préparation crpe -...

Cours d'Astronomie.

Pierre Yves JOUAN

Préparation CRPE

Décembre 2013Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale :http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/fr/

Table desmatières

I - Ce que je sais en ... Astronomie 4

1. Exercice : Je teste mes connaissances ............................................................................................ 4

II - Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace ... 6

1. Se repérer dans le temps .............................................................................................................. 71.1. Le jour, le mois, l'année ... ...................................................................................................................... 71.2. Un peu d'histoire .................................................................................................................................... 81.3. Exercice : Ce que j'ai retenu ... ................................................................................................................. 8

2. Se repérer dans l'espace ................................................................................................................ 92.1. S'orienter dans l'univers .......................................................................................................................... 92.2. S'orienter sur Terre .............................................................................................................................. 112.3. Exercice : Ce que j'ai retenu ... ............................................................................................................... 132.4. Exercice : Ce que j'ai retenu ... ............................................................................................................... 13

III - La Terre tourne sur elle-même 14

1. Où se lève et où se couche le Soleil ? ......................................................................................... 15

2. La durée des jours et des nuits ................................................................................................... 16

3. La limite entre le jour et la nuit ................................................................................................. 18

4. La couleur du ciel ....................................................................................................................... 19

5. Exercice : Ce que j'ai retenu ... ................................................................................................... 20


IV - La Terre tourne autour du Soleil 21

1. Pourquoi des saisons ? ................................................................................................................ 22

2. Les saisons et les calendriers ...................................................................................................... 22

3. Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver ? ......................................................................... 23


V - La Lune tourne autour de la Terre 25

1. Quelques informations sur notre satellite ................................................................................... 26

2. Les phases de la lune .................................................................................................................. 27

3. Les éclipses ................................................................................................................................. 28

4. Les marées .................................................................................................................................. 31




VI - Le système solaire et l'Univers 35

1. Le système solaire ....................................................................................................................... 36

2. L'Univers .................................................................................................................................... 38



Solutions des exercices 40

Solutions des quiz 43

Ce que je sais en ... Astronomie

4Pierre Yves JOUAN

Exercice : Je teste mes connaissances 4

1. : Je teste mes connaissancesExercice [Solution p 43]

Une façon d'évaluer vos représentations initiales !

ExerciceLes noms des jours de la semaine sont liés aux noms des planètes.

Vrai

Faux

ExerciceUne année dure 365,25 jours.

Vrai

Faux

ExerciceL'Etoile du Berger indique toujours le Nord.

Vrai

Faux

ExerciceLe Soleil se lève à l'Est et se couche à l'Ouest.

Vrai

Faux

ExerciceAu printemps et en été, les jours s'allongent.

Vrai

Faux

ExerciceEn été, la Terre est plus proche du Soleil qu'en hiver.

Vrai

Ce que je sais en ...Astronomie I

Ce que je sais en ... Astronomie

5Pierre Yves JOUAN

Faux

ExerciceLa Lune nous présente toujours la même face.

Vrai

Faux

ExerciceLa Lune est responsable des marées.

Vrai

Faux

ExerciceL'ombre de la Terre explique les différents aspects de la Lune.

Vrai

Faux

ExercicePluton n'est plus considérée comme une planète du système solaire.

Vrai

Faux

ExerciceLe soleil est au centre de notre galaxie, la Voie Lactée.

Vrai

Faux

ExerciceLe système solaire disparaîtra un jour.

Vrai

Faux

Se repérer dans le temps, se repérer dans l'espace ...

6Pierre Yves JOUAN

Se repérer dans le temps 7Se repérer dans l'espace 9

Pour bien comprendre les phénomènes astronomiques, il est nécessaire de savoir se repérer dans letemps et dans l'espace.Cette partie de cours s'intéresse donc à :

Comprendre les origines des découpages en jours, mois et annéesConnaître quelques rudiments de l'histoire des calendriers.Identifier quelques points de repère dans l'espaceSavoir s'orienter sur Terre

Pour compléter les informations du cours, vous pouvez vous référer à la fiche connaissance n°18 -Programme de 2002

Se repérer dans letemps, se repérerdans l'espace ...

I


7Pierre Yves JOUAN

1. Se repérer dans le temps1.1. Le jour, le mois, l'année ...

Le jourLe jour est la durée de de la Terre. La Terre fait un tour complet surrotationRotationelle-même, autour de l'axe des pôle, en 23h 56min et 4s.

Jour sidéral et jour solaire - SourceLecielenquestions

D'où vient cette valeur ? Pourquoi pas 24h ?La différence s'explique par le choix du point deréférence (Soleil ou étoile fixe lointaine) utilisépour décrire le mouvement de la Terre.

Le jour solaire est le tempsLe jour solaire :séparant deux passages consécutifs du Soleil auméridien d'un lieu, le Sud dans l'hémisphèreNord. Cette durée combine la rotation de laTerre sur elle-même (jour stellaire ou joursidéral) et le déplacement de la Terre sur sonorbite dans sa révolution autour du Soleil. Ladurée du jour solaire est de 86400s (24h) enmoyenne.

Un jour sidéral est la duréeLe jour sidéral :que met une planète pour faire un tour surelle-même par rapport à une étoile fixe. Le joursidéral terrestre dure 23h 56m 4s.C'est en raison de la de larévolutionRévolutionTerre autour du Soleil en même temps qu'elletourne sur elle-même que le jour solaire durequelques minutes de plus, soit 24h00 .

Le moisLe mois est lié à la durée de de la Lune autour de la Terre.révolutionRévolutionUn mois lunaire sidéral correspond au temps mis par la Lune pour effectuer une révolutioncomplète de son orbite, mesurée dans un référentiel fixe ; il s'agit également du temps que metla Lune pour que, vue de la Terre, elle retrouve la même position par rapport aux étoiles sur lasphère céleste.Le mois lunaire sidéral vaut environ 27,3 jours.

