2nde Thème : Univers TP n°8
Physique
La relativité du mouvement
Chap.6 But du TP : Observer le mouvement des astres selon différents référentiels pour mettre en évidence la relativité du mouvement. Utiliser le logiciel Stellarium pour l’observation.
Quelques définitions
Astre : c’est un corps céleste lumineux par lui-même ou éclairé par un autre corps. Les planètes, les comètes et les étoiles sont des astres.
Planète : Une planète est un corps céleste tournant autour d’une étoile. La Terre tourne autour du Soleil.
Satellite : C’est un corps naturel ou artificiel en orbite autour d’un corps massif comme une planète.
Fond de carte du ciel : Les étoiles étant fixes les unes par rapport aux autres, on peut établir une carte du ciel. Les anciens ont regroupés les étoiles en dessins imaginaires appelés constellations.
Référentiel : Un référentiel est un objet considéré comme fixe par rapport aux astres, on peut établir une carte du ciel.
Les référentiels utilisés en physique sont principalement :
Le référentiel héliocentrique lié au centre du Soleil ;
Le référentiel géocentrique lié au centre de la Terre ;
Le référentiel terrestre lié à tout objet fixe sur la surface terrestre.
I. Galilée et les satellites de Jupiter
Dès le début du XVIIe siècle, le savant italien Galilée (doc.1) est convaincu par le modèle héliocentrique du monde (le soleil est au centre et les planètes lui tournent autour). Il s’oppose ainsi au modèle d’Aristote.
En 1610, Galilée découvre Io, Europe, Ganymède et Callisto, quatre satellites de Jupiter qu’il observe à l’aide de sa lunette astronomique. Il relate ainsi ses observations dans un ouvrage le messager des étoiles, dans lequel il dessine avec précision ce qu’il voit. Sur les schémas ci- dessous, "ori" désigne la direction Est, "occ." la direction Ouest. Jupiter est représenté par un cercle.
« Le 7 Janvier de cette année 1610, à la première heure de la nuit, alors que j'observais les étoiles à la lunette, Jupiter se présenta, et comme je disposais d'un instrument tout à fait excellent je reconnus que trois petites étoiles étaient près de la planète. Je pensais que c'étaient des étoiles fixes mais quelque chose m'étonnait : elles semblaient disposées en ligne droite et étaient plus brillantes que le reste des étoiles. Voici quelle était leur position par rapport à Jupiter : Je ne me préoccupais pas d'abord de leurs distances entre elles et Jupiter car, comme je l'ai dit, je les avais prises
pour des étoiles fixes. Mais quand, le 8 Janvier, guidé par je ne sais quel destin, je regardais du même coté du ciel, je trouvais une disposition très différente. Les trois petites étoiles étaient en effet toutes à l'ouest de Jupiter et elles étaient plus proches entre elles que la nuit précédente, comme le montre le dessin suivant : »
Les jours suivants, Galilée continue à observer cette région du ciel. Il comprend alors que les « étoiles » sont en réalité de petits astres tournant autour de Jupiter comme la Lune tourne autour de la Terre. Le 13 Janvier, pour la première fois, il aperçoit quatre « petites étoiles »…
Présentation de la découverte de Galilée
Vidéo : Galilée ou la fin du géocentrisme (http://www.curiosphere.tv ) Protocole expérimental
Ouvrir le logiciel Stellarium, dont la notice est disponible.
Choisir le lieu Padova en Italie (ville de Padoue) : voir figure 1 page 4.
Choisir la date du 7 Janvier 1610 à la première heure de la nuit. : voir figure 2 page 4.
Pour plus de clarté, supprimer l’affichage de l’atmosphère, du sol et de la brume.
Arrêter le défilement du temps (Pause). Rechercher Jupiter et centrer l’observation sur cet astre. Avec la molette de la souris, zoomer pour voir distinctement les satellites de Jupiter.
