Les trajectoires des astres

L'Univers
Le système solaire
Activité Expérimentale
6) La relativité du mouvement
Objectifs :
Comprendre que la nature du mouvement observé dépend du référentiel choisi.
Analyser des documents scientifiques portant sur l’observation du système solaire.
A) Galilée et les satellites de Jupiter.
»
1. Présentation de la découverte de Galilée
• cf. vidéo curiosité scientifique : Galilée ou la fin du géocentrisme
Doc. 1 Galilée (1564-1642)
Les trajectoires des astres
Mettre en œuvre une démarche d’expérimentation utilisant des techniques d’enregistrement pour comprendre
la nature des mouvements observés dans le système solaire.
Le nom d' astre s'applique à tout corps céleste. Pour l'astronome de l'Antiquité, il désignait l'une des quelques
milliers d'étoiles suffisamment brillantes pour être visibles à l'œil nu ou l'une des sept planètes (du grec [asteres],
astres errants), dites aussi « promeneuses du ciel », alors connues : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne ; la
Lune, « Astre de la Nuit », et le Soleil, « Astre du Jour », étaient également considérés comme des planètes. Il faut
y ajouter les fugitives et irrégulières comètes, « astres chevelus » dont la nature restait mystérieuse.
«Le 7 Janvier de cette année 1610, àla 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 "...
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.
Curiosité Scientifique :
http://education.francetv.fr/matiere/physique-chimie/seconde/video/galilee-ou-la-fin-du-geocentrisme
Galilée ou la fin du géocentrisme

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Activité Expérimentale
6) La relativité du mouvement
2. Protocole expérimental
• Ouvrir le logiciel Stellarium
• Choisir le lieu Padova en Italie (ville de Padoue)
• Choisir la date du 7 Janvier 1610 à la première heure de la nuit (19h00)
Remarque : Pour plus de clarté, supprimer l’affichage de l’atmosphère et du sol.
3. Questions
► Pourquoi n’a-t-il représenté que trois satellites sur les schémas ci-dessus du 7 et 8 Janvier ?
► Décrire la trajectoire des satellites vus de la Terre. Si besoin, accélérer le temps…
► Décrire la trajectoire des satellites dans le référentiel jupitérien.
B) Copernic et l'héliocentrisme
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 Rome (Italy) le 1/5/1499.
• Rechercher et centrer la planète Mars.
• Observer son mouvement, jour après jour, toujours à la même heure.
2. Interprétation
► Décrire la trajectoire de Mars dans le référentiel héliocentrique.
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.
•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.
►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.
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…
Al’aide de Stellarium, observons ce mouvement depuis Rome où Copernic est présent en 1499 (on imagine qu’il y
observe Mars).
Pour expliquer ce mouvement particulier de Mars, plaçons-nous dans le référentiel héliocentrique (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.
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.
C’est l’astronome polonais Nicolas Copernic (Doc.2) 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.
Doc. 2 Nicolas Copernic (1473-1543)
Curiosité Scientifique :
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Galilée ou la fin du géocentrisme

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Activité Expérimentale
6) La relativité du mouvement
• Prendre un papier calque et placer en son milieu un repère géocentrique.
• Utiliser le Doc. 3 ci-dessous et le calque pour retrouver le mouvement de Mars observé depuis la Terre.
► Expliquer la démarche suivie et tracer la courbe obtenue.
► Décrire la trajectoire de Mars dans le référentiel géocentrique.
► Cette trajectoire est appelée rétrogradation. Pourquoi utiliser ce mot ?
Doc. 3 Chronophotographie de la Terre et de Mars dans le référentiel héliocentrique.
Rédiger une conclusion sur les trajectoires des astres.
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.
Curiosité Scientifique :
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Galilée ou la fin du géocentrisme