Thème : la Terre un astre singulier Cité scolaire André Chamson

Activité - Cours : La Terre dans l’univers

I°) De l’antiquité jusqu’au      16   ème    siècle   

Doc 1 : le modèle géocentrique d’Aristote (384 av J.C - 322 av J.C)

Le géocentrisme est autant une tentative scientifique d'expliquer l'univers qu'une conception philosophique de ce monde.

1°) La Terre est le centre de l'univers, immobile. Les changements des saisons et de jour et nuit se font donc par mouvements extérieurs à la Terre.

2°) Les mouvements des planètes doivent être parfaits car domaine des dieux, donc seul le mouvement circulaire uniforme est autorisé.

Dans le modèle géocentrique la Terre est ronde. L'univers, alors fini dans l'espace, se divise en deux parties :

- le monde sublunaire : concerne tout ce qui est situé sous l'orbite de la Lune (la Terre et son atmosphère), est symbole de mouvement, d'incertitude, continuellement altéré et instable. Il semble ne répondre à aucune loi et est plutôt hasardeux. Les êtres vivants naissent, changent, et meurent.

- le monde supralunaire : quant à lui, est immuable, parfait, stable et éternel. Rien ne peut s'y créer ni disparaître.

Wikipédia modifié

Doc 2 : anomalies dans le mouvement, un problème pour le modèle géocentrique

Les observations Mésopotamiennes

Dès le 2ième millénaire avant Jésus Christ, les astronomesmésopotamiens commencèrent à noter systématiquement lapositions des astres errants (Lune, planètes et Soleil).

Ils observèrent que 2 planètes particulières : Mercure etVénus ne s’éloignent jamais vraiment beaucoup du Soleil.

Également, ils constatèrent que de temps en temps, lesplanètes ont un mouvement rétrograde (c’est à dire quelle

ralentissent puis reculent pendant quelques semaines et reprennent leurs mouvements habituels).

Livre "Astronomie et Astrophysique" par Marc Seguin et Benoit Villeneuve

Doc 3 : amélioration du modèle par Ptolémée (100 – 168 après J.C)

Le système du monde qu’avait conçu Ptolémée au IIe siècle de notre ère allaits’imposer quatorze siècles durant comme étant la théorie astronomique par excellence.

Le modèle d’Aristote ne pouvant expliquer les observations des mésopotamiens, Claude Ptolémée améliora lesystème. Pour lui chaque planète tourne sur un petit cercle nommé épicycle, qui lui même tourne autour de laTerre sur un cercle appelé déférent. … Le centre des épicycles de Mercure et de Vénus devait toujoursdemeurer sur la ligne joignant la Terre et le Soleil.

Livre "Astronomie et Astrophysique" par Marc Seguin et Benoit Villeneuve

1°) Quel est le mouvement de la Terre, du Soleil et de la Lune dans le modèle géocentrique ?

2°) Quel est le nombre de planètes connues à l’époque ? Pourquoi ? Quelle doit être la durée de rotation des déférents ?

3°) Quelles observations astronomiques peuvent / ne peuvent pas être expliquées par le système d’Aristote ?

4°) Quelles sont les améliorations apportées par Ptolémée et dans quels buts ? Qu'en pensez-vous ?

II°) Du 16   ème    siècle à aujourd’hui   

Doc 1 : le modèle héliocentrique de Copernic (1473 - 1543)

En 1543, un astronome polonais du nom de Copernicpublie Revolutionibus Orbium Coelestrium(Révolutions des Orbes Célestes).

Le système de Copernic est un système théoriquedestiné à simplifier les calculs astronomiques. Pourcela il émet des postulats de bases :

1°) Le Soleil est le centre de l’univers.

2°) Les planètes tournent autour du Soleil.

3°) Les mouvements sont circulaires et uniformes.

4°) La Terre tourne sur elle même selon un axe Nord Sud.

5°) La Lune tourne autour de la Terre.

A l’époque, ce modèle n’a guerre de succès, principalement pour des problèmes de physique :

- Si la Terre est en mouvement autour du Soleil et si de plus elle tourne sur elle même, comment se fait-il que nous n’en ressentions pas les effets ?

Livre Bordas p 186 et Wikipédia

Doc 2 : des preuves en faveur de l’héliocentrisme.

Les observations de Galilée (1564 - 1642)

En 1610, Galilée pointe une lunette en direction du ciel et fait plusieurs découvertes qui mettent à mal le modèle géocentrique.

