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7/23/2019 cours_astronomie.pdf

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LA TERRE

I. L’alternance journée/nuit***

Au cours de la journée, dans l'hémisphère nord, le Soleil apparaît vers L’est, monte

dans le ciel pour culminer plein sud vers midi, puis redescend et disparaît versl’ouest.

Observation directe du mouvement apparent du Soleil au cours d’une journée

fig.1 : observation du mouvement apparent du Soleil

au cours de la journée

Observation directe du mouvement apparent des étoiles au cours de la nuit

Au cours de la nuit les étoiles semblent tourner autour de l’étoile polaire.Pour un observateur placé dans l’hémisphère Nord, toutes les constellations

semblent animées du même mouvement de révolution autour de l’étoile polaire

dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

fig.2 : les étoiles semblent tourner autour de l!étoiles polaires.Temps de pose de 10,5h - Photo 400 ASA

Cours de sciences physiques et technologie UBP-IUFM d’Auvergne : Moulin, Aurillac, Le puy en Velay, Chamalières.

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EST OUEST

SUD



Observation indirecte du mouvement apparent du Soleil à l’aide d’un

gnomon.

fig. 3 : observation indirecte du mouvement apparent du Soleil

gnomon et cadran Solaire

Une journée : durée pendant laquelle le Soleil éclaire le lieu d’observation. La nuit

correspond à la durée pendant laquelle le Soleil n’éclaire pas le lieu d’observation.

! Le jour solaire vrai : intervalle

de temps qui sépare deux

passages successifs du Soleil au

méridien.

! Le jour solaire moyen : durée

moyenne des jours solaires vrais,

sa durée est de 24H. La durée

du jour solaire vrai varie de plus

ou moins dix minutes. L’équation

du temps donne la valeur de cet

écart pour tous les jours.

! Le jour sidéral : intervalle de

temps qui sépare deux passages

consécutifs d’une même étoile

lointaine au méridien. C’est en fait la durée que met la Terre pour faire un tour sur

elle même.

Un modèle explicatif *** :

Le Soleil éclaire en permanence une moitié de

la Terre : Dans la partie éclairée il fait jour,dans l’ombre propre de la Terre, il fait nuit. La


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fig. 4 : jour solaire vrai et jour sidéral



Terre tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, pour un observateur

placé au dessus du pôle Nord.

Les fuseaux horaires**

Pour coordonner les heures dans le monde entier, on a diviser la Terre en 24

fuseaux horaires. L’heure est partout la même dans un même fuseau horaire. Elle

augmente d’une unité quand on se déplace

vers l’EST et diminue d ’ u n e u n i t é v e r s

l’OUEST.

L’heure du méridien de Greenwich (passe par Londre) est prise comme

référence scientifique internationale : c’est le temps universel.

Se repérer sur Terre**...

Latitude, longitude d’un lieu


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La latitude est un angle compris entre 0 et 90° dans l’hémisphère Nord, et 0 et -90°

dans l’hémisphère sud.

Les parallèles : cercles concentriques de diamètres différents situés dans des

plans parallèles à l’équateur. On repère un parallèle avec sa latitude (angle formé

entre le plan de l’équateur et une demie droite passant par le parallèle.

Les méridiens : demi-cercles reliants les deux pôles. Par convention on a choisi le

méridien de Greenwich comme méridien d’origine.

L'équateur est à zéro degré de latitude.*

A 23,27°de latitude (qui correspond àl'obliquité), on trouve le tropique ducancer pour une latitude positive et le

tropique du capricorne pour une latitudenégative. remarque : Le jour du solsticed’été pour l’hémisphère Nord le Soleil està la verticale du tropique du cancer*

A 90°de latitude, on trouve les pôles*.

A 90°- 23,27° = 66,32°de latitude positiveou négative, on trouve respectivementles cercle polaire arctique et cercle

polaire antarctique*.


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II. L’année, les saisons***.

Solstice d!été

Equinoxe

d!automne, ou deprintemps

Solsticed!hiverNord céleste


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fig.1 : Le mouvement apparent du Soleil au cours des saisons.

fig.2 : Variation de la hauteur du Soleil à midi au cours de l!année



La trajectoire apparente du Soleil se modifie au cours des saisons***

! Au solstice d’hiver , (21 ou 22 décembre) la trajectoire du Soleil est la plus courte.

Il apparaît au dessus de l’horizon au Sud Est et disparaît au Sud Ouest.

! Aux équinoxes de printemps, (20 ou 21 mars) ou d’automne (22 ou 23

septembre), le Soleil apparaît au dessus de l’horizon exactement à l’Est et

disparaît exactement à l’Ouest.

