Le livre de recettes du ciel

Jean-Pierre Urbain
Le livre de recettes du ciel
Illustrations de Jacques Goldstyn
Excerpt of the full publication
Jean-Pierre Urbain
Le livre de recettes du ciel
Illustrations de Jacques Goldstyn
Excerpt of the full publication
Le livre de recettes du ciel a été antérieurement
publié avec l’aimable collaboration de la Fédération des
astronomes amateurs du Québec (FAAQ-2001) et de
l’Association française d’astronomie (AFA-2006), sous le
titre de Le livre du ciel.
Les éditions les 400 coups ont diffusé en France une
version européenne de l’ouvrage.
Il faut remercier Arno Marsolier, Claudine Vivier et
Anne-Marie Théorêt pour les révisions et les corrections
apportées à l’ouvrage.
La présente édition a fait l'objet d'une révision complète.
Sauf mention, les illustrations sont de Jacques Goldstyn.
Dépôt légal – 2e trimestre 2012 (en instance)
© Jean-Pierre Urbain, éditeur (Astrographe)
ISBN PDF : 978-2-923482-01-9
ISBN ePub : 978-2-923482-02-6
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Table des matières
SectionMESURER............................................................................................................... 7
Apprendre à mesurer............................................................................................... 9
Le « calibreur » céleste............................................................................... 10
Mesurer la hauteur d’un objet ................................................................................11
Exemples d’utilisation pratique............................................................................... 12
SectionL’ÉCLAT.................................................................................................................. 13
La magnitude......................................................................................................... 15
Tableau des magnitudes et des éclats........................................................ 16
Jouer avec la lumière............................................................................................. 17
Le spectre électromagnétique..................................................................... 18
Section LES PLANÈTES..................................................................................................... 19
Le procédé mnémotechnique................................................................................. 21
Réaliser une maquette du système solaire............................................................ 23
Les principaux « habitants » du système solaire........................................ 24
Imaginer une planète habitée................................................................................ 25
Les caractéristiques des planètes du système solaire................................ 29
Un voyage imaginaire dans le système solaire..................................................... 30
« Allo la Terre ! » : communiquer avec une civilisation extrasolaire...................... 31
La grille de décodage.................................................................................. 32
Section
LE MOUVEMENT................................................................................................... 33
La ronde des planètes........................................................................................... 35
Démontrer le mouvement de rotation de la Terre.................................................. 36
Observer les déplacements des satellites de Jupiter............................................ 37
Rapport d’observation des satellites de Jupiter..................................................... 38
La force de gravitation et la force centrifuge......................................................... 39
La Lune, une cible mouvante................................................................................. 40
SectionTERRE-LUNE........................................................................................................ 41
Construire une maquette du système Terre-Lune.................................................. 43
Comprendre les phases de la Lune....................................................................... 44
Comprendre les éclipses de Soleil et de Lune...................................................... 45
Pourquoi la Lune nous montre-t-elle toujours la même face?............................... 46
Étude de la formation des cratères d’impact......................................................... 47
Quelques photos de cratères lunaires......................................................... 48
Observer la Lune et identifier des éléments de son relief..................................... 49
Gabarit du disque lunaire....................................................................................... 50
Carte de la Lune.................................................................................................... 51
L’observation de la Lune, soir après soir............................................................... 52
Imaginer être en perdition sur la Lune................................................................... 55
Les anomalies du ciel............................................................................................ 57
Section LE SOLEIL............................................................................................................. 59
Observer le Soleil sans danger.............................................................................. 61
Gabarit d’observation du disque solaire...................................................... 62
Les hauts et les bas du Soleil................................................................................ 63
Déterminer le méridien du lieu............................................................................... 64
Trouver le sud........................................................................................................ 65
Construire un cadran solaire.................................................................................. 66
Excerpt of the full publication
3