- Il observe Jupiter et constate 4 petits points lumineux qui au fil des nuits semblent tourner autour de la planète. Ces points lumineux sont en fait 4 satellites (Io, Europe, Ganymède et Callisto). La Terre n’est donc plus la seule à posséder un satellite.

- Il pointe également sa lunette endirection de Vénus et constate au coursde l’année quelle possède des phasescomme la Lune :

croissants, quartiers ... sont les phasesperceptibles depuis la Terre.

1°) Quel est le mouvement de la Terre, du Soleil et de la Lune dans le modèle héliocentrique ?

2°) Quel est le seul astre qui n’a pas "bougé de place" entre le modèle géocentrique et héliocentrique ?

Ci-contre est représenté les positions successives de Mars et de la Terre au cours du temps.

3°) Quel type de trajectoire est-ce ?

4°) Dans quel référentiel sont dessiné ces positions ?

En utilisant du papier calque, représenter la trajectoirede Mars par rapport à la Terre.

5°) Que constatez-vous ? Expliquer en quelques lignes ce-qu’il se passe.

6°) Quelle observation de Galilée montre que la Terre n’est pas le centre de l’univers ?

7°) Quelles phases de Vénus montrent quelle tourne autour du Soleil ?

Doc 3 : Kepler et Newton valident définitivement l’héliocentrisme

a°) Les lois de Kepler (amélioration du modèle)

Le système de Copernic bien que plus simple que celui de Ptolémée, n’estpas exempte de problèmes, car les trajectoires des planètes ne sont pasparfaitement circulaires.

Johannes Kepler comprend alors que les orbites des planètes ne sont pasdes cercles mais des ellipses (voir ci-contre) dont le Soleil occupe l’undes foyers (1 ère loi de Kepler).

b°) Synthèse mathématique par Newton (1642 – 1727)

Le coup de grâce du modèle géocentrique intervient avec Newton qui meten équation les trajectoires des planètes grâce à sa loi de la gravitation etla seconde loi de Newton.

Il arrive ainsi à retrouver les résultats des lois de Kepler. Le débat surgéocentrisme ou l’héliocentrisme est terminé.

8°) Quel type de trajectoire ont réellement les planètes.

9°) Quelle force est responsable de la trajectoire des planètes ? Comment varie-t-elle au cours de la trajectoire des planètes ?

III°) Le mouvement de la Lune

Doc 1: éléments de l’orbite lunaire

La Lune est le seul satellite naturel de la Terre. Elle se déplace sur une orbite elliptique dont la Terre occupe l’un des foyers (1ère loi de Kepler). Elle fait un tour complet (période de révolution) en 27,3 jours.

Le plan de l’orbite lunaire est incliné de 5,14 ° environ sur le plan de l’orbite terrestre (écliptique).

Ligne des noeuds

Eclipsetotale

Eclipse annulaire

5,14°

Doc 2 : aspect de la Lune

a°) Les phases lunaires

1°) Donner une explication au fait que la Lune présente toujours la même face à la Terre.

2°) Donner une explication au fait que l’on peut voir des éclipses totales et des éclipses annulaires.

3°) Définir l’ordre d’alignement du Soleil, de la Terre et de la Lune dans le cas d’une éclipse solaire puis dans le cas d’une éclipse lunaire.

4°) Attribuer un numéro du document 2.a°) aux phases de la Lune.

Résumé

1°) Les représentations du système solaire au cours du temps

Modèle géocentrique Modèle héliocentrique

2°) Mouvement de la Lune

- La trajectoire de la Lune autour de la Terre est ………………………………………...- Le plan de l’orbite lunaire est …………………………. par rapport à celui de …………………...- La Lune effectue ……………... sur elle même en …………..., il y a ………………….. entre période de révolution et de rotation, ce qui explique que la Lune ……………………………………...

- La durée entre 2 nouvelles Lunes est de …………………………. - Selon la position de la Lune sur son orbite, …………………………………………………………….…..…., c’est ce que l’on appelle les ………………….

Face visible Face cachée

NOM du professeur : Roux                                             Date d’utilisation du matériel  :  de à

Classes  : 1ESNombre de paillasses  :  8Salle  : chimie

Matériel et produits par paillasse élève

MATÉRIEL PRODUITS et RÉACTIFS- rien - rien

Bureau professeur

MATÉRIEL PRODUITS et RÉACTIFS- rien - rien

 MERCI Danielle