Astronomie ASTRONOMIE LE GLOBE TERRESTRE, LE JOUR ET LA NUIT I. LE GLOBE TERRESTRE 1) Caractéristiques générales C'est à Eratosthène (géomètre grec du IIIè av JC) que l'on doit la 1ère évaluation correcte des dimensions du globe terrestre : il avait trouvé 40 000 km pour la circonférence terrestre passant par le méridien d'Alexandrie. Il a fallu cependant attendre le milieu des 1960's avec les 1er satellites artificiels pour « voir » la Terre de loin et la mesurer très précisément. Les mesures actuelles donnent approximativement 40 000 km pour la circonférence méridienne (passant par les pôles) et pour la circonférence équatoriale. La 1ère est plus courte de 67 km environ car la Terre se présente comme une sphère légèrement aplatie aux pôles et renflée à l'équateur. 2) Méridiens et parallèles Les méridiens et les parallèles sont des lignes virtuelles tracées à la surface de la sphère terrestre afin de ses repérer sur celle-ci. o Les méridiens sont des demi-cercles reliant un pôle à l'autre. Ils ont tous la même mesure, environ 20 000 km. o Les parallèles sont des cercles de tailles différentes, situés dans des plans parallèles au plan équatorial et donc perpendiculaires à l'axe des pôles. Le plus grand cercle, l'équateur, se trouve à égale distance des pôles. Tout point de la surface de la Terre (excepté les 2 pôles) se trouve donc à l'intersection d'un méridien et d'un parallèle. Afin de repérer ces lignes, on définit 2 angles que l'on appelle longitude (pour le méridien) et latitude (pour le parallèle). o La longitude mesure l'écart entre un méridien et le méridien de Greenwich. Cet angle peut varier de 0° à 180 ° vers l'ouest et de 0° à 180° vers l'est à partir du méridien de Greenwich : on parle donc de longitude est et de longitude ouest. o La latitude mesure l'écart entre un parallèle et l'équateur. Cet angle peut varier de 0° à 90° de l'équateur vers le pôle Nord et de 0° à 90° de l'équateur vers le pôle Sud : on parle donc de latitude nord et de latitude sud. 3) Les points cardinaux On appelle points cardinaux les 4 points à l'horizon dans les 4 directions : nord, sud, ouest et est. Nous disposons de plusieurs moyens pour déterminer la direction des points cardinaux, et en particulier la direction du nord. o Dans l'hémisphère nord, l'étoile Polaire (repérable grâce aux constellations de la Grande Ourse et la Petite Ourse). o Direction de l'ombre la plus courte de la journée, obtenue avec un bâton vertical éclairé par le Soleil o La boussole (les « compas » dans la marine et l'aviation). La déclinaison magnétique est variable en fonction du lieu où l'on se trouve (France ? Québec). 4) Verticale et horizontale La verticalité en un point est définie par la direction de la droite passant par ce point et le centre de la Terre. Localement, on repère la direction verticale avec un fil à plomb, et le plan horizontal avec un niveau à bulle. Astronomie II. MOUVEMENTS APPARENTS DANS LE CIEL 1) Mouvement diurne du Soleil 2 méthodes principales peuvent être employées pour repérer et garder en mémoire les positions successives du Soleil dans le ciel au cours de la journée. o L'utilisation du gnomon, instrument déjà connu des Grecs, composé d'un bâton planté verticalement. On peut alors repérer et tracer sur le plan horizontal l'ombre du bâton à différents moments de la journée. On va pouvoir reconstituer le « chemin » du Soleil sur la voûte céleste. o L'utilisation d'une demi-sphère transparente posée sur un sol horizontal (la demi-sphère représente la voûte céleste pour un observateur qui serait placé en son centre). Pour repérer les positions successives du Soleil, il suffit de placer la pointe d'un crayon sur la demi-sphère : le point marqué correspond à la position du Soleil dans le ciel à ce moment-là, puisque les rayons du Soleil arrivent dans cette direction. En reliant les points, on obtient un arc de cercle représentant la trajectoire du Soleil. Grâce à ces relevés, on peut constater que, chaque jour, le Soleil apparaît vers l'est (mais pas exactement à l'est, sauf 2 jours dans l'année), monte dans le ciel jusqu'à son point culminant qui correspond au passage du méridien local (ombre la plus courte), puis redescend et disparaît vers l'ouest. En France et dans l'hémisphère nord en général, le Soleil culmine au sud, alors qu'il culmine au nord dans l'hémisphère sud. Ne pas confondre la culmination du Soleil, qui a lieu tous les jours et qui signifie qu'il a atteint sa plus grande hauteur (angulaire) de la journée, avec le passage au zénith, qui signifie à le verticale du lieu d'observation. En France, le Soleil ne passe jamais au zénith (seulement dans la région du globe située entre les 2 tropiques). 