Notre système solaire est composé d'une étoile (le soleil) autour de laquelle tournent divers objets plus petit: planètes, planétoïdes, astéroïdes, comètes,...

La trajectoire d'une planète est à peu près circulaire (une ellipse à faible excentricité) et s'appelle l'orbite. En dehors des principales planètes il existe un grand nombre (plusieurs milliers) de petites planètes qu'on appelle astéroïdes ou planétoïdes.

Le dessin ci-dessous représente les orbites des planètes du système solaire. La surface carrée représente le plan de l'écliptique dans lequel est inscrit l'orbite de la Terre et approximativement des autres planètes.

Les plus grosses planètes sont au nombre de huit. Elles tournent autour du soleil (on dit qu’elles gravitent autour de lui). Les planètes peuvent avoir à leur tour des satellites (ou lunes) qui gravitent autour d’elles.

Afin de mieux comprendre à quoi ressemble notre système solaire, nous pouvons en construire un à l'échelle 1: 10’000’000’000: il est dix milliards de fois plus petit qu'en réalité. Le Soleil mesure 14 cm  de diamètre. L'orbite des 6 premières planètes a été reporté sur le plan du collège de Béthusy. Les autres planètes sortent du cadre. Neptune par exemple, passerait par le CHUV.

Système solaire à l'échelle   1:10’000’000’000

planète

Mercure

Vénus

Terre

Mars

Jupiter

Saturne

Uranus

Neptune

distance du soleil

[m]

6

11

15

23

78

143

288

450

diamètre

[mm]

0.5

1.2

1.2

0.7

14

12

4

5

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«Le système solaire», un film de la série «C’est pas sorcier»

«Comètes et astéroïdes», un film de la série «C’est pas sorcier»

Les météorites

Meteorite Fer IAB Hassi_Jekna

Meteorite Fer IAB Magnesia 1899

Meteorite mixte (pallasite) Krasnoiarsk 1749

Meteorite mixte (pallasite) Seychman 1967

Meteorite Tamentit fer III Algerie 1863

«Le transit de Mercure, 2019», un film de la NASA.

«Le soleil», un film de la série «C’est pas sorcier»

«L’hiver», un film de la série «Tous sur orbite»

Vénus dans le ciel de Lausanne, le 16 janvier 2020 à 18h09

Evolution du Soleil, Wikipedia

Localisation du Soleil dans notre Galaxie, la «Voie lactée», Wikipedia

La foire aux questions

Qu’est-ce qu’une année ? un jour ? un mois ? 1 semaine ?

Une année : le temps d’une révolution de la Terre autour du Soleil.

Un jour : le temps d’une rotation de la Terre sur elle-même.

Un mois : environ le temps d’une révolution de la Lune autour de la Terre.

Une semaine : le temps entre des phases reconnaissables de la Lune: nouvelle lune, premier quartier, pleine lune, dernier quartier… et re-nouvelle lune.

L’année 2020 comptait 366 jours alors que 2019 et 2021 n’en comptaient que 365. Pourquoi ?

La révolution de la Terre dure 365 jours et 6 heures. Chaque année elle prend un quart de jour de retard. Au bout de 4 ans il manque 1 jour entier pour rester en phase avec notre calendrier. On rajoute ce 366e jour à l’année qui devient bissextile.

Pourquoi fait-il froid en hiver ? En hiver la Terre est pourtant au plus près du Soleil.

3.

4.

5.

Les coniques

les chondrites sont des « météorites non différenciées », formées de petites billes de métal et de sulfure (les chondres) entourées d’une gangue «rocheuse». Certaines  chondrites contiennent du carbone parfois sous forme organique (acides aminés).

Les astéroïdes sont des objets solides, originaires du système solaire qui se déplacent dans le milieu interplanétaire. Ils sont plus petits que les planètes et ont souvent une forme biscornue. Ils peuvent se fragmenter pour former des météoroïdes qui  mesurent entre 1 mm et quelques mètres. Attirées par le champ gravitationnel terrestre, ces objets traversent l'atmosphère à grande vitesse dans leur chute : ils s’échauffent et produisent de la  lumière. Ce sont des « étoiles filantes ». Certains de ces objets sont complètement détruits, volatilisés sous l’effet de la combustion. Mais d’autres arrivent jusqu’au sol : ce sont les météorites.

Certaines météorites sont capables de créer des cratères  en frappant le sol. Les plus grosses sont capables de produire un long hiver : la poussière projetée lors de l’impact dans l’atmosphère peut empêcher les rayons solaires de réchauffer le sol (comme certaines éruptions volcaniques).

On pense même que les plus grosses météorites ont pu causer des extinctions de masse. La théorie d’Alvarez, explique l’extinction des dinosaures à  la fin du Crétacé par l’impact d’une météorite et ses conséquences climatiques.

On peut classer les météorites en deux types principaux de météorites suivant leur corps provenance :

1.

