Chapitre 2/3 : Les mouvements de la Terre

Chapitre 2/3 : Les mouvements de la Terre

1/ Que pensez-vous ? Répondre par vrai ou faux aux propositions suivantes.

Proposition Vrai Faux

Il fait froid en hiver car la Terre s’éloigne du soleil x

Une année dure 24 h x

Un jour terrestre dure 24h. x

La nuit est due au fait que le soleil s’éteint x

Si c’est l’été dans l’hémisphère sud, c’est l’été dans l’hémisphère nord. x

Il n’y a pas de saisons au pôle nord. x

A l’équateur, il y a la même durée du jour et de la nuit toute l’année. x

La Terre a une trajectoire circulaire autour du soleil x

La Terre effectue un tour autour du soleil en 365 jours environ x

La terre effectue un tour sur elle-même en 12 h x

La durée du jour est la même pour toutes les planètes. x

Une année sur Jupiter est égale à une année martienne. x

Les planètes proches du soleil tournent moins vite que les planètes éloignées du

soleil x

En France il y a 4 saisons. x

La terre est au centre de l’Univers x x

Les étoiles dans le ciel sont moins éloignées que Pluton. x

1/ Les représentations des objets célestes au fil de l’histoire de l’Humanité

Texte issu de Jean pierre Luminet + http://tm.cblprod.net/

En regardant le ciel, les Hommes ont tenté de se représenter le monde dans lequel ils vivaient. Une longue épopée. Qui sont les grands découvreurs de l’histoire de l’astronomie ?

 8eme siècle avant JC : La terre est considérée comme un disque plat entouré d’un océan circulaire.

 7eme siècle avant JC : Anaximandre imagine la Terre comme un cylindre dans le Cosmos.

 -500 avant JC : La Terre est représentée comme une sphère fixe au centre de l’Univers.

 -400 avant JC , Grèce antique : Aristote et la plupart des philosophes de l’époque croyaient que le ciel tout entier tournait autour de la Terre, laquelle était supposée fixe et parfaitement immobile au centre de l’Univers. C’est la théorie géocentrique.

 IIIème siècle avant JC : Aristarque de Samos affirma au contraire que la Terre tournait non seulement sur elle- même mais aussi autour du Soleil qui était le centre de l’Univers (des idées irrecevables pour l’époque). Un autre grec, Hipparque, a dressé le premier catalogue d’étoiles du monde occidental, découvert la précession des équinoxes et inventé l’astrolabe.

 IIIème siècle avant JC : A Alexandrie, Eratosthène calcule correctement la circonférence de la Terre (40 000 km)

 IIème siècle après JC : Claude Ptolémée a tenté d’expliquer les mouvements complexes de planètes dans le ciel par la théorie des épicycles dans l’almageste : selon lui, en tournant autour de la Terre, les planètes effectuaient en plus des petits cercles sur leurs orbites. La réputation de Ptolémée était telle que cette erreur persista longtemps après le déclin de la Grèce.

 Au 16eme siècle, en 1543 : Après la chute de l’empire romain d’occident le polonais Nicolas Copernic dit que la terre tourne autour du soleil en un an en même temps qu’elle tourne sur elle-même en 24 h. C’est la théorie

héliocentrique. Les planètes ont des orbites circulaires uniformes et le ciel s’arrête au firmament. Il explique avec ce modèle l’alternance jour/nuit, le mouvement de révolution de la terre autour du Soleil et le mouvement e

précession des équinoxes. Mais il était trop tôt pour que cette théorie soit acceptée.

 1584 : Giordano Bruno Clame haut et fort que la Terre tourne autour du soleil mais aussi que l’Univers est infini : La sphère des fixes n’est qu’un horizon apparent et il n’y a plus de centre de l’univers. Pours ses idées, il sera brulé sur le bucher.