L'annéeL'année correspond à la durée de révolution de la Terre autour du Soleil.En astronomie, une année sidérale est une unité de temps correspondant à la durée nécessairepour que le Soleil retrouve la même position par rapport aux étoiles fixes sur la sphère céleste,observée depuis le même lieu sur la Terre.Une année sidérale dure en moyenne 365,2563 jours (soit 365 jours 6 h 9 min 9,7676 s)

Remarque : L'année bissextileUne année bissextile est une année comptant 366 jours au lieu de 365, c'est-à-dire une annéecomprenant un 29 février (la prochaine aura lieu en 2016). L'objectif est d'aligner au mieux lesindications du calendrier avec la durée réelle de l' qui définit lesannée tropique Année Tropiquesaisons. Celle-ci durant 365,242198 jours, et non pas exactement 365 jours, on est amené àintroduire périodiquement un jour supplémentaire dans le calendrier de sorte qu'en moyenne ladurée du calendrier se rapproche de l'année tropique. Par exemple, la règle utilisée par lecalendrier grégorien conduit à une durée moyenne de l'année de 365,2425 jours.


8Pierre Yves JOUAN

1. 2. 3.

1.2. Un peu d'histoire

Les jours de la semaineC'est le jour, du latin dies.Les noms des jours sont associés aux astres errants observables à l'œil nu, donc connus dèsl'Antiquité : lundi (Lune), mardi (Mars), mercredi (Mercure), jeudi (Jupiter), vendredi (Vénus).En France, samedi est lié au sabbat et dimanche au seigneur (die dominica). En GrandeBretagne, saturday est lié à Saturne et Sunday au Soleil.

ComplémentCette semaine de 7 jours était déjà utilisée à Babylone (Irak, entre 300 à 2300 avant J.C.) Pourles égyptiens, le début du jour correspondait au lever du Soleil ; A Babylone, pour les juifs et lesmusulmans au crépuscule et pour les romains à minuit. Le jour de 24 heures est dû auxégyptiens qui le découpaient en 12 « heures » de jour et 12 « heures » de nuit de durée variable.Les heures d'égale durée ne furent la norme en Europe qu'à partir de 1350. En liaison avecl'utilisation d'un système numérique de base 60, les sumériens (Irak, entre 2000 et 3500 avantJ.C.) adoptèrent l'heure de 60 minutes et la minute de 60 secondes.

Les moisC'est le mois, du latin mensis : la mesure du temps (moyenne : 29,53 jours)Les noms des mois ont été établis en 42 avant J.C., pour la plupart par Jules César :

Janvier, du latin jenuarius, mois de Janus : dieu des portes au double visage,Février, du latin februuarius, mois de la purification (februus),Mars, du latin martius, mois du dieu de la guerre,Avril, du latin aprilius, mois de la terre qui s'ouvre,Mai, du latin maius, mois de la croissance,Juin, du latin junius, mois de Junius Brutus, premier consul de Rome,Juillet, du latin julius, mois de Jules César,Août, du latin augustus, mois d'Auguste,Septembre, octobre, novembre et décembre sont les septième, huitième, neuvième etdixième mois car l'année commençait alors en mars.

L'annéeC'est l'année, du latin annus : anneau ou circuit du temps (une année = 365,25 jours).Le ¼ de jour explique que toutes les 4 années, il y a un 29 février (année bissextile).Le début de l'année fut fixé le 1 er janvier quand fut adopté le calendrier julien en 45 avant J.C.

Pour en savoir plus : Une brève histoire du calendrier

1.3. : Ce que j'ai retenu ...ExerciceQuestion

[Solution p 40]

Quelle est la durée de révolution de la terre autour du soleil ?Quelle est la durée de la rotation de la terre sur elle-même ?Dans quel sens tourne la Terre?


9Pierre Yves JOUAN

2. Se repérer dans l'espace2.1. S'orienter dans l'univers

Pour s'orienter dans l'Univers, il faut choisir un point de référence. En fonction de ce point deréférence, la description du mouvement d'un astre change. On utilise donc des étoiles supposéesfixes. Ces étoiles lointaines forment un repère dans lequel il est possible de positionner chaqueobjet.

L'Étoile Polaire nous donne le nord

• Exemple : l'Etoile Polaire définit le Nord avec une bonne précision. C'est l'une des étoiles dela constellation de la petite ourse.

Constellation et représentation schématique


10Pierre Yves JOUAN

Remarque : Constellations et Horoscope !Il n'existe pas, à proprement parler d'étoiles fixes dans l'univers. Ainsi, l'Etoile polaire nousmontre le Nord actuellement. Ce ne sera pas toujours le cas du fait de la précession deséquinoxes (lent changement de direction de l'axe de rotation de la Terre).

Le mouvement de précession des équinoxes a une période de rotation de 25800 ans.

Conséquence directe : Les signes astrologiques, apparus il y a 2000 ans, sont basés sur 12constellations correspondant à la course du Soleil dans le ciel au cours d'une année. Depuis,l'orientation de l'axe de rotation de la Terre ayant changé, le Soleil traverse 13 constellations !!!!Ce qui, évidemment, fausse les pseudo-prévisions astrologiques.


11Pierre Yves JOUAN

2.2. S'orienter sur Terre

Les points cardinauxPour s'orienter sur Terre, l'homme à définit 4 directions : , appelés lesNord, Sud, Est et Ouestpoints cardinaux.Ces directions peuvent être déterminées à l'aide d'une boussole.• Nord : De l'ancien haut allemand nord provenant de l'unité linguistique « ner- » qui signifie «gauche », se rapportant sans doute à la gauche du soleil levant.• Sud : Il est emprunté à l'ancien anglais suth. En ancien français, le sud se disait midi.• Pour les géographes, Nord et Sud représentent le haut et le bas d'une carte dans l'hémisphèrenord.• Est et Ouest correspondent respectivement au lever et coucher du Soleil. Synonymes (levantet couchant, Orient et occident, ...)

