La Terre, une planète du système solaire

La Terre, une planète du
système solaire
Objectif
Situer la Terre dans l’univers, connaître sa position, ses points communs et ses différences avec les
autres planètes.
Documentation
Vous consulterez avec profit les sites suivants:
•Wikipedia pour toutes les informations relatives au système solaire
•Flashespace pour toutes les nouvelles liées à l’espace, justement!
•Le photojournal de la NASA où vous trouverez des milliers de photos que vous pouvez
réutiliser sans problèmes
•le site de l’auteur pour d’autres cours, des précisions, des compléments... en particulier sur
Titan et sur les possibilités de vie extraterrestre.
Organisation
1. Ce cours complète et étend celui qui se limiterai à votre programme. Comme vos professeurs
n’ont, le plus souvent, reçu aucune formation en astronomie (hé oui....), ils ont tendance à
passer très vite sur cette partie du programme, qui est pourtant extrêmement importante
(c’est la seule fois où vous allez entendre parler d’astronomie dans toute votre scolarité...). J’ai
donc étendu un peu le domaine couvert par votre cours pour qu’il soit cohérent, sans être
trop étendu.
2. Des résumés vous permettront de voir immédiatement ce qui est à retenir. Les paragraphes
introductifs, non indispensables, sont écrits en petits caractères. Les mots définis dans le
glossaire (votre connaissance du français n’étant pas... encyclopédique....) sont colorés. Les
liens web sont actifs. Utilisez-les !
3. Plan:
•La planète Terre appartient au système solaire
•Une étoile, 8 planètes, de nombreux satellites et autres corps célestes
•Planètes telluriques et planètes joviennes
•Répartition de l’énergie solaire sur les corps célestes
Pr. Dr. R. Raynal, 2009
Ci-dessus : le système Terre-Lune, représenté à l’échelle tant au niveau des dimensions que des distances. (Mars, la planète la
plus proche, est...260 fois plus loin que la Lune!)
OBJET : ASTRONOMIE ELEMENTAIRE NIVEAU D’ÉTUDE :SECONDE
PAGE 1 SUR 8 DURÉE : 3 SEMAINES

1 La planète Terre appartient au système solaire
Le système solaire est constitué du soleil, une étoile, et des corps célestes qui
tournent autour de lui.
Le soleil fait partie d’un ensemble de 300 milliards d’étoiles, disposées en un disque
(de 100000 AL* de diamètre) renflé en son centre, et qui est une galaxie. «Notre» galaxie
est la Voie lactée. Le soleil se situe à 27000 Al du centre galactique, et comme nous
sommes dans la Voie lactée celle-ci nous apparaît comme un bandeau faiblement lumineux
(laiteux, d’où son nom!) qui traverse le ciel nocturne.
L’univers contient des milliards de galaxies de toutes tailles et formes, qui le plus
souvent s’éloignent les unes des autres. L’existence de cet éloignement permanent, entre
autres, à conduit les astronomes à découvrir que notre univers s’est formé il y a environ 13
milliards d’années au cours d’un événement appelé «big bang» (que les élèves confondent
trop souvent avec la formation de la Terre, qui ne date que de 4,5 milliards d’années...).
* Al: Année lumière, 1 Al = 9500 milliards de km.
11 Une étoile, 8 planètes, de très nombreux satellites, des roches et de la glace
Le système solaire comprend, outre l'étoile soleil, de nombreux corps de taille
et de composition diverse. Les plus gros sont les planètes, dont le nombre a été
arbitrairement fixé à 8.
Corps céleste Particularités Exemples
Etoile Produit de la lumière à partir de réactions
thermonucléaires
Le soleil
Planète
Tournent autour du soleil. Peuvent être assez massives
pour retenir des gaz et posséder ainsi une atmosphère.
Elles peuvent posséder aussi des satellites.
Mercure, Vénus, la
Terre, Mars,
Jupiter, Saturne,
Uranus, Neptune
Satellite Corps célestes en orbite autour d’une planète La Lune
Astéroïde
Corps céleste de petite dimension, formé de roches, de
métaux ou de glace. Leur dimension varie du mm au
millier de km, les plus nombreux étant les plus petits. Ils
peuvent percuter une planète, on les appelle alors
météorite.
Pallas, Vesta, mais
aussi les anneaux
de Saturne...
Comète
Corps céleste surtout formé de glace mêlé à de la roche
et à des molécules carbonées, orbitant très loin du soleil,
mais pouvant s’en rapprocher fortement. Lors de cette
approche, ils perdent leur gaz qui, reflétant la lumière
solaire, forme une traînée qui peut être spectaculaire.
Les comètes
portent le nom de
leur découvreur:
Halley, Hale Bop,
Encke...
Planétoïde (ou
planète naine)
Gros astéroïdes sphériques orbitant, le plus souvent, au-
delà de l’orbite de Neptune. Il en existe aussi entre Mars
et Jupiter
Pluton, Ceres,
Eris, Makemake,
Haumea.
OBJET : ASTRONOMIE ELEMENTAIRE NIVEAU D’ÉTUDE :SECONDE
PAGE 2 SUR 8 DURÉE : 3 SEMAINES