 Vers 1572 : Tycho Brahé, astronome danois, accumule des observations précises sur le mouvement des planètes, classe un millier d’étoiles et construit le premier grand observatoire européen sur une ile au Danemark avec des instrument gigantesques. Il établit un modèle dans lequel les planètes tournent autour du soleil et que ce dernier ainsi que la lune tournent autour de la Terre. C’est un modèle conciliant les systèmes de Copernic et Ptolémée.

Son modèle va perdurer jusqu’à sa mort en 1601.

 Début 17ème siècle, vers 1600: Les observations de Tycho Brahé permettent au génialissime Johannes Kepler de comprendre que les planètes tournent autour du soleil avec des orbites elliptiques. Il découvre trois lois régissant leur mouvement et pose les bases de l’optique.

 En 1600 : Lippershey met au point une lunette astronomique que Galilée perfectionne en 1609

 En 1609, Galilée utilise pour la première fois une lunette astronomique pour observer le ciel. Il découvre le relief de la lune, les phases de la lune, les satellites de Jupiter et un grand nombre d’étoiles invisibles à l’œil nu. Autant de choses qui n’étaient pas explicables par l’astronomie de Ptolémée. Galilée se prononça en faveur du système héliocentrique de Copernic, mais en 1633, il dut se rétracter devant le tribunal de l’inquisition.

 1687 : Le génial Isaac Newton découvre en 1687 la loi de la gravitation universelle. Il explique les travaux de Kepler et fait naitre l’astronomie moderne.

 1781 : William Herschell découvre Uranus grâce aux observations et aux calculs de trajectoires possibles grâce aux travaux de Kepler et Newton. Il étudie les étoiles doubles et effectue les premières mesures de distances dans l’espace (138 millions de km pour la distance Terre/soleil). Il mesure la taille de la voie lactée. (diamètre de 20 000 a.l et 4000 a.l d’épaisseur)

 1795 : La forme de la Terre est utilisée pour définir 1m : 1m est la dix millionième partie du quart du méridien terrestre.

 1916 : Einstein présente la théorie de la relativité générale, plus complète que la théorie de Newton.

En parallèle, les premiers télescopes géants sont entrés en fonctionnement en Californie. Grace à eux, les astronomes américains dont Edwin Hubble ont montré l’existence de Galaxies dont Andromède et prouvé que celles-ci s’éloignaient. C’est Lemaitre, qui en 1927, a compris que le phénomène était dû à l’expansion de l’univers.

En 1931, il pose les bases de la cosmologie moderne et le modèle du Big bang apparait.

 1968 : Pour la première fois, la Terre est vue en entier par un humain (Apollo 8)

 1980  aujourd’hui : les satellites d’observation permettent de parfaitement cartographier la planète Terre.

Aujourd’hui, la recherche est devenue essentiellement collective, de sorte que l’histoire future ne retiendra probablement pas de noms savants au même titre qu’un Copernic, Kepler, Newton ou Einstein.

Travail à faire : Grâce aux étiquettes ci-dessous, construis une frise chronologique retraçant les grandes évolutions des représentations de la Terre dans l’espace.

Terre plate

Modèle entre héliocentrique et géocentrique

Modèle héliocentrique

Modèle géocentrique

Terre cylindre

Phase de la lune de Galilée

Appolo 8 : vue du globe Terrestre

Satellite autour de la Terre

Big bang et univers en expansion

Lunette astronoimique de Lipperschey

L’univers est infini et la Terre

tourne autour du Soleil Découvre la loi de la gravitation

Découverte de la relativité générale Découvre Andromède et l’expansion des galaxies

B/ Bilan

Définitions : Héliocentrique : Se dit de la représentation d’un Système Solaire avec le soleil au centre.

Géocentrique : Se de la représentation d’un système solaire avec la Terre au centre.

Durant l’antiquité, la représentation du système solaire était géocentrique : Tous les astres tournaient autour de la Terre. A partir de Copernic, en 1543, le système héliocentrique s’est imposé : Les planètes tournent autour du Soleil. Les humains ont d’abord pensé que la Terre était plate mais elle est sphérique comme toutes les autres planètes du système solaire.