Une boussole à gousset - Source Wikipédia

Complément• La boussole est une aiguille aimantee qui, a la surface de la Terre, s'orienteapproximativement dans la direction Nord-Sud. Une boussole presente un pole nord (quis'oriente approximativement vers le pole nord de la Terre) et un pole sud qui s'orienteapproximativement vers le pole sud de la Terre.• L'orientation des boussoles est le signe de la presence d'un champ magnetique a la surface dela Terre.


12Pierre Yves JOUAN

Les méridiens et les parallèlesLa Terre est découpée en « quartiers » par les méridiens et les parallèles (l'équateur, lestropiques et les cercles polaires).• Un est un .méridien cercle imaginaire tracé sur le globe terrestre passant par les pôlesLe plus célèbre d'entre eux est le méridien de Greenwich, définissant la longitude 0.• En géographie, l'équateur est un , une parallèle ligne imaginaire tracée autour d'une planète, à

. L'équateur marque la séparation entre l'hémisphère nord et l'hémisphèremi-chemin des pôlessud. La latitude de l'équateur est 0° par définition. La longueur de l'équateur terrestre estd'environ 40 075,0 km.

Carte montrant que les méridiens passent tous par les pôles. - Source Wikipédia

• Les tropiques sont deux lignes parallèles à l'équateur : le tropique du Cancer, à 23°27' delatitude Nord ; et le tropique du Capricorne à 23°27' de latitude Sud.

Les tropiques


13Pierre Yves JOUAN

1.

2.

ComplémentLa partie du globe située entre les deux tropiques, comprenant l'Equateur, comprend tous lespoints de la Terre où le Soleil apparaît au zénith (90°) à midi solaire une ou deux fois dansl'année. Au nord du tropique du Cancer ou au sud du tropique du Capricorne, le soleil n'atteintjamais une élévation de 90° et ne se trouve jamais à la verticale du sol. Sur les tropiques mêmes,le Soleil atteint le zénith une fois l'an, lors du solstice.


[Solution p 40]

Peut-on dire que le pôle Nord de la Terre se situe en haut et le pôle Sud se situe en bas ? Pourquoi?Peut-on voir le même ciel en été et en hiver ?


[Solution p 40]

Comment sont nommés et définis les deux types de lignes tracées sur le globe terrestre ? A quoiservent-elles et à quelles grandeurs sont-elles associées ?

La Terre tourne sur elle-même

14Pierre Yves JOUAN

Où se lève et où se couche le Soleil ? 15La durée des jours et des nuits 16La limite entre le jour et la nuit 18La couleur du ciel 19Exercice : Ce que j'ai retenu ... 20Exercice : Ce que j'ai retenu ... 20

A chaque instant, la moitié de la Terre est éclairée par les rayons du Soleil (C'est le jour !). L'autremoitié est dans l'obscurité (C'est la nuit !).

Le jour et la nuit sur Terre - Source Le webpédagogique

Cette partie s'intéresse à :Expliquer les jours et les nuits, et leur duréeComprendre où se lève et où se couche le SoleilLa limite entre jour et nuitLa couleur du ciel

Un document intéressant : Fiche connaissance n°20 - Programme de 2002

La Terre tourne surelle-même I


15Pierre Yves JOUAN

1. Où se lève et où se couche le Soleil ?Traditionnellement, on entend « le Soleil se lève à l'Est et se couche à l'Ouest ». Mais, celan'est vrai que deux fois par an. Il serait plus rigoureux de dire : « le Soleil se lève vers l'Est et secouche vers l'Ouest ».Au printemps et en été, le Soleil se lève au NE et se couche au NO.En hiver et en automne, le soleil se lève au SE et se couche au SO.Attention, les flèches en rouge représente le du soleil. Or c'est la Terre quimouvement apparenttourne autour du Soleil et non l'inverse. .La Terre tourne donc d'ouest en est sur elle-même

Mouvement apparent du Soleil au cours des saisons


16Pierre Yves JOUAN

2. La durée des jours et des nuitsLa durée du jour varie ...Dans l'hémisphère Nord, les jours sont plus courts en hiver qu'en été. Pour les nuits, c'estl'inverse.La durée des jours et des nuits varie en fonction de deux facteurs :

la latitude12/12 h à l'équateur8/16 h à Paris ( 49 ° nord)0/24 h au nord du cercle polaireLa date

Variations de l'heure de lever et du coucher du Soleil, et de la durée du jour - Paris


17Pierre Yves JOUAN

Quelques jours particuliersLes de mars et de septembre sont les deux moments de l'année où le jour et la nuitéquinoxessont approximativement de même durée. Lors des équinoxes, le soleil se lève exactement à l'Estet se couche exactement à l'Ouest.Etymologiquement, le mot équinoxe vient du latin æquinoctium, de æquus « égal », et nox,noctis « nuit ».Dans les deux hémisphères, l'équinoxe de printemps marque le début du printemps et l'équinoxed'automne marque le début de l'automne : le printemps débute en mars dans l'hémisphère nordet en septembre dans l'hémisphère sud. Notons également que, lors des équinoxes, tous lespoints de la Terre situés sur un même méridien, du pôle nord au pôle sud, reçoivent la lumièredu Soleil durant la journée.

Illumination de la Terre par le Soleil lors de l'Equinoxe - Source Wikipédia

Le est la date du jour le plus long de l'année, et par conséquent de la nuit la plussolstice d'étécourte, dans un hémisphère : hémisphère Nord en juin, hémisphère Sud en décembre.

Illumination de la Terre par le Soleil lors du solstice de juin. - Source Wikipédia

Le est donc la date du jour le plus court de l'année, et par conséquent de la nuitsolstice d'hiverla plus longue, dans un hémisphère : hémisphère Nord en décembre, hémisphère Sud en juin.

Illumination de la Terre par le Soleil lors du solstice de décembre. - Source Wikipédia


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3. La limite entre le jour et la nuitLa limite entre le jour et la nuit s'appelle le . Il s'agit de la zone séparantterminateurl'hémisphère plongé dans l'obscurité de celui éclairé.