12 Il existe deux types de planètes
On doit garder à l’esprit que la limite entre planète, planétoïde et satellite est assez
arbitraire: Pluton est longtemps resté classé dans les planètes et plusieurs satellites, dans le
système solaire, sont de taille supérieure ou comparable à la planète Mercure !
On peut classer les planètes en deux groupes:
-les planètes telluriques possèdent une surface solide. Elles sont
principalement faites de roches et de métaux. Leur diamètre est de l'ordre du millier
de km. Elles orbitent au voisinage du soleil. Une ceinture d’astéroïdes s’intercale
entre elles et les planètes géantes, dites joviennes.
Planète
tellurique
Distance au soleil
(millions de km)
Masse
(terre = 1)
Diamètre
(km)
Atmosphère
(pression p, Terre = 1)
Satellite
Mercure58 0,05 4800non non
Vénus108 0,82 12000 p=95, CO2non
Terre150 112700 p=1, N2 et O2la Lune
Mars228 0,1 6700 p=0,006, CO2
traces de CH4
Phobos
Deimos
-Les planètes joviennes sont surtout constituées de gaz. Leur diamètre varie de
50000 à 150000 km. Elles possèdent une atmosphère très épaisse, des anneaux
ainsi que de nombreux satellites, dont certains de grande taille (Ganymède, satellite
de Jupiter, est plus gros que la planète Mercure !).
Les astronomes ont découvert plus de 300 planètes joviennes tournant autour
d'autres étoiles (les techniques actuelles ne permettant pas de détecter les planètes de la
taille de la Terre autour des autres étoiles, ce qui devrait être réalisé dans les années à venir
par les satellites Corot et Kepler).
Planète
jovienne
Distance au soleil
(millions de km)
Masse
(terre = 1)
Diamètre
(km)
Atmosphère Satellites
Jupiter778 316 142000
H, He, CH4,
H2O...
63 (dont 4 gros)+
anneaux
Saturne1427 95 120000
H, He, CH4,
H2O... 60 (dont 6 gros)+
anneaux visibles
Uranus2870 14,5 51000
H, He, CH4,
NH3...
27 (dont 4 gros)+
anneaux
Neptune 4500 17 50000
H, He, CH4,
NH3... 13 (dont 2 gros)+
anneaux
OBJET : ASTRONOMIE ELEMENTAIRE NIVEAU D’ÉTUDE :SECONDE
PAGE 3 SUR 8 DURÉE : 3 SEMAINES