! Au solstice d’été, (20 ou 21 juin), la trajectoire du Soleil est la plus longue. le

Soleil apparaît au dessus de l’horizon vers le Nord Est et disparaît au Nord Ouest

La hauteur du soleil varie donc durant l’année, l'inclinaison des rayons du

Soleil varie donc au cours des saisons. En hiver, la même quantité d’énergie

transportée par la lumière du soleil se répartie sur une surface plus grande qu’en

été ; la journée est également plus courte. Le réchauffement du sol et de l’air est

donc moins important : c’est donc la saison froide.

L’épaisseur d’atmosphère traversée par la lumière en fonction de l’inclinaison

participe également à la variation de l’énergie reçue au sol.

Les saisons sont inversées dans les deux hémisphères.


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Fig.3 : Plus l!angle d!inclinaison est grand, la même quantité d!énergie se répartie sur unegrande surface.



Les constellations du zodiaque*Les constellations du zodiaque sont les constellations qui se trouvent dans la bande de la

sphère céleste qui entoure le plan de l'écliptique;

La trajectoire de la Terre autour du Soleil est appelée écliptique. Sur le schéma ci-

dessus nous observons que le soleil traverse de mois en mois les constellations dela Balance, du Scorpion, du Sagittaire, ...Si la treizième constellation y était indiquée, elle serait placée entre le Scorpion et leSagittaire. Ophiucus (Oph) est la treizieme constellation zodiacale, mais elle necorrespond à aucun signe astrologique.


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Fig.4 : Les constellations du zodiaque - Mouvement apparent duSoleil dans le plan de l!écliptique



Un modèle explicatif ***:

En un an (365,26j), la Terre se déplace autour du Soleil dans le plan de l’écliptique.

Elle décrit une trajectoire elliptique, voisine d’un cercle.

fig.2 : Révolution de la Terre autour du Soleil

L’axe de rotation de la Terre reste en permanence orienté vers l’étoile polaire au

cours de son mouvement de révolution autour du Soleil. Cet axe fait un angle de

23°30’ avec la perpendiculaire au plan de l’écliptique.

Cette inclinaison fixe est la cause des évolutions observables au cours de

l’année :

! Mouvement apparent du Soleil

! Variation de l’inclinaisons des rayons du soleil

! Inégalité des journées et des nuits

! Evolution des températures

! inversion des saisons dans les hémisphères


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1 : printemps ; 2 : été ;

3 : automne ; 4 : hiver.



LE SYSTEME SOLAIRE

La Lune et ses phases

La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite

du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. Proportionnellement à sa

planète, c’est le plus gros satellite du système solaire. La distance moyenne

séparant la Terre de la Lune est de 384 400 km (soit un peu plus d'une seconde-

lumière), c'est-à-dire environ trente fois le diamètre terrestre. La Lune s'éloigne de

3,8 centimètres par an de la Terre. Avec celle-ci, la Lune est à ce jour le seul astre

que l’Homme ait pu explorer en personne.*

Observations*** : Les aspects de la lune se succèdent avec régularité selon un

cycle de 29,5 jours.

fig.1 : les phases de la lune en septembre 2010

fig. 2 : évolution de la position de la lune en un jour.


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fig. 3 : évolution de la position de la lune au cours d’une semaine

on observe la lune, à la même plusieurs jours consécutif.

La lune se déplace dans le ciel, elle passe en un point donné avec un retard de

50 minutes chaque jour.

Révolution sidérale et synodique*

Les phases observées sur TERRE résultent de la révolution de la Lune autour de laTerre et du mouvement de rotation de la Terre sur elle même :

- la période de révolution sidérale correspond à la durée nécessaire pour que lalune fasse un tour complet autour de la Terre.Tsidérale=27j 07h 43min 11,5s

- La périodicité des phases s’appelle la lunaison, ou période de révolutionsynodique : C’est la durée nécessaire pour qu’un observateur terrestre observe lamême phase, en un même lieu sur Terre.Tsynodique=29 j 12 h 44 min et 2,9 s (29,5 j)

-

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- Alors que la lune tourne autour de la Terre, la Terre continue sa propre révolutionautour du Soleil, pour que l’observateur se retrouve dans la même configuration(Soleil, Terre, Lune) la lune doit continuer sa révolution pendant deux jours et 5heures.

fig.5 : modèle explicatif : différence entre périodede révolution synodique et sidérale


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Modélisation : explication des phases de la lune. ***

C’est parce que la lune est éclairée par le Soleil qu’elle est visible, seule la partie

éclairée de la lune face à l’observateur est perçue par l’observateur.

Il n’y a pas une éclipse de lune à chaque pleine lune!***L’angle entre le plan de l’écliptique contenant l’orbite de la Terre et le plancontenant l’orbite lunaire est de 5°.

fig.7 : une autre vue du système Soleil, Terre, Lune

permettant de visualiser l’inclinaison du plan contenant l’orbite de la lune.