Le terminateur terrestre au-dessus de l'océan, photographié à partir de la station spatialeinternationale

Complément : Aube, Aurore et CrépusculeIl est fréquent chez les élèves de confondre l'aube, l'aurore et le crépuscule. Dans le langageordinaire, le mot crépuscule est réservé à la disparition du jour ; son apparition est appelée aubeou aurore.Scientifiquement, il n'existe qu'un phénomène : Le crépuscule. Le crépuscule est la lueuratmosphérique présente avant le lever ou après le coucher du Soleil. Le terme désigne égalementle moment de la journée où cette lueur est visible.L'aube est le moment de la journée où apparaissent à l'horizon les premières lueurs du jour,avant le lever du soleil, c'est-à-dire avant le moment ou le Soleil franchit l'horizon vers l'estpour commencer sa course.L'aurore succède à l'aube et correspond au moment où le jour pointe à l'horizon, juste au débutdu lever du soleil.


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4. La couleur du ciel

Les différentes couleurs sont dues à la dispersion de la lumière produite par l'atmosphère. -Source Wikipédia

La lumière diffusée par le soleil nous apparaît de couleur blanche. Elle se compose d'unemultitude de rayons aux couleurs de l'arc-en-ciel.L'atmosphère terrestre diffuse les rayonnements provenant du soleil.Lorsque nous dirigeons notre regard vers le soleil ou au voisinage de celui-ci, nous percevons lesrayonnements les plus directs : Ces rayonnements ont une couleur tendant vers le rouge, et sontmoins diffusés par l'atmosphère.Lorsque nous dirigeons notre regard ailleurs dans le ciel, nous percevons des rayonnements dontla trajectoire à partir du soleil est très indirecte : ces rayonnements ont une couleur tendant versle violet et sont très diffusés par l'atmosphère.

Le ciel est bleu


20Pierre Yves JOUAN

L'effet de la dispersion sur la coloration du soleil est plus marqué près de l'horizon qu'au zénith: la lumière parcourt alors un plus long trajet à travers l'atmosphère et rencontre donc plus departicules.Ainsi, la couleur du ciel est variable entre l'aurore et le crépuscule. Au lever (et au coucher) lesoleil, près de l'horizon, semble rouge parce que la lumière bleue a été dispersée au loin et l'onne voit plus que la lumière provenant directement du soleil.

Le Soleil couchant est rouge

De même, en altitude, où l'air est plus rare, la dispersion est beaucoup moins forte. On reçoitdonc plus de lumière directe, et beaucoup moins de lumière indirecte, diffusée par l'atmosphère :le ciel est moins lumineux, plus sombre, ce qui donne un bleu plus "profond".Voir la vidéo : http://www.youtube.com/watch?v=jk1uv1Id__Mou scanner le code ci-dessous :

5. : Ce que j'ai retenu ...ExerciceQuestion

[Solution p 40]

A quoi correspond la nuit sur la terre ? Pourquoi la durée de la nuit varie t'elle au cours de l'année ?


[Solution p 40]

Quelles sont les principales caractéristiques du mouvement apparent du Soleil au cours d'une journée ?Quelle est la cause de ce mouvement apparent ?

La Terre tourne autour du Soleil

21Pierre Yves JOUAN

Pourquoi des saisons ? 22Les saisons et les calendriers 22Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver ? 23Exercice : Ce que j'ai retenu ... 24

Cette partie traite du mouvement de la Terre autour du Soleil et de ses conséquences.A savoir :

Pourquoi y a-t-il des saisons ?Comprendre le lien entre saison et calendrierPourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver ?

Les saisons dans l'hémisphère nord

Un document intéressant : Fiche connaissance n°19 - Programme de 2002

La Terre tourneautour du Soleil I


22Pierre Yves JOUAN

1. Pourquoi des saisons ?Les saisons sont dues d'une part à la révolution de la Terre autour du Soleil, et d'autre part àl'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de son orbite autour du Soleil,appelé plan de l'écliptique.

Alternance des saisons dans l'hémisphère Nord.

Complément : Attention ... idée fausse !Selon une idée reçue très courante, les saisons dépendraient de la distance Terre-Soleil, la terreétant plus proche du soleil en été qu'en hiver. Cette idée est sans le moindre fondement, car ellen'explique ni les variations de la durée du jour, ni l'inversion des saisons entre les hémisphèresaustral et boréal. La distance moyenne Terre-Soleil est de 150 millions de km avec une variationannuelle de + ou - 2,5 millions de km (soit 1,6%). Actuellement, la Terre est au plus proche duSoleil (périhélie) vers le 3 janvier, soit aux alentours du solstice d'hiver (hémisphère nord) et auplus loin (aphélie) vers le 3 juillet, soit peu après le solstice d'été (hémisphère nord).

2. Les saisons et les calendriers

Dans la tradition européenne, le début des saisons est défini par les solstices et les équinoxesdans l'hémisphère nord : le printemps débute à l'équinoxe de mars (vers le 21 mars), l'été ausolstice de juin (vers le 22 juin), l'automne à l'équinoxe de septembre (vers le 23 septembre),l'hiver au solstice de décembre (vers le 21 décembre).