Système géocentrique (Terre au centre du Système

solaire) de l’Antiquité Système héliocentrique de Copernic (1543) (Soleil au centre du Système Solaire)

Exercices d’application supplémentaires :

Question 1: Pline l’ancien, au premier siècle après JC, a observé depuis un navire que le sommet d’un phare apparaissait

avant le pied.

Quel schéma permet de comprendre son observation ?

Question 2 : Lors de l’observation d’une éclipse de lune, on observe l’ombre de la Terre sur la lune. Pourquoi l’observation d’une éclipse de lune permet-elle de montrer que la Terre est une sphère ? On le voit en traçant les cercles

L’ombre de la Terre apparait spéhrique.

Question 3 : Képler avait prédit des trajectoires de planètes elliptiques autour du soleil. A la manière de Kepler, dessine une éllipse. Pour cela :

 Plante deux punaises dans ton cahier ou sur une feuille située sur un carton : ce seront les foyers de l’ellipse.

 Accroche une petite ficelle et trace l’ellipse. La ficelle doit toujours être tendue.

 Rapproche les punaises et trace de nouvelles ellipses.

Quand les punaises sont au même endroit, que constates-tu ? On obtient un cercle.

Eclipse de lune

Activité Stellarium :

1/ Aller sur stellarium.

2/ Règle l’heure à 23h pour observer le ciel en pleine nuit.

3/ Quelles sont les planètes visibles dans le ciel ? Uranus, Jupiter, Vénus…

4/ Quelles sont les positions de ces 4 planètes ? Sur la voûte céleste, sans position particulière. Elles ne sont pas proches des étoiles situées derrière.

5/ Modifie l’heure et la date en cliquant sur ou sur . Le temps va défiler rapidement

Une constellation est un ensemble d’étoiles dont les projections sur la voute céleste sont suffisamment proches pour qu’on décide de les relier par des lignes imaginaires afin de créer une forme familière. Elle peut

représenter un personnage, un animal, un objet…

6/Ajoute les constellations avec les boutons

7/ Si tu devais dessiner une constellation dans 6 mois, serait-elle différentes d’aujourd’hui ? Pourquoi ? Vérifie-le.

Non, les étoiles sont lointaines et apparaissent immobiles les unes par rapport aux autres, vues de la Terre. En revanche, les tournent sur la voûte céleste, à cause de la rotation de la Terre sur elle-même.

8/ Sur papier : repère la grande casserole de la grande Ourse et relie-les étoiles au stylo bleu.

Invente une constellation et nomme-la.

Les étoiles sont-elles-toujours à la même distance de la Terre et entre elles ?

A l’échelle humaine, on peut considérer que oui.

2/ Le mouvement de rotation de la Terre sur elle-même

La même chose se répète toutes les ………..

Pourquoi ?

1/ En regardant la photographie « time lapse » , que peux-tu en déduire ? La Terre tourne sur elle-même, et son axe de rotation est

2/ Dessine l’ombre d’un bâton sur les situations ci-dessous, où le soleil bouge dans le ciel :

3/ Complète le texte avec les mots suivants : nord / sud x 2 /est x2 / ouest x2/journées/ axe de rotation / 24 / 1 / nuit / course apparente

La Terre tourne sur elle-même autour de son axe de rotation (passant par le pôle nord et le pôle sud), d’ouest en est. Elle fait un tour complet sur elle-même en environ 1 jour, soit 24 h.

Cette rotation explique l’alternance des journées et de la nuit.

Pour un terrien dans l’hémisphère nord, le Soleil semble se lever à l’ouest, culminer au sud, et se coucher à l’est : c’est la course apparente du Soleil.

3/ Le mouvement de révolution de la Terre autour du soleil

Quelles sont les conséquences ? 1/

Les saisons

La Terre a un mouvement de révolution autour du Soleil. Elle tourne autour su soleil en 1 an, soit 365,25 jours, dans le plan de l’écliptique. Sa trajectoire est quasi- circulaire.