Section LE TEMPS.............................................................................................................. 67
Trouver l’heure à l’aide des étoiles........................................................................ 69
Mesurer le temps qui passe................................................................................... 70
Mesurer des écarts de température....................................................................... 71
La chaleur.............................................................................................................. 72
Déterminer la direction d’où souffle le vent............................................................ 73
Mesurer la vitesse du vent..................................................................................... 74
Observer le déplacement des nuages................................................................... 75
Identifier les nuages .............................................................................................. 76
Mesurer la pression atmosphérique....................................................................... 77
Constater et mesurer le phénomène de l’évaporation........................................... 78
Observer des flocons de neige.............................................................................. 79
Surveiller le temps, jour après jour........................................................................ 81
Rapport d’observation météorologique........................................................ 82
Section
LES CONSTELLATIONS....................................................................................... 83
Réaliser une constellation en 3D........................................................................... 85
Je suis une étoile................................................................................................... 87
Dessiner une constellation imaginaire................................................................... 89
Le ciel vu par les astronomes................................................................................ 96
L’étoilarium (construire un planétarium)................................................................. 98
Section LE ZODIAQUE..................................................................................................... 105
Discuter des fondements de l’astrologie.............................................................. 107
Le zodiaque : la ceinture du ciel......................................................................... 108
SectionOBSERVER......................................................................................................... 123
Des conseils précieux.......................................................................................... 125
Bien débuter en astronomie................................................................................. 126
Observer les étoiles filantes................................................................................. 127
Carte des radiants des principales pluies............................................................ 128
Rapport d’observation des étoiles filantes................................................. 129
Rapport d’observation d’un bolide............................................................. 130
Faire la chasse hivernale aux météorites............................................................ 131
Rapport de découverte d’une météorite.................................................... 132
Observer des satellites artificiels......................................................................... 133
Observer les aurores boréales............................................................................. 135
Section LE BIG BANG ET LES GALAXIES...................................................................... 137
Comprendre et discuter l’expansion de l’Univers................................................ 139
Créer une galaxie................................................................................................. 140
Section
LE THÉÂTRE DU CIEL........................................................................................ 141
Une histoire d’ours............................................................................................... 143
Hercule, l’homme fort........................................................................................... 145
Un amour éternel................................................................................................. 148
Une reine vaniteuse et prétentieuse.................................................................... 151
Le petit bonhomme sur la Lune........................................................................... 153
SectionANNEXES............................................................................................................ 155
4
La pre­miè­re démar­che de ­l’esprit
scien­ti­fi­que est d’explo­rer le réel ; cette démar­che
pre­miè­re dans l’ordre logi­que est aussi la plus
Une scien­ce est un ensem­ble essen­tiel­le. Le réel ne peut être iden­ti­fié spon­ta­
cohé­rent de connais­san­ces
né­ment par la pen­sée ration­nel­le ; il ne peut
acqui­ses par la métho­de
qu’être
découvert par une infor­ma­tion sen­so­riel­le
scien­ti­fi­que.
méthodique, par des enquê­tes orga­ni­sées
La métho­de scien­ti­fi­que est
(observations), contrôlées et confron­tées, enre­
basée sur :
gis­trant les perceptions que l’homme peut tirer de
1) l’obs­er­va­tion de phé­no­mè­ ses sens et des instru­ments qui les pro­lon­gent et
nes ou de résul­tats d’expé­ les pré­ci­sent. L’explo­ra­tion du réel est un acte
rien­ces ;
scien­ti­fi­que en soi, même si elle ne c­ onduit pas
2) la for­mu­la­tion d’hypo­thè­
obli­ga­toi­re­ment à la for­mu­la­tion d’hypo­thè­ses.
ses qui décri­vent ces phé­
La métho­de
scien­ti­fi­que
no­mè­nes et qui sont en
­accord avec l’ensem­ble
des connais­san­ces éta­
blies ;
3) le test de ces hypo­thè­ses
pour véri­fier si elles pré­di­
sent et décri­vent cor­rec­te­
ment de nou­veaux phé­no­
mè­nes ou les résul­tats de
nou­vel­les expé­rien­ces.