2) Mouvement nocturne des étoiles Tout comme le Soleil pendant la journée, les astres visibles la nuit (étoiles, planètes, Lune) ont aussi un mouvement apparent. L'ensemble des étoiles, qui gardent toujours les mêmes positions les unes par rapport aux autres, tourne sur lui-même. Les étoiles forment alors des arcs de cercle concentriques, sauf une étoile qui est située pratiquement au centre et qui, donc, ne bouge pas : il s'agit de l'étoile Polaire, qui se trouve, par ailleurs, dans le prolongement de l'axe des pôles de la Terre. 3) Rotation de la Terre Ces mouvements apparents diurnes et nocturnes ont en fait la même origine. Ils proviennent du mouvement de rotation de la Terre autour de l'axe des pôles. Le Soleil « se déplaçant » en apparence d'est en ouest, la rotation réelle de la Terre s'effectue d'ouest en est. La partie éclairée par le Soleil changeant continuellement, cette rotation a pour conséquence l'alternance des journées et des nuits sur la majeure partie de la Terre. La Terre tourne sur elle-même en un jour. o Le jour solaire est le temps écoulé entre 2 passages successifs du Soleil au méridien d'un même point. Pour définir le jour de 24 heures, on a donc été amené à prendre une valeur moyenne sur l'année du jour solaire. o Le jour sidéral, càd le temps que met la Terre pour se retrouver dans la même position par rapport aux étoiles, n'est que de 23 heures 56 minutes et 4 secondes. Cette durée est différente du fait que la Terre, tout en tournant sur elle-même, tourne également autour du Soleil. Un point quelconque du globe revient donc chaque jour au midi solaire un peu après (environ 4 minutes) que la Terre a retrouvé la même position sidérale. Astronomie ASTRONOMIE L'ANNÉE ET LES SAISONS I. ÉVOLUTION DU MOUVEMENT APPARENT DU SOLEIL AU COURS DE L'ANNÉE 1) Une journée de durée variable Au cours d'une année, la durée de la journée varie sensiblement. En France, une journée dure environ 8 heures pour la plus courte (décembre) et environ 16 heures pour la plus longue (juin). o Solstice d'été : jour où la journée est la plus longue, le 21 ou 22 juin o Solstice d'hiver : jour où la journée est la plus courte, 21 ou 22 décembre La durée de la journée est donc croissante du solstice d'hiver jusqu'au solstice d'été. C'est ensuite l'inverse durant les 6 mois suivants. Il y au cours de l'année 2 jours où la durée de la journée et celle de la nuit sont identique, à savoir 12 heures. Ce sont les équinoxes de printemps (20 ou 21 mars) et d'automne (22 ou 23 septembre). Le fait qu'il y ait plusieurs dates possibles pour les solstices et les équinoxes provient du décalage entre l'année civile, de 365 jours, et l'année « astronomique », plus longue d'environ 1/4 de jour, avec le principe de l'année bissextile tous les 4 ans pour rattraper le décalage. 2) Des trajectoires différentes Pour un même point du globe, le mouvement apparent du Soleil varie au cours de l'année. o Au moment du solstice de décembre, le lever du Soleil a lieu vers le sud-est, l'ascension est faible, et le coucher a lieu vers le sud-ouest. Cette trajectoire du Soleil la plus courte correspond bien à la journée la plus courte. o Au moment du solstice de juin, le Soleil se lève vers le nord-est, l'ascension est forte, et il se couche vers le nord-ouest. Cette trajectoire la plus longue correspond bien à la journée la plus longue. o Aux équinoxes, le Soleil se lève à l'est et se couche à l'ouest. La trajectoire du Soleil au-dessus de l'horizon forme alors exactement un demi-cercle, ce qui correspond bien à une durée égale de la journée et de la nuit. Toutes les trajectoires représentées restent centrées sur le même axe, qui a la direction de l'axe de rotation de la Terre, donc dirigé pratiquement vers l'étoile Polaire. 3) Un apport d'énergie différent selon les saisons Le Soleil culmine à des hauteurs différentes au cours de l'année. Plus le Soleil est haut dans le ciel, plus ses rayons frappent la surface de la Terre suivant une direction proche de la verticale. Une même quantité d'énergie apportée par un même faisceau de rayonnement solaire se répartit donc sur une surface plus petite en été qu'en hiver. Il en résulte un échauffement plus important en été qu'en hiver. De plus, durant l'été, la journée étant plus longue, les rayons solaires chauffent plus longtemps. Sous nos latitudes,...
