Planétologie Présentation

Planétologie
Présentation
Objectifs :
- A partir des connaissances générales acquises par le lecteur dans le domaine de
l'astronomie, faire une synthèse didactique et apporter des compléments d'information
s'appuyant sur des théories récentes d'astrophysique et de géophysique.
- Clarifier la perception d'un certain nombre de phénomènes astronomiques communs, à l'aide
d'ordres de grandeurs et à partir d'exemples susceptibles d'être introduits dans un cours.
Méthodes utilisées :
- Deux niveaux distincts sont utilisés :
* des données techniques d'un niveau assez avancé, avec calculs, sont fournies sous forme
de documents, pour susciter, éventuellement, des recherches personnelles plus
approfondies (calcul du mouvement des planètes, théorie simplifiée des marées ...).
* des exemples simples et des comparaisons ludiques sont abordés pour illustrer certaines
notions d'astronomie et doivent permettre un réinvestissement direct dans une classe
(échelle de temps, échelle d'espace, notion d'inertie en physique ...).
- L'astronomie étant un domaine où facilement et presque naturellement on se construit une
représentation (plus, en tout cas, qu'en relativité générale ou en génétique, par exemple),
nous analyserons un certain nombre de fausses idées reçues qui ont la vie dure (étoiles
filantes, communications extra-terrestres, fluidité du magma, forme d'une goutte de pluie ...).
- A partir d'un cadre général fourni au départ et en fonction de la motivation de chacun, il est
souhaitable que des orientations soient formulées : certains domaines, suscitant plus
d'intérêts, peuvent être approfondis, d'autres au contraire, peuvent être seulement évoqués.
Avertissement concernant le document :
Le document qui suit a été élaboré pour une introduction à la "planétologie" à l'intention des
enseignants des Sciences de la Vie et de la Terre, de Sciences Physiques et éventuellement
de Géographie.
N'étant pas chercheur, ni érudit, ni même spécialiste d'astronomie, je me suis inspiré d'un
certain nombre d'ouvrages et d'articles de revues (bibliographie).
Je tiens donc à préciser, très clairement, que ce recueil est un condensé, un extrait, et parfois
une interprétation de documents originaux qui, eux, ont été écrits par des spécialistes.
J'ai apporté des commentaires personnels et quelques éléments de calculs, j'ai également
retouché la plupart des images pour les rendre cohérentes entre elles, un certain nombre de
schémas sont également inédits.
En fait, l'originalité de ce document réside dans le fait qu'il constitue un ensemble compact de
données et d'informations qui peuvent être utilisées de façon parcellaire ou même anecdotique
par les enseignants auprès de leurs élèves.
Christian BOUVIER
enseignant de Sciences Physiques

Planétologie
Ecole Européenne de Francfort Page 1
Les grandes dates de l'astronomie 5
Les découvreurs 9
L'espace 13
I) Astrométrie : 13
1) Unités de mesure : 13
a) Le mètre : 13
b) Le mille nautique : 13
c) L'unité astronomique : 14
d) L'année-lumière : 14
e) Le parsec : 14
2) Les mesures : 14
a) La direction : 14
b) La parallaxe : 16
c) Autres techniques : 17
3) Les instruments : 18
II) Les astres : 18
1) Le système solaire : 18
a) Le Soleil : 19
b) Les planètes : 19
c) Les astéroïdes : 20
d) Les satellites : 21
e) Comètes, ceinture de Kuiper et nuage de Oort : 22
2) Les étoiles : 24
a) Classification spectrale : 24
b) Le diagramme d'Hertzsprung-Russell : 24
c) Les étoiles variables : 25
d) Autres types d'étoiles : 26
3) Les galaxies : 27
a) La Galaxie : 27
b) Classification des galaxies : 27
c) Les galaxies actives : 28
d) Les trous noirs : 28
4) Amas, superamas, mur... : 28
a) Les amas galactiques : 28
b) Les superamas : 29
c) Le Grand Mur : 29
d) Le Grand Attracteur : 29
Le temps 31
I) Le big-bang : 31
1) Origine de la théorie : 31
2) Les étapes du big-bang : 31
a) L'ère particulaire ou la "seconde primitive" : 31
b) L'ère nucléaire ou les "trois premières minutes" : 32
c) L'ère "radiative-matérielle" : 32
d) L'ère "stellaire" : 32
e) L'avenir du big-bang : 33
f) L'avant et l'ailleurs : 33