L’axe de rotation de la Terre est incliné de 23,27 °par rapport au plan de l’écliptique.

Document 1 : Révolution de la Terre autour du Soleil + saisons

Document 2: Inclinaison des

rayons du soleil sur le globe Document 3 : Expérience d’éclairement

Document 4 : Inclinaison des rayons du soleil au cours de l’année

Document 5 : Course apparente du soleil au cours des 4 saisons (dans l’hémisphère nord)  c’est l’inverse dans l’hémisphère sud

Ville Latitude longitude Durée max/min de la journée le 21 juin 2016

(solstice)

Durée de la journée le 21/23 septembre/21 mars

(équinoxe)

Durée max/min de la journée le 21 décembre 2016

(solstice)

Quito 0,22 ° Sud 78,5 ° Ouest 12 h 12 h 12h

Stockholm 59,3 ° Nord 18,1 ° Est 18 h 37 12 h 6 h 5 min

Paris 48,8 ° Nord 2,4 ° Est 16h 11 min 12 h 8 h 15

Sydney 33,8 ° Sud 151,2 ° Est 9 h 53 min 12 h 14 h 25

Ushuaia 54,8 ° Sud 68,3 ° Ouest 7 h 12 min 12 h 17 h 20

Pole Nord 90 ° Nord 0 ° 24 h 12 h 0 h

Pole Sud 90° Sud 0° 0 h 12 h 24 h

1/ Quelles sont les 4 saisons en France ? Automne, été, printemps, hiver

2/ Au cours de l’année, l’inclinaison des rayons du soleil change-t-elle ? Si oui, Pourquoi ? Oui, elle change car l’axe de rotation de la Terre est incliné et que la Terre tourne autour du Soleil.

3/Entre l’hiver et l’été, dans l’hémisphère nord, l’inclinaison des rayons du soleil augmente , diminue ou reste la même ?

L’inclinaison diminue. Les rayons deviennent plus « verticaux »

4/ En conséquence : pourquoi fait-il plus chaud en été qu’en hiver dans l’hémisphère NORD ? (docs 2/3/6) Il fait plus chaud car moins les rayons sont inclinés, plus il fait chaud.

5/ Complète le petit tableau ci-dessous à l’aide du document 3 et 4 : Date où les rayons sont le plus

hauts Date où les rayons sont le plus bas

Hémisphère nord (Paris) 21 juin 21 décembre

Hémisphère sud (Sydney) 21 décembre 21 juin

6/ Quelles sont les dates de début de saisons dans l’hémisphère Nord et dans l’Hémisphère Sud ? (docs 1-4)

7/Pourquoi les saisons dans l’hémisphère NORD sont inversées par rapport à l’hémisphère sud ? PARIS

(Hémisphère NORD)

Printemps Date : 21 mars

Eté : Date : 21 juin

Automne Date : 21 septembre

Hiver Date : 21 décembre

Sydney (Hémisphère SUD)

Automne Date : 21 mars

Hiver Date :21 juin

Printemps Date : 21 septembre

Eté Date : 21 décembre Document 6 : variations de températures et de durée du jour à Paris au cours de l’année

Document 7 : durée de la journée et de la nuit dans quelques villes

Les saisons sont inversées car lorsque les rayons sont peu inclinés dans l’hémisphère nord, ils sont très inclinés dans l’hémisphère sud (vice-versa)

………

8/ Cherche les définitions des expressions : équinoxes de printemps et d’automne, solstice d’été, solstice d’hiver. (sur internet ou dans un dictionnaire)

Solstice d’été : : Moment de l’année où l’hémisphère nord est le plus incliné vers le soleil et où l’hémisphère sud est le moins incliné vers le soleil. C’est le moment de l’année où la durée de la journée est la plus longue dans l’hémisphère nord, la plus courte dans l’hémisphère sud.

Solstice d’hiver : Moment de l’année où l’hémisphère sud est le plus incliné vers le soleil et où l’hémisphère nord est le moins incliné vers le soleil. C’est le moment de l’année où la durée de la journée est la plus longue dans l’hémisphère sud, la plus courte dans l’hémisphère nord.