Définition
de l’astro­no­mie
L’astro­no­mie est la scien­ce
qui s’­oc­cu­pe de l’obs­er­va­tion
des corps céles­tes, de leurs
mou­ve­ments et de
leur évo­lu­tion.
Définition de
la météorologie
La météorologie est une
branche de la physique du
globe qui étudie les états de
l’atmosphère. Son objectif
principal est la prévison
du temps.
La métho­de scien­ti­fi­que est l’art de recher­
cher, parmi les ­milliards de rêves que le cer­veau
­humain engen­dre, ceux qui sont des des­crip­tions
vala­bles du réel.
La recher­che scien­ti­fi­que ne consis­te pas
seu­le­ment à médi­ter sur le réel déjà obs­er­vé. Elle
consis­te sur­tout à décou­vrir le réel enco­re caché,
ou enco­re j­amais obs­er­vé, en géné­ral pas même
soup­çon­né. La cons­cien­ce de notre igno­ran­ce est
un élé­ment m
­ ajeur de l­’esprit scien­ti­fi­que. De nos
jours, ce qui fait le plus d
­ éfaut, c’est indu­bi­ta­ble­
ment la volon­té de met­tre au jour des réali­tés
igno­rées, de cher­cher les e
­ rreurs et les approxi­
ma­tions qui four­millent dans ce qu’on croit
connaî­tre.
­ ’esprit scien­ti­fi­que n
L
­ ’exclut ni le rêve ni
l’ima­gi­na­tion. Il les ­requiert, au contrai­re.
Voilà pour­quoi les prin­ci­pes direc­teurs de
ce ­recueil repo­sent sur l’obs­er­va­tion métho­di­que,
la décou­ver­te par le jeu et la déduc­tion.
Excerpt of the full publication
5
À qui s’adres­se ce ­recueil ?
À toute per­son­ne dési­reu­se de réali­ser des acti­vi­tés en astro­no­mie et météo­ro­lo­
gie : ensei­gnants, ­parents, ani­ma­teurs, et ce, à l’école, à la mai­son, au camp de vacan­ces,
au cen­tre de loi­sirs, à la biblio­thè­que muni­ci­pa­le, par­tout où l’on retro­uve des ­curieux assoif­
fés de nouvelles connaissances et désireux de s’amuser.
Comment uti­li­ser ce ­recueil ?
Les acti­vi­tés qui suivent ne sont que des pro­po­si­tions. Elles doi­vent être consi­dé­rées
comme telles. Il n’est pas néces­sai­re de les réali­ser l’une à la suite de l’autre. On peut les
adap­ter, les modi­fier, les pro­lon­ger, les com­bi­ner. Votre ima­gi­na­tion, votre créa­ti­vi­té sont les
seu­les limi­tes.
À quel grou­pe d’âge s’adres­se ce ­recueil ?
Ce ­recueil peut être uti­li­sé avec pro­fit pour choi­sir et pré­pa­rer des acti­vi­tés en
astro­no­mie et météo­ro­lo­gie, peu impor­te l’âge des par­ti­ci­pants. On tien­dra comp­te cepen­
dant de l’âge dans le dérou­le­ment de l’acti­vi­té. Pour un grou­pe de jeu­nes (6 - 7 ans), on
met­tra ­l’accent sur les mani­pu­la­tions ­d’objets ou de maté­riaux. Pour ceux qui sont un peu
plus vieux (7- 8 ans), on évi­te­ra les sous-enten­dus et les abstrac­tions en s’en tenant au
­concret et seu­le­ment au ­concret. On revien­dra fré­quem­ment sur les n
­ otions abor­dées en
les refor­mu­lant sou­vent de dif­fé­ren­tes ­façons. On pren­dra soin d’évi­ter de met­tre en évi­den­
ce les d
­ étails. Les par­ti­ci­pants de 9 -10 ans sont en mesu­re de mieux sai­sir les n
­ otions
abstrai­tes et d’éta­blir des rela­tions sim­ples entre des élé­ments dis­pa­ra­tes. Avec les 11-12
ans, il sera pos­si­ble de réali­ser des opé­ra­tions for­mel­les, d’énon­cer des hypo­thè­ses et de
faire des déduc­tions. On prendra tou­jours soin de ne trans­met­tre qu’une peti­te quan­ti­té
d’infor­ma­tions à la fois, et de tis­ser clai­re­ment des liens entre le c­ oncret et ­l’abstrait.