Dates limites des saisons

Printemps 20 ou 21 mars moyenne 20 après-midi

Été 21 juin exceptionnellement le 20

Automne 22 ou 23 septembre moyenne 23 au matin

Hiver 21 ou 22 décembre moyenne 21 au soir

La date et la durée des saisons ne sont jamais fixes.Les variations de dates sont dues à la différence entre l'année tropique d'environ 365,25 jours etl'année civile de 365 ou 366 jours


23Pierre Yves JOUAN

Les variations de durée des saisons sont dues aux différences de vitesse de révolution de la Terreautour du Soleil. En effet, selon la deuxième loi de Képler (Loi des aires), la vitesse d'une laTerre devient plus grande lorsque la planète se rapproche du soleil, et inversement moins grandelorsqu'elle s'en éloigne.Ne pas oublier que la Terre a une orbite elliptique autour du soleil.Ainsi pour une année donnée, on peut avoir 92 jours pour le printemps, 94 jours pour l'été, 90jours pour l'automne, 89 jours pour l'hiver

Durée des saisons - Source Société d'Astronomie de Rennes

Voir la vidéo : http://www.youtube.com/watch?v=gpJaalcC8k8ou scanner le code ci-dessous :

3. Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver ?Pour répondre à cette question, il faut tenir compte de deux facteurs :• L'inclinaison des rayons du soleil• La durée du jour plus importante en été qu'en hiver.Dans l'inconscient collectif, il fait plus chaud en été qu'en hiver, car la Terre est plus proche dusoleil en été. C'est évidemment faux et nous avons montré l'inverse.


24Pierre Yves JOUAN

1.

2. 3.

La hauteur du SoleilEn hiver, le Soleil ne monte qu'à 20° au-dessus de l'horizon. Il éclaire en lumière rasante etchauffe beaucoup moins le sol qu'en été où il monte à 66° (angles donnés pour une latitudemoyenne en France de 47°).La quantité d'énergie lumineuse reçue sur chaque m² de sol est donc plus importante en étéqu'en hiver.

Éclairement d'une surface à différentes dates

Au solstice d'été (au centre), un même faisceau de lumière doit chauffer une surface au solbeaucoup plus petite qu'au solstice d'hiver (à droite). Il chauffe donc davantage au solstice d'étéqu'au solstice d'hiver.La variation de la hauteur du Soleil est le principal facteur responsable des différences detempérature entre l'hiver et l'été.

La durée du jourLe deuxième facteur est la durée de la journée. Au solstice d'été, le Soleil nous éclaire pendantenviron 16 heures contre seulement 8 heures au solstice d'hiver. Il nous chauffe donc pluslongtemps au printemps et en été qu'en automne et en hiver.

Le mouvement apparent du Soleil au cours des saisons


[Solution p 40]

A quoi est dû le phénomène des saisons ? (Produire une explication en considérant le mouvementrelatif de la Terre par rapport au Soleil.)A quoi correspondent les termes « solstice » et « équinoxe » ?Pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver ? (Produire une explication en considérant lescaractéristiques du rayonnement solaire.)

La Lune tourne autour de la Terre

25Pierre Yves JOUAN

Quelques informations sur notre satellite 26Les phases de la lune 27Les éclipses 28Les marées 31Exercice : Ce que j'ai retenu ... 33Exercice : Ce que j'ai retenu ... 33Exercice : Ce que j'ai retenu ... 34

Cette partie traite du mouvement de la Lune autour de la Terre, et de ses conséquences.A savoir :

Découvrir quelques notions sur notre satelliteComprendre les phases de la luneExpliquer le phénomène des éclipsesConnaître le phénomène des marées.

La Lune tourneautour de la Terre I


26Pierre Yves JOUAN

1. Quelques informations sur notre satelliteLa Lune, avec un L majuscule pour les astronomes, est l' .unique satellite naturel de la TerreLa distance entre la Lune et la Terre est d'environ 380 000 km

Face visible de la lune - Source Wikipédia

La lune présente toujours la même face à un observateur terrestre.La Lune fait une révolution complète (trajectoire circulaire) autour de la Terre et dans le mêmetemps, elle effectue une rotation complète autour de son propre axe. Les deux périodescorrespondantes sont égales : c'est 27,32 jours. Autrement dit, la Lune met 27,32 jours pourfaire un tour sur elle-même et également 27,32 jours pour effectuer un tour autour de la Terre.C'est pourquoi un observateur verra toujours la même face lunaire et que l'autre lui est cachée.

Face cachée de la lune - Source Wikipédia


27Pierre Yves JOUAN

2. Les phases de la lunePourquoi la lune change t-elle d'aspect ?La Lune recoit la lumiere du Soleil. Une moitie de sa surface est eclairee, l'autre est dansl'ombre.

:La partie eclairee prend differentes formes selon la position depuis laquelle on l'observece sont ces formes qu'on appelle les .phasesVoir la video : http://www.youtube.com/watch?v=V8PhNAo0Nvoou scanner le code ci-dessous :

La position de la Lune par rapport au SoleilLes phases de la Lune dépendent des positions relatives du Soleil, de la Lune et de la Terre : laLune est pleine (elle apparaît alors comme un disque) quand le Soleil et la Lune sont chacun depart et d'autre de la Terre et devient invisible (nouvelle Lune) quand ils sont chacun alignés dumême côté de la Terre.Pendant que la Lune orbite autour de la Terre, elle décroît et la surface illuminée par le Soleildiminue. Cela continue jusqu'à ce que la Lune disparaisse totalement lors de la nouvelle Lune,lorsqu'elle est située entre la Terre et le Soleil et donc que la moitié illuminée ne peut être vue àpartir de la Terre. Un cycle complet s'appelle .lunaison

Le Système Terre Lune

La durée moyenne entre deux pleines lunes est de 29 jours 12 heures 44 minutes et 2,9 secondessoit environ .29,5 jours


28Pierre Yves JOUAN

Le nom des phases lunaires

Noms des phases de la Lune

Les différentes phases de la Lune ont des noms différents :La (1) : elle se situe en conjonction avec le Soleil et sa face visible n'est pasnouvelle luneéclairée ; elle n'apparaît pas dans le ciel de nuit mais seulement en journée.Alors que la Lune est croissante, c'est-à-dire que la proportion de sa surface illuminée visibledepuis la Terre augmente, les phases sont :

le (2), qui correspond à sa réapparition dans le ciel nocturne (la lettrepremier croissant'p' minuscule, comme « premier », dans l'hémisphère nord) : la lune n'est facilementvisible qu'au tout début de la nuit avant son coucher à l'ouest, peu après celui du Soleil ;le (3) : la Lune est en quadrature avec le Soleil (et forme un 'D'premier quartiermajuscule rempli dans l'hémisphère nord) ; elle s'observe facilement assez haut dans leciel vers la fin de l'après-midi, on l'observe le mieux à son zénith lors du coucher dusoleil, et encore très facilement pendant toute la première moitié de la nuit, jusqu'à soncoucher à l'ouest vers minuit ;la (4). À cette période, la Lune est au 3/4 pleine et arrondielune gibbeuse croissantecomme par une bosse.

