître à l’horizon
sur notre droite.
Le midi solaire est l’instant de la journée où la
hauteur du Soleil est la plus grande.
Rayons
solaires
N
S

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2- Au cours de l’année dans l’hémisphère Nord
1 : Solstice d’été
2. Equinoxes
3. Solstice d’hiver
Les jours des équinoxes, le Soleil apparaît à l’Est et disparaît à l’Ouest.
L’année solaire peut être définie comme la durée qui correspond à l’intervalle de temps qui
sépare les midis solaires de deux équinoxes de printemps consécutifs.
Cette durée correspond à la période du mouvement de révolution de la Terre autour du
Soleil.
Ouest
Est
Nord
Sud
Sol horizontal
N
S
Zénith
1
2
3

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Partie N°3 : Le système Terre – Soleil
1 - Le Monde clos de l’Antiquité et de la Renaissance
a – Géocentrisme
Les situations décrites dans la partie 2 correspondent aux observations, aux apparences des choses
connues depuis l’Antiquité…
Sans entrer dans les détails relativement complexes et sans trahir la pensée antique, il est possible
de décrire le monde de la façon suivante. Pour les grecs de l’Antiquité, le monde est clos et
entièrement contenu dans la sphère céleste sur laquelle les étoiles semblent fixées (sphère des
fixes). Le centre de la Terre est dans ce cas le centre du monde. La Terre est fixe et immobile. Il
s’agit d’un système géocentrique dans lequel le Soleil tourne autour de la Terre en un an en
décrivant l’écliptique.
Cinq planètes sont connues à ces époques.
Mercure, Venus et Mars sont des planètes intérieures situées entre la Terre et la sphère portant le
Soleil.
Saturne et Jupiter sont des planètes extérieures situées entre le Soleil et les étoiles.
La Lune est portée par une sphère centrée sur le Centre de la Terre et relativement proche de celle-
ci.
Tous ces astres tournent autour de la Terre grâce à un ensemble complexe de sphères permettant
d’expliquer divers phénomènes observables comme la variation d’éclat des planètes par exemple…
(Pour en savoir plus, voir un ouvrage d’histoire de l’astronomie)
b – Héliocentrisme
Déjà envisagé par certains astronomes de l’Antiquité (Aristarque de Samos) ce système est adopté
à la Renaissance avec les travaux de Copernic, de Galilée et de Képler.
Dans ce système Héliocentrique il s’agit toujours d’un monde clos contenu dans la sphère des
étoiles.
Le Centre du Monde n’est plus le centre de la Terre mais celui du Soleil. Autrement dit, le Soleil
prend la place de la Terre et la Terre prend celle du Soleil. Le Soleil est fixe et immobile. La Terre
tourne sur elle même autour de l’axe des pôles en un jour et effectue une révolution autour du
Soleil en un an.
La sphère des étoiles devient immobile ; c’est la Terre qui tourne.
Les planètes tournent autour du Soleil. Les planètes connues à la Renaissance sont dans l’ordre
d’éloignement par rapport au Soleil : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Saturne et Jupiter
La Lune proche de la Terre tourne autour de celle-ci et est entraînée par elle dans son mouvement
autour du Soleil.
La lunette astronomique permet à Galilée d’observer des satellites tournant autour de Jupiter tels
que les 4 satellites dits galiléens (les plus gros).
2– Mouvements de la Terre
Pour expliquer les observations et les mouvements apparents du Soleil décrit dans la partie 2 ; il faut
admettre que la Terre effectue une rotation sur elle-même en relation avec la durée de la journée et une
révolution autour du Soleil en décrivant sa trajectoire dans le plan de l’écliptique en relation avec la durée
d’une année.
Au cours de sa révolution autour du Soleil la Terre suit une trajectoire dans le plan de l’Ecliptique.
Cette trajectoire est une ellipse. L’excentricité « e » de cette ellipse est très petite ; e = 0,0167.
Dans ces conditions, la trajectoire de la Terre est très voisine d’un cercle.
On restera donc dans l’approximation d’une orbite circulaire.
Le Soleil occupe l’un des foyers de l’ellipse ; dans le cadre de l’approximation circulaire le Soleil est très
voisin du centre du cercle.