Bien sûr, l’uti­li­sa­teur de ce r­ecueil saura éva­luer avec jus­tes­se le n
­ iveau cogni­tif des
par­ti­ci­pants et mesu­rer rapi­de­ment leurs atten­tes et leurs dis­po­ni­bi­li­tés, de façon à agir effi­
ca­ce­ment. Vous ren­con­tre­rez des par­ti­ci­pants qui ne cor­res­pon­dront pas tou­jours à ce que
l’on ­attend de leur âge.
Quelques pré­cieux ­conseils
Préparer et pla­ni­fier vos inter­ven­tions.
Débuter et finir par une ques­tion.
Poser régu­liè­re­ment des ques­tions pour sou­te­nir l’inté­rêt des participants.
Savoir tou­jours ce vers quoi l’on se dirige dans le cadre de l’acti­vi­té et fai­re en sorte
que les par­ti­ci­pants le ­sachent.
Avoir tou­jours le sou­ci de rat­ta­cher les ­notions au vécu, au connu.
Souvenez-vous qu’en com­mu­ni­quant ce que vous savez, ce que vous avez décou­
vert, dans votre pra­ti­que, vos lec­tures et vos tâton­ne­ments, vous ne vous appau­vris­sez pas,
vous ne vous dépar­tis­sez de rien. Au contrai­re, ce par­tage débou­che sans cesse sur de
nou­vel­les décou­ver­tes mer­veilleu­ses et exal­tan­tes. À la fin, ani­ma­teurs et par­ti­ci­pants sor­
tent « enri­chis » de l’exer­ci­ce.
Une seule recom­man­da­tion :
Amusez-vous !
6
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Mesurer
Pour conserver la trace des observations
réalisées, les Anciens ont dû développer
un système de mesure précis dans le
ciel.
Les astronomes ont adapté le système
de coordonnées terrestres mis au point
par les géographes. Cette grille, gonflée
jusqu’au firmament, sert de repère exact
et fiable.
7
Imaginons, dans une goutte de rosée, un
microbe doué d’intelligence. Ce microbe est
parvenu à se faire une idée de la fleur sur
laquelle la goutte s’est déposée, du jardin dans
lequel pousse cette fleur, de la ville où est situé
le jardin, du pays, du continent… Il est même
arrivé à se représenter la Terre entière, à en
fixer la forme, à en mesurer les dimensions.
Tel est à peu près le sens de la découverte de
l’univers par l’homme.
Pierre Rousseau
À la conquête des étoiles
Hachette
1956
8
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Appren­dre
à mesu­rer
Objectifs
Déterminer, à l’aide des mains comme repè­res, les
dis­tan­ces angu­lai­res sur la voûte céles­te.
Nos mains sont d’excel­lents o
­ utils de mesu­re
puisqu’elles nous accom­pa­gnent par­tout. Des p
­ oints
de lec­ture cons­ti­tuent un moyen com­mo­de de déter­mi­
ner la dis­tan­ce qui sépa­re deux o
­ bjets du ciel.
Attention
Chaque indi­vi­du doit cali­
brer son « instru­ment ».
Pour cali­brer, vous pou­vez
uti­li­ser le gaba­rit au verso.
La main ten­due à bout de bras, il est alors possible de
déterminer des angles correspondant à des mesures
de distances apparentes.
10°
7°
5°
La Grande Ourse,
visible toute l’année
de nos latitudes, est
un « calibreur » fort
pratique pour
mesurer le ciel.
25°
Excerpt of the full publication
9
Le « calibreur »
céles­te
Posez votre main
sur ce gaba­rit pour
déter­mi­ner le
nom­bre de ­degrés
« céles­tes » cor­
res­pon­dant aux
repè­res de votre
main.