Equinoxe : C’ est le moment de l’année où la durée du jour et la durée de la nuit sont égales en tout point de la Terre. On parle d’équinoxe de printemps (21/22 mars) et d’automne (21/22 septembre) (equi : égale et nox : nuit)

Bilan : complète le texte bilan :

L’inclinaison de l’axe de la rotation de la Terre et la révolution de la Terre autour du Soleil expliquent l’alternance des saisons. En France , il y a 4 saisons : l’automne, l’été, l’hiver, le printemps.

Pendant l’hiver, en France, les rayons lumineux sont très inclinés et il fait froid Pendant l’été, les rayons lumineux sont peu inclinés et il fait froid.

Les saisons dans l’hémisphère nord et dans l’hémisphère sud sont inversées.

Une autre conséquence très reliée : la variation de la durée de la journée et de la nuit au cours de l’année

9/ Sur le planisphère ci-dessous, surligne ou trace:

En bleu En violet En jaune En noir en rouge En vert

l’équateur le tropique du Cancer

le méridien de Greenwich (méridien

d’origine)

le tropique du

capricorne un parallèle un méridien 10/ Donne les définitions des mots : Longitude ? Latitude ?

Latitude: Coordonnée géographique exprimant l’angle entre l’équateur et un point de la Terre situé sur un parallèle. Elle va de 0° à l’équateur à 90 °Nord( pôle nord) ou 90° sud (pôle sud)

Longitude: Coordonnée géographique exprimant l’angle entre le méridien de Greenwich et un point de la Terre situé sur un autre méridien. Elle va de 0° au méridien de Greenwich à 180 °EST( Fidgi) ou 180° OUEST (FidGi aussi)

11/ Sur le planisphère ci-dessous, place les différentes villes du tableau du doc 5 (pas le pole nord et le pole sud, seulement les 5 premières villes))

12/ D’après le document 6 et 7 , surligne la bonne réponse :

A B C

A Quito, ville située quasiment sur l’équateur, la durée de la journée

est

Inférieure à la durée de la nuit toute l’année

Egale à la durée de la

nuit tout l’année Supérieure à la durée de la nuit toute l’année A Paris, la durée maximale de le

journée est de : 8h15 le 21 juin 16h11 le 21 juin 9h53 le 21 juin

A Ushuaia, la durée maximale de

la journée est de : 17h20 le 21 décembre 14h25 le 21 décembre 7h12 le 21 juin La durée de la journée dépend : Seulement de la latitude

NORD/SUD Seulement de la longitude (EST/OUEST)

Ni de la latitude, ni de la longitude Au pôle nord, il n’y a pas de nuit

le 21 mars 21 juin 21 décembre

Les dates où il y a 12 h de journée et 12 h de nuit partout sur la Terre

sont

Lors des solstices : 21 juin/21 décembre

Lors des équinoxes : 21

septembre / 21 mars Le 10 aout et le 10 février

Bilan

L’inclinaison de l’axe de la rotation de la Terre, la révolution de la Terre autour du Soleil et la rotation de la Terre sur elle-même expliquent (comme les saisons) la variation de la durée de la journée et de la nuit au cours de l’année.

On parle d’équinoxe de printemps et d’automne lorsque la durée de la journée est égale à celle de la nuit. Dans l’hémisphère nord, les dates ont lieu environ le 21 mars et le 21 septembre.

On parle de solstice d’hiver et d’été lorsque les durées du jour ou de la nuit sont minimales ou maximales. . Dans l’hémisphère NORD, les dates ont lieu le 21 juin et le 21 décembre

Toute l’année, à l’équateur, il y a 12 h de journée et 12 h de nuit

Autres documents :

Expérience avec une lampe et un morceau de chocolat

Durée de la journée à Stockholm (hémisphère Nord)

Durée de la journée à brazzavile

(équateur)