La (5) : La Lune est maintenant en opposition avec le Soleil et sa face visible estpleine luneentièrement éclairée par lui. Si on observe bien on peut observer les mers (ce sont les tachessombres qui sont en fait des restes de lave qui se sont écoulées sur la Lune).Alors que la Lune est décroissante, c'est-à-dire que la proportion de sa surface illuminée visibledepuis la Terre diminue, les phases s'inversent :

la (6) ;lune gibbeuse décroissantele (7) : la Lune est en quadrature avec le Soleil (et forme un 'D' inversédernier quartiermajuscule rempli dans l'hémisphère nord) ;le (8), qui correspond à sa disparition dans le ciel nocturne (la lettre 'd'dernier croissantminuscule, comme « dernier » ou « décroissant », dans l'hémisphère nord).

3. Les éclipsesLorsque la Lune, la Terre et le Soleil sont alignés, on observe une éclipse.Il y a lieu de distinguer les éclipses solaires et les éclipses lunaires.


29Pierre Yves JOUAN

L'éclipse de SoleilIl y a éclipse de Soleil quand le disque lunaire est interposé entre le Soleil et la Terre (on parleraen fait d'occultation du Soleil par la Lune).

Eclipse solaire

C'est à la Nouvelle Lune (NL) que peut se produire une éclipse solaire, lorsque la lune,pratiquement invisible, s'intercale temporairement entre le Soleil et la Terre.Cette éclipse solaire, peu fréquente, sera totale si cette traversée a lieu autour de midi lorsque leplan de rotation de la Lune autour de la Terre est très proche du plan de l'écliptique. Le plussouvent l'éclipse n'est que partielle et difficilement observable sans instrument, la lune necouvrant pas une surface suffisante du disque solaire.Cependant, selon la période de l'année où elle a lieu, elle peut être annulaire quand la Terre estplus proche du Soleil (autour des équinoxes de printemps et d'automne) et que le disque solairevu de la Terre est alors légèrement plus grand.Dans tous les cas, l'observation à l'œil nu de toute éclipse solaire (même totale) est dangereusepour l'œil.

Photo de l'éclipse totale de 1999. - Source Wikipédia


30Pierre Yves JOUAN

L'éclipse de LuneIl y a éclipse de Lune quand la Terre est interposée entre le Soleil et la Lune.Si la Lune est tout entière dans le cône d'ombre de la Terre, il y a éclipse totale*, la Lune estinvisible.Si la Lune n'est plongée qu'en partie dans le cône d'ombre, une partie de la Lune reste éclairéeet il y a éclipse partielle.Une éclipse de lune n'est possible qu'en pleine Lune.

Éclipse lunaire

C'est à la Pleine Lune (PL) que peut se produire une éclipse lunaire, lorsque la lune,normalement entièrement visible de nuit, traverse l'ombre de la Terre et semble y disparaître.Cette éclipse, assez fréquente, sera totale si cette traversée a lieu lorsque le plan de rotation dela Lune autour de la Terre est assez proche du plan de l'écliptique, et est observée autour deminuit (cette traversée de la Lune dans l'ombre de la Terre n'aura pas lieu partout à minuit surTerre et la différence d'angle de vision de la Lune suffira pour qu'on en distingue encore un arcéclairé).L'observation à l'œil nu d'une éclipse lunaire n'est pas dangereuse pour l'œil car on ne perçoitque la lumière réfléchie par la surface de la Lune et pas directement le rayonnement solaire.Cependant, selon la période de l'année où elle a lieu, elle peut être annulaire quand la Terre estplus éloignée du Soleil (autour des solstices d'été ou d'hiver) et que le cône d'ombre de la Terreest alors légèrement moins grand et ne suffit pas à assombrir toute la surface, d'autant plusqu'une partie des rayons solaires autour en bordure du cône d'ombre a subi la réfraction parl'atmosphère terrestre, ce qui alors ne fait qu'assombrir une partie du disque lunaire en lecolorant légèrement. Autour des équinoxes de printemps ou d'automne, lorsque la Terre (et laLune) sont un peu plus proches du Soleil, la Terre ne suffit pas à masquer une partie suffisantedu disque solaire pour que cela provoque une ombre notable à la surface de la Lune.


31Pierre Yves JOUAN

Éclipse de Lune

Voir la video : www.youtube.com/watch?v=XCWIBzMWNlkou scanner le code ci-dessous :

4. Les marées

La marée est le mouvement montant puis descendant des eaux des mers et des océans, causé parl'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil.


32Pierre Yves JOUAN

Le mécanisme des marées

Lorsque la Terre et ces deux astres sont sensiblement dans le même axe, c'est-à-dire lors de lapleine lune et de la nouvelle lune, ceux-ci agissent de concert et les marées sont de plus grandeamplitude (vives eaux) ; au contraire, lors du premier et du dernier quartiers, l'amplitude estplus faible (mortes eaux).


33Pierre Yves JOUAN

1.

2.

3.

Marée sur l'île de Ré

Voir la vidéo : http://www.youtube.com/watch?v=pvEtdAVWQ64ou scanner le code ci-dessous :


[Solution p 41]

Qui suis-je ?

Définir ce qu'est une phase lunaire. Qu'est-ce que lalunaison ?Pourquoi la Lune dans le ciel change-t-elle d'aspect aufil des jours ?Nommez la phase lunaire ci-contre. A quel moment dela journée peut-on l'observer ?