Table des matières
Page 2 Christian BOUVIER
3) Le big-bang et l'âge de l'Univers : 33
a) Décalage spectral : 33
b) Loi de Hubble et expansion de l'Univers : 34
c) Âge de l'Univers et la "nucléocosmochronologie" : 34
II) Avant la formation du système solaire : 35
1) Evolution d'une étoile : 35
2) La nucléosynthèse stellaire : 36
3) La Galaxie : 37
4) Nébuleuse pré-solaire : 38
III) Echelle de temps : 39
1) Détermination de l'âge de la Terre : 39
a) Résumé de l'histoire de la Terre : 39
b) Méthode de datation : 39
c) L'âge de la Terre : 39
2) Temps comparés : 40
a) Depuis le big-bang : 40
b) Eres géologiques : 40
c) Temps en espace : 40
IV) Effet Doppler-Fizau : 41
1) Référentiels et temps : 41
2) Propagation des signaux : 41
3) Effet Doppler-Fizeau relativiste : 41
4) Ordres de grandeur : 42
Mouvement des planètes 43
I) La pomme et la Lune : 43
II) Le mouvement des planètes : 43
1) Les principaux éléments d'une orbite : 43
2) Les lois de Képler : 44
3) La loi de Newton : 44
4) Attraction universelle : 46
III) Mouvement d'un satellite : 46
1) Système isolé : 46
2) Réduction canonique : 47
3) Cas d'un satellite : 47
4) Etude du mouvement d'un satellite dans le champ de gravitation d'un astre : 48
5) Discussion : 50
a) Astres en interaction, de masses comparables : 50
b) Influence des autres astres : 50
c) Points de Lagrange : 50
6) Satellites artificiels de la Terre : 51
a) Eléments de l'orbite d'un satellite : 51
b) Satellites géostationnaires : 51
IV) Formule de Binet : 52
V) Les coniques : 52
1) Excentricité et paramètre : 52
2) Equation polaire d'une conique avec origine au foyer : 53
3) Cas de l'ellipse et du cercle : 53
4) Cas de la parabole et de l'hyperbole : 53
5) Définition géométrique : 54

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Phénomène des marées 55
I) Théorie simplifiée : 55
1) Calculs théoriques : 55
a) Référentiels : 55
b) Objet à la surface de la Terre : 55
c) Influence de la Lune : 56
d) Influence du Soleil : 57
e) Explication qualitative : 57
2) Fréquence des marées : 58
3) Amplitude des marées : 58
a) La lunaison : 58
b) Inclinaison de l'axe de rotation de la Terre : 59
c) Ellipticité de l'orbite de la Lune : 59
d) Force centrifuge : 60
e) Phénomène de résonance : 60
II) Effets des marées : 61
1) Marée crustale : 61
2) Modification des vitesses de rotation : 61
III) Généralisation du phénomène : 63
1) Synchronisme : 63
a) Orbite synchrone : 63
b) Rotation synchrone : 63
2) Limite de Roche : 65
3) Autres effets : 65
4) Précession et nutation : 66
Géologie des planètes 67
I) Formation du système solaire : 67
1) Composition du nuage pré-solaire : 67
a) Hydrogène et hélium : 67
b) Carbone, azote et oxygène : 67
c) Les réfractaires : 67
d) Masse nébulaire : 68
2) Naissance du système solaire : 68
a) Naissance de l'étoile Soleil : 68
b) Les grains, flocons et super-grains : 69
c) Les planétésimaux : 70
3) Formation des planètes telluriques : 71
a) Mécanismes de la coalescence : 71
b) Application du modèle : 72
4) La fin de la formation : 73
II) Chimie du système solaire : 74
1) La nébuleuse proto-planétaire : 74
2) Hypothèse de "condensation à l'équilibre" : 75
3) Structure interne des planètes : 76
III) Dynamique interne des planètes telluriques : 76
1) La tectonique des plaques : 76
2) La Lune : 77
3) Géodynamique de Vénus : 78
4) Les différents types de croûtes : 79