On estime que 100 tonnes de matière tombent chaque jour sur Terre, essentiellement sous forme de poussières comme de la cendre de cigarette. Quelques milliers de météorites de plus d’un kilogramme tombent chaque année mais ils sont le plus souvent détruits par les conditions météorologiques.

les achondrites formées de matière rocheuse ;

Les sidérites,  principalement constituées de fer et de nickel ayant pour origine un noyau métallique ;

les pallasites ou météorites mixtes (roche-métal) formées de cristaux translucides d’olivine prisonniers d’une masse métallique. Elles proviendraient de l’interface entre le noyau métallique et le manteau rocheux.

•

•

•

les «météorites différenciées» proviennent de gros astéroïdes qui ont pu se différencier en un noyau métallique entouré d’une croûte rocheuse:

2.

cristaux translucides d’olivine

Pourquoi n’y-a-t-il pas d’atmosphère sur la Lune ?

La force de gravitation sur la Lune est trop faible pour retenir une atmosphère: ses gaz ont été balayés par les vents solaires.

Pourquoi suis-je plus léger sur la Lune que sur la Terre ?

L’attraction de la Terre est environ 6 fois plus forte que celle de la Lune. Lorsque je place une balance entre ma planète et moi, elle se fait écraser proportionnellement à la force de gravitation: je pèse 6 fois plus sur la Terre que sur la Lune.

14.

15.

La Lune est attirée par la Terre mais ne tombe pas. Pourquoi ?

13.

A quelle vitesse la Terre tourne-t-elle autour du Soleil ?

107'000 km/h en moyenne (105'000 km/h … en été et 110'000 km/h  en hiver).

L’hiver est plus court que l’été. Pourquoi ?

Voir question 10. Si la vitesse est plus grande, le trajet est plus court.

Je saute en l’air et je retombe. Pourquoi ?

La force de gravitation m’empêche de quitter la Terre.

10.

11.

12.

La force de gravitation est contrebalancée par la vitesse de la Lune et sa force centrifuge: la résultante de ces 2 forces correspond à la trajectoire de la Lune sur son orbite

Il faut imaginer que la Terre déforme l’espace autour d’elle: La Lune est comme prisonnière de cette “cuvette” gravitationnelle et tourne comme la bille d’une roulette cosmique.

20

l’atmosphère de la Terre est bleue

le “ciel” de la Lune est toujours noir.

Si la pleine lune a lieu aujourd’hui, quand aura lieu la prochaine ?

Dans 29 jours, 12 heures, 44 mn, 3s.

A quel moment de la journée le Soleil est-il le plus haut dans le ciel ?

Le Soleil culmine à midi « heure solaire ».

7.

8.

Pourquoi la Lune a-t-elle une forme différente chaque jour ?

Depuis la Terre on voit la lune éclairée sous des angles différents.

6.

A quel moment de l’année le Soleil est-il le plus haut dans le ciel ?

Le 21 juin, le jour du solstice d’été, c’est le jour le plus long et la nuit la plus courte (dans l’hémisphère nord).

9.

solstice d’été

équinoxe

solstice d’hiver

Pourquoi le Soleil semble monter et descendre dans le ciel ?

A cause de la rotation de la Terre.

Pourquoi le ciel est-il bleu sur la Terre ?

A cause de l’atmosphère. Elle laisse passer en ligne droite toutes les couleurs qui composent la lumière du Soleil sauf le bleu qui est diffusé dans toutes les directions.

17.

18.

Que se passe-t-il le jour du printemps ?

C’est l’équinoxe : le jour et la nuit ont la même durée (12h/12h). Le Soleil se lève exactement à l’Est et se couche exactement à l’Ouest.

16.

L’axe de rotation de la Terre est penché : l'inclinaison du plan équatorial terrestre sur le plan de l'écliptique est égal à 23,5°.

Lorsque l’hémisphère nord est tourné vers le Soleil : c’est l’été dans l’hémisphère nord, il fait chaud.

En hiver c’est le contraire : il fait froid.

Lune

Terre

Jupiter

Système solaire miniature

De quoi est composé le système solaire ?

1 étoile (Soleil), 4 planètes rocheuses (Mercure, Vénus, Terre, Mars), 1 ceinture d’astéroïdes, 4 planètes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune),…

Est-ce qu’on peut voir le passé ?

La lumière parcourt l’univers à la vitesse de 300'000 km/s.

Elle met environ 1 seconde pour venir de la lune, 8 minutes pour venir du Soleil et 430 ans pour venir de l’Etoile polaire. Je vois tous ces objets dans le passé.

1.

2.

Quelle est la particularité de l’Etoile polaire ?

L’axe de rotation de la Terre pointe dans sa direction. On a donc l’impression que le ciel tourne autour d’elle. C’est un point de repère fixe qui donne la direction du Nord (dans l’hémisphère Nord).

petite sidérite (météorite fer-nickel) tombée le 12 février 1947 à 10h38 en Sibérie (Sikhote-Alin)

Vénus

Une conique est une famille de courbes définies par l’intersection d'un cône de révolution avec un plan. Suivant l’inclinaison du plan par rapport au cône, on obtient un cercle, une ellipse, une parabole ou une hyperbole. Ces courbes ont un immense intérêt pour comprendre des phénomènes naturels très variés.  