[Solution p 41]

Donner la raison pour laquelle on voit de la Terre toujours la même face de la Lune.Est-ce vrai en tous points de la terre ?


34Pierre Yves JOUAN

1. 2.


[Solution p 41]

Comment sont disposés dans l'espace le Soleil, la Terre et la Lune lors d'une éclipse de Lune ?Quelle est alors la phase lunaire ?

Le système solaire et l'Univers

35Pierre Yves JOUAN

Le système solaire 36L'Univers 38Exercice : Ce que j'ai retenu ... 39Exercice : Ce que j'ai retenu ... 39

Cette partie complète le cours avec des informations sur le système solaire et l'univers.Un document intéressant : Fiche connaissance n°21 - Programme de 2002

Le système solaire etl'Univers I


36Pierre Yves JOUAN

1. Le système solaire


37Pierre Yves JOUAN

La Terre est l'une des 8 planetes du systeme solaire.Chaque planète effectue un mouvement de révolution autour du Soleil, sur une trajectoire quasicirculaire.

Système solaire - Source Wikipédia

Mercure Venus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune

Rayon(km)

2440 6050 6400 3400 71400 60000 26140 24300

Période derotation

59j 243j 23h56 24h37 9h50 10h14 17h13 17h48

Rayonmoyen del'orbite(U.A.)

0,387 0,723 1 1,52 5,2 9,54 19,2 30,1

Période derévolution

88j 225j 365,25j 1,88a 11,9a 29,5a 84a 165a

Les 4 premières planètes (Mercure, Vénus, Terre et Mars) sont des planètes telluriques.Elles sont plus petites que les 4 suivantes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) qui sontdes planètes géantes gazeuses.Chaque planète effectue un mouvement de rotation en plus du mouvement de révolution.Dans le tableau ci-dessus, le rayon moyen de l'orbite est la distance au Soleil. Il estexprimé en Unité Astronomique (U.A.). L'unité astronomique correspond à la distanceTerre Soleil : 1 U.A. = 150 000 000 km

Voir la vidéo suivante : http://www.youtube.com/watch?v=IiQyRZgxsqsou scanner le code ci-dessous :

http://www.youtube.com/watch?v=IiQyRZgxsqs


38Pierre Yves JOUAN

Remarque

Pluton - SourceWikipédia

Pluton n'est plus considérée comme une planète. Trop petite, elle necorrespond plus aux critères définis par l'UAI (Union AstronomiqueInternationale)

Plus d'informations sur les du système solairedifférentes planètes

2. L'UniversLes étoilesLes etoiles, dont le Soleil est un exemple, sont des astres qui emettent leur propre lumiere dufait de leur temperature tres elevee (en surface, celle du Soleil est de 6 000°C). D'un point devue energetique, on dira qu'une etoile possede de l'energie nucleaire.Les etoiles (excepte le Soleil) sont toutes tres eloignees de notre systeme solaire. La plus proche(Proxima du Centaure) se situe a environ 4 A.L. du Soleil. Toutes les etoiles que nous voyonsdepuis la Terre au cours d'une nuit degagee se trouvent a des distances qui vont d'une dizained'A.L. a plusieurs centaines.A l'echelle de quelques millenaires, ces etoiles sont fixes les unes par rapport aux autres (ce quin'est pas vrai a l'echelle du million d'annees).

Au cours de la nuit, les etoiles se deplacent d'unmouvement d'ensemble du a la rotation de laTerre sur elle-meme. Seule l'etoile Polaire reste apeu pres immobile, car elle est situee presqueexactement dans le prolongement de l'axe derotation de la Terre. C'est pour cette raisonqu'elle indique le Nord.

L'étoile polaire dans l'axe de rotation de laTerre


39Pierre Yves JOUAN

1. 2. 3. 4.

Les galaxiesDans l'immensite de l'Univers, les etoiles ne sont pas reparties uniformement. Elles seregroupent par centaines de milliards dans certaines regions de l'espace. Ces regroupementsforment les galaxies.

La galaxie a laquelle appartient le Soleil estappelee la Voie lactee. Elle comporte 200milliards d'etoiles.Il y a des milliards de galaxies connues dansl'Univers. Les deux plus proches de la notre sontles nuages de Magellan (visibles a l'œil nudepuis l'hemisphere sud) et la galaxied'Andromede (visible a l'œil nu depuisl'hemisphere nord, pour qui connait la ciel...)situee a 2,2 millions d'A.L.Il n'y a pas d'astres entre les galaxies.

Notre Galaxie : La Voie Lactée

Voir la vidéo : http://www.youtube.com/watch?v=4SYTh5mAv0E


[Solution p 41]

Quels sont les principaux corps composant le système solaire ?Quelle est la différence entre une étoile et une planète ?Qu'appelle t'on étoile du berger ?Comment expliquer que certaines étoiles nous apparaissent plus lumineuses que d'autres ?


[Solution p 41]

Notre système solaire comporte combien de planètes ? Les citer dans l'ordre, et préciser leur nature.

http://www.youtube.com/watch?v=4SYTh5mAv0E

Ressources annexes

40Pierre Yves JOUAN

Exercice p. 24

Exercice p. 20

Exercice p. 20

Exercice p. 13

Exercice p. 13

Exercice p. 8

1. 2.

3.

1. 2.

> Solution n° 1

La Terre met une année soit 365.25 jours ou 365 jours et 6 heures.Ça dépend du référentiel :Par rapport au soleil elle le fait en 86 400 secondes (24h).Par rapport aux étoiles elle le fait en 86 164 secondes (23h56m04s)Dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (vu du pole nord) soit d'ouest en est.C'est le "sens direct"

> Solution n° 2

Non, L'axe de rotation de la Terre est incliné par rapport au « point le plus haut »Non, à cause de la révolution de la Terre autour du Soleil. Certaines constellations sontvisibles toute l'année (constellations circumpolaires). Les constellations dans le plan del'écliptique sont visibles à certaines dates.