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fig.8 : le système Soleil, Terre, Lune vu

dans un référentiel géocentrique : vision latérale permettant

de visualiser l’inclinaison du plan lunaire par rapport à l’écliptique

Structure du système solaire*

Le système solaire compte 8 planètes en révolution autour du Soleil. Pluton a étédéclassée en 2006.

La distance des planètes au Soleil peut être exprimée en Unité Astronomique :1UA =150 millions de km, soit la distance moyenneTerre-Soleil.


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A

BCD

E

F G

H



L’UNIVERS

L’univers a une structure lacunaire

"# Système Terre-Lune : 380 000km$# Système Solaire interne : 230 Millions de km%# Système Solaire entier : 6 milliard de km&# Système des étoiles proches : 10 années lumière

'# La galaxie : 100 000 années lumière(# L’amas local : 5 millions d’année lumière)# L’Univers : 15 milliard d’années lumière

1 année lumière : distance parcourue par la lumière en une année

comme c, la vitesse de la lumière vaut environ 300 000 000 m/s, et une année 365,

25 jour on peut calculer cette distance en km vaut : 9461 milliard de km.

Le soleil est une boule de gaz extrêmement chauds. Il brûle, c'est à dire qu'il est le siègede réactions nucléaires productrices d'énergie. C'est une étoile parmi d'autres, plutôt petite,même. Le Soleil a environ 5 milliard d’année, et a encore suffisamment de combustiblenucléaire pour briller pendant 5 milliards d’années.

Le Soleil lui-même fait partie d'un ensemble d'étoiles appelé voie lactée : il s'agit d'unegalaxie spirale. Le soleil est en banlieue de cette galaxie. Les nuits particulièrementclaires, et sans lune, on peut distinguer dans le ciel une grande bande blanche qui letraverse : c'est la voie lactée, et cette tache blanche est due à la densité importanted'étoiles dans cette direction.

Les galaxies sont elles-mêmesorganisées en amas, et les amas en super-amas. Et on s'est aperçu que lesgalaxies s'éloignaient les unes desautres rapidement. En inversant alorsl'idée, cela signifie qu'il y a environ 15milliards d'années, la matière quicompose l'univers devait tenir dans unespace bien plus petit qu'aujourd'hui.L'univers semble en effet avoircommencé dans une grande explosion :le big bang.


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Définitions :

Etoile : Objet céleste de forme approximativement sphérique constitué de massesgazeuses très denses à haute température émettant un rayonnement de lumière et departicules.

Etoile filante : On appelle étoile filante le phénomène lumineux qui accompagne l'entréedans l'atmosphère d'un corps extraterrestre (météore). Cette traînée lumineuse est causéepar la vaporisation du corps et l'ionisation de l'air sur sa trajectoire.

Planète : Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoilede l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne enéquilibre hydrostatique, c'est-à-dire sous une forme presque sphérique.

La définition scientifique rigoureuse, d'une part veut qu'on réserve le nom de « planète »aux objets du système solaire (dans les autres cas, on parle d'exoplanètes), d'autre partexige que ce corps céleste ait éliminé tout corps rival se déplaçant sur une orbite proche(cela peut signifier soit en faire un de ses satellites, soit provoquer sa destruction parcollision). Ce dernier critère ne s'applique pas aux exoplanètes[1]. On estime que lenombre de planètes dans notre seule galaxie est de 1 000 milliards[2].

Soleil : Le Soleil (Sol en latin, Helios ou !"#$% en grec) est l'étoile centrale du systèmesolaire.

Astre : Un astre, ou objet céleste est un objet de l'Univers. Les règles d'accès etd'utilisation de ces corps sont régies par le droit de l'espace.

Astéroïde : Un astéroïde est un objet céleste dont les dimensions varient de quelquesdizaines de mètres à plusieurs kilomètres et qui, à la différence d’une comète, tourneautour du Soleil sur une orbite faiblement elliptique (voir Lois de Kepler). Les astéroïdesfont partie du système solaire et ne sont pas les satellites d’une planète.

Météorite : Une météorite est un corps matériel provenant de l’espace extra-atmosphérique de taille comparativement petite qui atteint la surface de la Terre. Onappelle astéroïde le corps céleste dans l’espace et météorite lorsqu’il s’écrase sur la Terre.

Comète : En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et depoussière du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse très

allongée, et souvent accompagné d'une longue traînée lumineuse due à l'interaction àvitesse élevée entre la comète au voisinage du Soleil et diverses forces émanant du Soleil :vent solaire, pression de radiation et gravitation.

Constellation : Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur lavoûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignesimaginaires, traçant ainsi une figure sur la voûte céleste.

liens : marée, les calendriers, le climat,


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