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doc.1 Galilée (1564-1642)
Questions
1) Faire défiler les jours suivants, à la même heure, et réaliser les croquis comme a dû les faire Galilée le 13 et le 15 Janvier 1610. Indiquer le nom des satellites.
2) Pourquoi n’a-t-il représenté que trois satellites sur les schémas ci-dessus du 7 et 8 Janvier ? 3) Décrire la trajectoire des satellites vus de la Terre. Si besoin, accélérer le temps…
Pour comprendre ces observations, il faut se placer dans le référentiel lié au centre de Jupiter (choisir Observation du système solaire) dans la fenêtre de positionnement : voir figure 3 page 4.
4) Décrire la trajectoire des satellites dans le référentiel jupitérien.
5) Pourquoi les réponses aux questions 4 et 5 ne sont-elles pas identiques ? II. Copernic et l’héliocentrisme
C’est l’astronome polonais Nicolas Copernic (doc.3) qui est l’auteur de cette célèbre théorie selon laquelle le Soleil se trouve au centre de l’Univers
(héliocentrisme) et que la Terre - qu’on croyait auparavant centrale - tourne autour de lui, comme les autres planètes.
Les planètes se déplacent par rapport à la « voûte céleste » formées par les étoiles.
Le mouvement de la planète Mars est particulièrement étrange : La plupart du
temps, son mouvement se fait dans une seule direction, comme la Lune, le Soleil… Cependant, tous les deux ans environ, Mars a un mouvement très particulier…
A l’aide de Stellarium, observons ce mouvement depuis Rome où Copernic est présent en 1499 (on imagine qu’il y observe Mars).
1. Protocole expérimental
Paramétrer le logiciel pour qu’il affiche les lignes, les noms et les dessins des constellations.
Supprimer l’atmosphère, le sol et la brume.
Arrêter le défilement du temps et se placer à Roma (Italy) le 1/7/1499 à 2h du matin.
Rechercher et centrer la planète Mars.
Centrer sur une étoile de la constellation du Poisson
Support vidéo : Rétrogradation de Mars avec Stellarium (T. Piccin)
1.1. Observer son mouvement, jour après jour jusqu’au 1/12/1499, toujours à la même heure. Schématiser à main levée le mouvement de Mars par rapport à la Terre.
2. Interprétation
Pour expliquer ce mouvement particulier de Mars, plaçons-nous dans le référentiel héliocentrique (voir doc.4). Ainsi, la Terre, plus proche du Soleil que Mars, parcourt son orbite plus rapidement et tous les deux ans environ elle dépasse Mars.
2.1. Décrire la trajectoire de Mars dans le référentiel héliocentrique.
2.2. A présent, replaçons-nous dans le référentiel géocentrique : Les axes représentés sont dirigés vers des étoiles lointaines considérées fixes par rapport au Soleil. Les deux repères tracés sont le repère géocentrique et le repère héliocentrique.
Prendre un papier calque et placer en son milieu un repère géocentrique.
Utiliser le document ci-contre et le calque pour retrouver le mouvement de Mars observé depuis la Terre.
Expliquer la démarche suivie et tracer la courbe obtenue.
2.3. Décrire la trajectoire de Mars dans le référentiel géocentrique.
2.4. Cette trajectoire est appelée rétrogradation. Pourquoi utiliser ce mot ?
2.5. Comment justifier la différence entre les représentations des questions 1.1 et 2.1 ? III. Conclusion
Animation : Rétrogradations (D. Labatut)
Qu’entend-on par « relativité du mouvement »des astres ?
05/02/2022 tempfile_1914.doc 2/4
doc.3 N. Copernic (1473-1543)
05/02/2022 tempfile_1914.doc 3/4
doc.4 Chronophotographie de la Terre et de Mars dans le référentiel héliocentrique.
05/02/2022 tempfile_1914.doc 4/4
Figure 1
Figure 2
Figure 3