> Solution n° 3

Les méridiens et les parallèles sont des lignes virtuelles tracées à la surface de la sphère terrestreafin de se repérer sur celle-ci. Les méridiens sont des demi-cercles reliant un pôle à l'autre. Ilsont tous la même mesure. Les parallèles sont des cercles de tailles différentes, situés dans desplans parallèles au plan équatorial et donc perpendiculaires à l'axe des pôles. Le plus grandcercle, l'équateur, se trouve à égale distance des pôles.

> Solution n° 4

C'est lorsque les faisceaux lumineux du soleil n'atteignent pas un point donné : la Terre est dansson ombre propre. La durée de la nuit varie à cause de l'inclinaison de l'axe de la Terre et sarévolution autour du Soleil.

> Solution n° 5

Chaque jour, le Soleil apparaît vers l'est monte dans le ciel jusqu'à son point culminant quicorrespond au passage du méridien local (Sud), puis redescend et disparaît vers l'ouest. L'originede ce mouvement apparent est la rotation de la Terre sur elle-même.

Solutions des exercices


41Pierre Yves JOUAN

Exercice p. 39

Exercice p. 39

Exercice p. 34

Exercice p. 33

Exercice p. 33

1.

2.

3.

1.

2.

3.

1.

2.

1.

2.

3.

4.

> Solution n° 6

Durant une année, la Terre effectue un tour complet autour du Soleil en suivant unetrajectoire plane et quasi circulaire. Durant ce déplacement, l'axe des pôles de la Terregarde une orientation constante, mais sa direction n'est pas orthogonale au plan del'écliptique. L'axe fait avec la perpendiculaire à l'écliptique un angle de 24°. C'est cetteinclinaison qui est à l'origine des saisons.Solstice : dates de l'année où le jour est le plus long (solstice d'été) ou le plus court(solstice d'hiver). Equinoxe : dates de l'année où la durée du jour est égale à la durée dela nuit.Une même quantité d'énergie est apportée par un même faisceau de rayonnement solaire,elle se repartie sur une surface plus petite en été qu'en hiver. Il en résulte unéchauffement plus important en été qu'en hiver. De plus, durant l'été, la journée étantplus longue, les rayons solaires chauffent plus longtemps.

> Solution n° 7

En astronomie, une phase lunaire désigne une portion de Lune illuminée par le Soleil etvue à partir de la Terre. La lunaison est la période écoulée entre deux phases lunairesidentiques. Celle-ci a une durée de 29,5 jours.L'explication de ce phénomène réside dans le mouvement de révolution de la Lune autourde la Terre, l'ensemble étant éclairé par le Soleil situé très loin. L'angle sous lequel nousvoyons la partie éclairée de la Lune change au cours de son mouvement, ce qui faitévoluer son aspect dans le ciel.Sur l'image, on aperçoit un premier croissant. Il est observable en fin de journée.

> Solution n° 8

Il y a synchronisation entre la période de révolution autour de la Terre et sa période de rotationelle nous montre donc toujours la même surface. C'est vrai en tout point de la Terre.

> Solution n° 9

Les éclipses de Lune et de Soleil sont des phénomènes qui se produisent lorsque la Terreou la Lune sont touchées par le cône d'ombre formé par l'autre astre. Il faut, pour cela,que les 3 astres soient parfaitement alignés.Lors de l'éclipse de Lune, la Terre est entra le Soleil et la Lune, cette dernière se trouvedans la zone d'ombre portée de la Terre (pleine lune).

> Solution n° 10

Notre système solaire se compose d'une étoile, le Soleil, et des différents astres quitournent autour de cette étoile : huit (ou neuf !) planètes, les comètes et une multitudede corps rocheux (Lune et autres satellites des planètes).Les étoiles sont des soleils, des astres chauds qui produisent la lumière qu'ils émettent.Les planètes sont des astres froids qui tournent autour d'un soleil et qui sont éclairés parcelui-ci.C'est un astre que l'on voit que le soir ou le matin. Ce n'est pas une étoile mais laplanète VénusDeux facteurs influent sur la luminosité apparente d'une étoile : l'intensité de sonrayonnement intrinsèque et son éloignement.


42Pierre Yves JOUAN

> Solution n° 11

Mercure, Venus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.Les 4 premières sont des planètes telluriques, les 4 dernières sont des géantes gazeuses

Solutions des quiz

43Pierre Yves JOUAN

Exercice p. 4 > Solution n° 1

ExerciceVrai

Faux

ExerciceVrai

Faux

ExerciceVrai

Faux

C'est faux ! L'étoile du berger est la planète Vénus. En rotation autour du Soleil, sa position n'estpas "fixe" par rapport à la Terre.Sur Terre, actuellement, la direction du nord est indiquée par l’Étoile Polaire

ExerciceVrai

Faux

C'est faux. Cela n'est vrai que deux jours par an, aux équinoxes.

ExerciceVrai

Faux

C'est faux. Les jours s'allongent à partir du 21 Décembre, début de l'hiver.

ExerciceVrai

Faux

C'est faux. La Terre est au plus proche du Soleil le 3 janvier. La distance alors d'environ 147,5millions de km, contre une distance moyenne de 150 millions de km.

ExerciceVrai

Solutions des quiz

Solutions des quiz

44Pierre Yves JOUAN

Faux

ExerciceVrai

Faux

En toute rigueur, la Lune sont responsables des maréeset le Soleil

ExerciceVrai

Faux

C'est faux ! L'aspect de la Lune s'explique par l'angle sous lequel on voit la partie éclairée de laLune.

ExerciceVrai

Faux

Trop petite ! Les astrophysiciens de l'UIA l'ont déclassé de son titre de planète.

ExerciceVrai

Faux

C'est faux ! Notre système solaire se situe dans un des bras en spirale de la Voie lactée.

ExerciceVrai

Faux

C'est vrai ! Mais on a encore un peu de temps .... les pires prévisions prévoient la disparition denotre système solaire dans 4 milliards d'années !

préparation crpe -...

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