10
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Mesurer
la hau­teur
d’un objet
Théodolite
Objectif
Déterminer la hau­teur d’un objet dans le ciel.
Construction
Sur un rap­por­teur d’angles (voir gabarit, p. 169),
on fixe une ­paille. Au cen­tre du dis­po­si­tif, on
lais­se pen­dre un fil lesté d’un plomb à pêche à
l’une de ses extré­mi­tés.
Utilisation
Chaque équi­pe fabri­que ainsi son théo­do­li­te.
Ensuite, on effec­tue des lec­tures en v­ isant des
étoi­les, des pla­nè­tes ou la Lune. Il est pos­si­ble
de cal­cu­ler par tri­go­no­mé­trie la hau­teur d’un
arbre ou d’un édi­fi­ce (exemples et explications,
page suivante).
Théodolite plus avancé
Excerpt of the full publication
11
Exemples d’utilisation pratique
des mesures d’angle
On mesure la distance (d) qui nous
sépare de l’objet. À l’aide du théodolite,
on mesure l’angle h. Puis on déduit
l’angle d : ∠d = 180° – ( ∠h + 90° ).
L’équation au bas de cette page permet de trouver « h »,
la hauteur de l’objet.
Voir les deux gabarits, p. 165 et 166.
Autre variante d’un
« mesureur » d’angles
Arbre
Mesurer la hauteur d’un arbre ou d’un immeuble
A
B
A
Étoile
B
Mesurer la distance d’un objet inaccessible
La somme des angles d’un triangle égale 180°.
Nous avons donc : ∠a + ∠b + ∠c = 180°.
Terre
Terre
Soleil
Les astronomes utilisent exactement la même technique pour
mesurer la distance des étoiles
proches. Cette fois, « c » est
deux fois la distance TerreSoleil et les mesures d’angle
sont prises à six mois
d’intervalle.
12
On mesu­re l’angle a, puis b, on ­obtient alors l’angle c.
∠c = 180° – ( ∠a + ∠b ). On con­naît la dis­tan­ce entre le point
A et le point B. Cette dis­tan­ce est dési­gnée par « c ».
À l’aide de la rela­tion tri­go­no­mé­tri­que sui­van­te, on ­obtient
toutes les ­autres dimen­sions :
a
sin ∠a
=
b
sin ∠b
= sinc∠c
a = côté opposé à l’angle a
b = côté opposé à l’angle b
c = côté opposé à l’angle c
∠ = angle
Excerpt of the full publication
Table des sinus : page 169
L'éclat
Lorsqu’on observe le ciel étoilé par une
nuit sans Lune et sans nuages, il est
évident que les objets qui figurent au
firmament n’ont pas tous le même éclat.
C’est en mesurant cet éclat que l’on a
établi la première classification des
étoiles.
13
Au cœur des étoiles se célèbrent des milliards
de mariages élémentaires entre noyaux
d’atomes. Le cri de joie, c’est la lumière.
Michel Cassé
Théories du ciel
Payot
1999
14
Excerpt of the full publication
La magni­tu­de
Travaux utiles
Objectif
Les astro­no­mes
Apprendre à classer les étoiles
ama­teurs peu­vent
en fonction de leur éclat.
appor­ter une contri­
bu­tion utile à la com­
L’éclat appa­rent
pré­hen­sion du
On mesu­re l’éclat appa­rent d’un astre par monde des étoi­les
varia­bles.
un nom­bre : sa « magni­tu­de ».