Représentation, à leurs échelles respectives de taille (mais pas de distance) des principaux corps du système solaire - NASA.
Au-delà de l’orbite de Neptune, on trouve divers corps célestes organisés selon deux
ensembles différents:
-la ceinture de Kuypers (entre 30 et 50 UA) comprend de nombreux astéroïdes de roche
et de glace, dont les planètes naines Pluton-Charon, Quaoar, Varuna et Orcus. À la limite
extérieure de la ceinture orbite le planétoïde Sedna .
-Le nuage de Oort, très loin du soleil (plus de 50000 UA) contiendrait des millions de
fragments glacés qui constituent le noyau de comètes qui, parfois, plongent vers l’intérieur
du système solaire.
Remarques:
•Les satellites des planètes joviennes sont des mondes à part entière, possédant
parfois une atmosphère (Titan), une activité volcanique (Io) ou probablement des
océans recouverts d’une croûte de glace (Encelade, Europe).
•Si la Terre est la seule planète du système solaire où une vie pluricellulaire se soit
développée, il est possible qu’une vie microbienne se soit développée ou bien ait
été transportée (à partir de la Terre, par des météorites arrachées à notre
planète) sur de nombreuses planètes et satellites: Mars, les profondeurs d’Europe
et d’Encelade ainsi que l’atmosphère de Jupiter sont ainsi, peut être, des milieux
favorables à une vie bactérienne.
•Le soleil n’est pas une étoile exceptionnelle: il en est de plus petites, mais aussi de
plus massives. Dans un rayon de 20 Al. autour du soleil, on trouve 70 étoiles dont
3 sont plus lumineuses et plus grandes que le Soleil (Sirius, Altaïr et Procyon), 10
sont comparables à notre étoile et 57 sont des étoiles naines rouges, pouvant
être très âgées.
OBJET : ASTRONOMIE ELEMENTAIRE NIVEAU D’ÉTUDE :SECONDE
PAGE 4 SUR 8 DURÉE : 3 SEMAINES

2 L'énergie reçue du soleil se répartit de façon inégale sur une
planète
21 l’énergie solaire se répartit inégalement à la surface de la Terre
La répartition en latitude des climats et l'alternance des saisons résultent de la
sphéricité de la Terre et de
sa rotation autour d'un axe
incliné par rapport a son
plan de rotation autour du
soleil ( vous avez vu cela en
géographie, dès le collège...).
Il en est de même pour
Mars et pour tous les corps
célestes présentant une
inclinaison notable sur leur
orbite.
Ci-contre : les rayons solaires
font avec le sol un angle de plus
en plus faible au fur et à mesure
qu’ils s’éloignent de l’équateur.
Ce faisant, l’énergie transportée
par ces rayons s’étale sur une surface de plus en plus grande: plus
on s’éloigne de l’équateur et moins le rayonnement solaire
transmet d’énergie par m2!
De plus, l’inclinaison de la Terre sur son orbite plonge les régions
polaires dans la nuit la moitié de l’année. Cette inclinaison est
aussi responsable de la diminution de la durée du jour en hiver,
et de son augmentation en été, et donc de la variation des
températures et des conditions atmosphériques entre les saisons
(ci-contre : la variation des températures annuelles avec la
latitude apparaît clairement, non ? Image R.A. Rohde).
22 La quantité d'énergie reçue du soleil décroît avec la distance
L’énergie transmise par le rayonnement solaire varie en fonction de la distance selon
une loi en 1/r 2 (vous avez dû faire un TP pour le vérifier). Qu’est ce que cela veut
dire ? Que si votre distance au soleil double, l’énergie que vous recevez de notre
étoile est divisée non par 2, mais par 2 2=4 (simple, non?). Si vous êtes 4 fois plus
éloigné, vous recevez une énergie 4 2= 16 fois moindre pour une même surface (une
planète plus petite qu’une autre interceptant aussi moins d’énergie solaire car sa
surface est moindre).
La répartition du rayonnement en fonction de la distance explique pourquoi les sondes
spatiales qui dépassent l’orbite de Mars ne peuvent pas utiliser de panneaux solaires
comme source d’énergie - ils seraient trop grands - et doivent embarquer un générateur
fonctionnant à l’énergie nucléaire.
OBJET : ASTRONOMIE ELEMENTAIRE NIVEAU D’ÉTUDE :SECONDE
PAGE 5 SUR 8 DURÉE : 3 SEMAINES