Partie I : Référentiel héliocentrique Partie II : Référentiel

Thème : Univers
Chap. : Le système solaire
TP : Les hésitations de Mars
2nde
But de l’activité : Comprendre qu’un mouvement est relatif au référentiel
d’observation.
Pendant plus d’un millénaire, le système de Ptolémée (savant grec du IIe siècle avant Jésus-Christ) permit
une construction compliquée de la trajectoire des planètes et plaçait la Terre au centre du monde. C’est
seulement au XVIe siècle que l’astronome polonais Nicolas Copernic eut l’idée de considérer le Soleil au
centre du cosmos. Nous allons construire le mouvement apparent de la planète Mars dans le système
géocentrique de Ptolémée pour le comparer au système héliocentrique de Copernic.
Partie I : Référentiel héliocentrique
Pour décrire le mouvement des planètes du système solaire, les astronomes utilisent un référentiel appelé
référentiel héliocentrique (document 1a).
1. Définir ce qu’est le référentiel héliocentrique.
2. Quelle est la trajectoire (c’est-à-dire le chemin parcouru) de la Terre dans ce référentiel ? Et celle de
Mars ?
3. a) Quelle est la distance moyenne dTS de la Terre par rapport au Soleil (en écriture scientifique avec 3
chiffres significatifs) ? Quelle est sa période de révolution TT autour du Soleil (en jours) ?
b) En déduire la vitesse moyenne de déplacement de la Terre autour du Soleil, en km/jour.
Rappel : la circonférence d’un cercle est donnée par C = 2 r
Le schéma donné en annexe montre les positions de la Terre (T) et de Mars (M) par rapport au Soleil, toutes
les 3 semaines.
4. D’après le schéma de l’annexe, le mouvement de la Terre est-il uniforme (vitesse constante), accéléré
(vitesse qui augmente) ou ralenti (vitesse qui diminue) ? Justifier.
Partie II : Référentiel géocentrique
On se réfère de nouveau au schéma de l’annexe.
5. Dans quel référentiel est-on placé dans le schéma de l’annexe ? Justifier.
On cherche maintenant à connaitre la trajectoire de Mars dans le référentiel géocentrique (document 1b).
6. Définir ce qu’est le référentiel géocentrique.
Manipulation
Sur un papier calque :
 Placer 2 axes perpendiculaires partant du centre de la feuille. L’origine des axes sera notée T.
 Superposer la feuille de calque au schéma de l’annexe, en plaçant l’origine des axes sur la première
position de la Terre (T1).
Placer le calque de façon à ce que ses bords soient parallèles à ceux du polycopié.
 Repérer sur le calque la position de Mars au même moment par une petite croix (M1) et celle du Soleil
(S1).
 Déplacer le papier calque afin d’avoir l’origine sur la position de la Terre suivante (T2), et repérer les
nouvelles positions de Mars (M2) et du Soleil (S2).
Attention, à ne pas faire pivoter le calque et à garder ces bords parallèles à ceux du polycopié.
 Faites de même pour chaque nouvelle position de la Terre (jusqu’à T19).
7. Comparer la trajectoire de Mars sur le papier calque avec celle de l’annexe.
8. Comment peut-on expliquer que le centre de Mars puisse avoir deux trajectoires différentes ?
9. Quel type de trajectoire fait le Soleil sur le papier calque ?
10. Est-ce la Terre qui tourne autour du Soleil ou le Soleil qui tourne autour de la Terre ?
Partie III : Et nous alors ?
11. Si nous regardons Mars depuis la cour du lycée, sa trajectoire ressemblerait-elle à celle de l’annexe, à
celle du papier calque, ou à aucune des deux ? Justifier.

Document 1 : Référentiels
Un référentiel est un système de coordonnées (3 axes) centré sur un objet et par rapport auquel on repère une position
ou un mouvement.
Le mouvement « dans le référentiel de » correspond au mouvement « du point de vue » de l’objet central du référentiel.
a. Référentiels héliocentrique
b. Référentiel géocentrique
Document 2 : Le Soleil
Description
Le Soleil est une étoile de type naine jaune composé essentiellement d’hydrogène (92%) et
d’hélium (7,2%). Le noyau central du Soleil est le siège de réactions thermonucléaires transformant
l’hydrogène en hélium. La fusion nucléaire libère une quantité d’énergie considérable qui s’échappe
à travers la photosphère, la partie visible du Soleil. La photosphère, dont la température est de
5 800°C, est bien moins chaude que le noyau central du Soleil (15 millions de degrés).
Infos
Diamètre : 1,39106 km Masse : 21030 kg Période de rotation (à l’équateur) : 25,4 jours
Document 3 : La Terre
Description
La Terre est la 3ème planète la plus proche du Soleil. La particularité de la Terre est que sa surface
est recouverte à 70% d’eau sous forme liquide ou solide. On n’a jamais observé la présence d’eau
liquide en surface d’autres planètes du système solaire. Son atmosphère, composée de 21% de
dioxygène, est en perpétuel mouvement.
La Terre est géologiquement active. Sa surface est divisée en plaques qui flottent sur un manteau
rocheux. Cette mobilité de la surface de la Terre la distingue des autres planètes, mais beaucoup moins que l’existence
de la vie, apparue il y a 4 milliards d’années.
Infos
Diamètre : 12760 km Masse : 6,01024 kg Période de rotation (à l’équateur) : 23h56min
Distance au Soleil : 150 millions de km Période de révolution (autour du soleil) : 365.26 jours
Satellites naturels : 1 (Lune)
Document 4 : Mars
Description
Mars est la 4ème planète la plus proche du Soleil. L’hémisphère nord est constitué principalement
de plaines volcaniques, l’hémisphère sud est parsemé de cratères. Mars offre quelques paysages
spectaculaires, comme le plus grand volcan qui s’élève à 26 km d’altitude (3 fois l’Everest) ou Valles
Marineris, un système de canyons de 7 km de profondeur, formant en travers de la planète une
énorme faille de 4 000 km.
Infos
Diamètre : 6794 km Masse : 6,41023 kg Période de rotation (à l’équateur) : 24.6 heures
Distance au soleil : 228 millions de km Période de révolution (autour du soleil) : 687 jours
Satellites naturels : 2 (Phobos et Démos)

Annexes