Systématiquement,
La magni­tu­de appa­ren­te ­dépend non
ils obs­er­vent une
étoi­le varia­ble et
seu­le­ment de la lumi­no­si­té de l’objet,
rent ses varia­
mais aussi de sa dis­tan­ce. Plus un astre mesu­
tions ­d’éclat en la
est ­brillant, plus sa magni­tu­de est peti­te ; com­pa­rant à une
ainsi, un objet de magni­tu­de 2, par exem­ étoi­le voi­si­ne dont
l’éclat ne varie pas et
ple, est moins ­brillant qu’un objet de
qui est réper­to­riée
magni­tu­de 1. Toujours visi­bles sous nos dans les cata­lo­gues
latitudes, les étoi­les des cons­tel­la­tions de du ciel.
la Petite et de la Grande Ourse sont
d’excel­lents repè­res pour éva­luer la
magni­tu­de. Le ­tableau de la page sui­van­
te four­ni­ra ­d’autres infor­ma­tions uti­les.
Étoile polai­re
2,0
Petite
Ourse
Dubhe
1,8
4,3
4,2
Merak
2,4
Les nom­bres indi­quent la magni­tu­de
appa­ren­te des étoi­les.
Grande
Ourse
4,3
4,9
Phekda
2,4
Megrez
3,3
2,1
3,0
L’éclat abso­lu
L’éclat appa­rent des étoi­les dif­fè­re
consi­dé­ra­ble­ment d’une étoi­le à l’autre
en fonc­tion soit de la dis­tan­ce, soit de
la lumi­no­si­té intrin­sè­que. La magni­tu­de
abso­lue d’une étoi­le est l’éclat qu’elle
­aurait si elle se s­ ituait à 33
­années-lumiè­re de la Terre.
Alioth
1,8
Alcor
4
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Mizar
2,2
Alkaid
1,8
15
Nombre d’étoiles
visibles selon leur magnitude :
MagnitudeNombre ✩
Distance
5 170
6
5e
1 700
4e540
3e150
2e45
1re16
04
-1re1
à 1 mètre
à 112 mètres
à 4, 6 km
à 11,2 km
à 50 000 km
e
16
Éclat apparent
d’une bougie
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Magnitude (✩)
-14e
1re
4e
6e
21e
Jouer avec
la lumiè­re
Matériel
Objectif
carte postale avec
Décomposer la lumière du Soleil en Une
une fente au centre, un
ses composantes fondamentales.
verre d’eau, une feuille
de papier blanc
Déroulement
La carte postale est fixée au verre à
l’aide d’un morceau de ruban adhésif.
L’ensemble est placé sur le bord
d’une fenêtre, un jour ensoleillé. La
lumière sera réfléchie sur la feuille de
papier blanc. On pourra alors identifier les couleurs de l’arc-en-ciel.
L’expérience sera plus concluante au
lever ou au coucher du Soleil.
Les sept
couleurs
visibles
Violet
Indigo
Bleu
Vert
Jaune
Rouge
Orange
Les astronomes décomposent de façon similaire la lumière en
provenance des étoiles. Ils parviennent à tirer toutes sortes d’informations spécifiques d’une faible tache de couleur.
17
γ
 
Le spectre électromagnétique
ƒ 
„
€…

­€‚

­
Illustration : Jean-Pierre Urbain
Le spectre électromagnétique est la pierre angulaire de notre compréhension de l’univers qui nous entoure.
Le schéma ci-dessus peut apparaître anormalement compliqué. Nous avons cependant décidé de l’inclure
dans ce recueil comme source complète de référence. Chacun y trouvera une information utile en fonction de
son niveau de compréhension.
18
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À l’oeil nu, entre amis, admirez le spectacle du
ciel et apprenez à en reconnaître
les principaux acteurs.
Plus de 60 activités amusantes et instructives
vous permettront d’apprivoiser l’astronomie
et la météorologie.
Avec ou sans instruments d’observation,
donnez-vous le plaisir de la découverte
et préparez de passionnantes soirées
d’observation.
Beau temps, mauvais temps, le ciel
est toujours au rendez-vous!
« Je souhaite que ce petit recueil de propositions
d’activités en astronomie et météorologie vous soit
très utile. Ces activités judicieusement choisies vous
permettront d’entreprendre en toute confiance une
fabuleuse aventure : la découverte du ciel étoilé. »
ISBN PDF : 978-2-923482-01-9
ISBN ePub : 978-2-923482-02-6
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