Séance de cinéma

Pourquoi la Lune a-t-elle une face cachée ?

La période de rotation de la Lune est égale à sa période de révolution : 27,3 jours. A cause de cette rotation synchrone, on voit toujours le même côté de la Lune, le même hémisphère : sa face visible depuis la Terre. L'autre hémisphère étant invisible, il n'a été photographié qu’en 1959, lorsque la sonde spatiale soviétique Luna 3 a orbité pour la première fois autour de la Lune.

Pourquoi y-a-t-il plus de cratères sur la face cachée de la Lune ?

La Terre protège l’autre face.

De quoi sont formées les taches sombres de la Lune (les «mers») ?

Les « mers » lunaires sont formées de roches volcaniques sombres: des basaltes qui ont remplis le fond des reliefs. Les «terres» lunaires sont composées de roches claires riches en feldspaths: des anorthosites.

21.

22.

23.

Magnétisme solaire

La mission SDO (Solar Dynamic Observatory) suit depuis 2010 l’activité du Soleil. Elle étudie les variations de son champ magnétique au cours des cycles solaires de 11 ans. Des photos réalisées avec des rayonnements de diverses longueurs d’onde permettent de “voir” le champ magnétique solaire.

Images: NASA_SDO_Goddard

Quelle est la couleur du ciel sur la Lune « en plein soleil » ? Pourquoi ?

Le ciel est noir. parce qu’il n’y a pas d’atmosphère sur la Lune.

19.

Les noms des jours viennent des romains: Lundi (Lune), mardi (Mars), mercredi (Mercure), jeudi (Jupiter), vendredi (Vénus). Samedi (Saturne, Saturday) et dimanche (Soleil, Sunday) ont une autre origine.

Les noms des mois : septembre (7), octobre (8), novembre (9), décembre (10). L’année commençait le 1er mars dans l’ancien calendrier romain.

Le découpage du jour en 12 + 12 heures vient des astronomes babyloniens.

24.

25.

26.

basalte

anorthosite

(Apollo 15, NASA)

même les roches à l’horizon paraissent bleues

Pourquoi les étoiles scintillent-elles ? Les fluctuations de l’atmosphère terrestre perturbent la transmission de la lumière en provenance des étoiles : celles-ci semblent danser et varier d’éclat.

Quelle est la différence entre un astronome et un astrologue ?

L’astronome est un scientifique qui étudie l’Univers.

L’astrologue n’est pas un scientifique : il croit que la position relative des étoiles et des planètes a une influence sur les événements terrestres et sur la destinée humaine.

27.

28.

29.

Quelles sont les conditions qui permettent de voir une éclipse totale de Soleil?

1   

2   

3  

4   

C’est au moment de la nouvelle Lune que les 3 astres peuvent être alignés avec la Lune au milieu.

Il faut se trouver au bon endroit sur Terre: dans la zone d’ombre.

La Lune doit être dans sa position proche de la Terre sinon elle cache imparfaitement le Soleil et nous observons une éclipse annulaire

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Quelles sont les conditions qui permettent de voir ces différentes éclipses?

Visite d'un observatoire astronomique sur une île au dessus des nuages, loin de la pollution lumineuse. Structure du Système solaire: une étoile, 4 planètes telluriques (rocheuses), une ceinture d'astéroïdes, 4 planètes géantes gazeuses composées essentiellement d'hydrogène et d'hélium, la ceinture d'astéroïdes de Kuiper. Formation de l'atmosphère d'une planète. Différence entre l'atmosphère de la Terre avec celle de Vénus ou de Mars. Formation du Système solaire. Formation des anneaux des planètes.

Une orbite

C’est une courbe fermée (cercle ou ellipse) formée par la trajectoire d'un objet céleste autour d’un autre plus massif. Sous l'effet de la gravitation et des forces d’inertie (vitesse), les planètes, les astéroïdes et les comètes du Système solaire sont en orbite autour du Soleil. Une orbite a la forme d'une ellipse dont l'un des foyers coïncide avec le centre de gravité de l'objet central. 

La révolution

C’est le mouvement de translation d'un objet céleste sur son orbite. La période de révolution est la durée mise par un astre pour accomplir une révolution complète autour d’un autre astre (une planète autour du Soleil ou un satellite autour d’une planète).

Une année

C’est la durée d’une révolution de la Terre autour du Soleil (environ 365 jours … et 6 heures).

La rotation

C’est le mouvement d’un astre qui tourne sur lui-même comme une toupie. La période de rotation est la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour faire un tour sur lui-même .

Une journée

C’est la durée d’une rotation de la Terre: 24 heures.

Un satellite

C’est un corps en orbite autour d'un autre corps plus massif. La Lune est un satellite naturel de la Terre, qui est elle-même un satellite du Soleil. La station spatiale est un satellite artificiel de la Terre.

Vocabulaire de base

Une étoile

C’est un corps céleste qui produit de la lumière par des réactions de fusion nucléaire et qui rayonne cette lumière dans l’espace environnant.

Une planète

C’est un corps céleste qui tourne autour d'une étoile comme notre Soleil. Elle se déplace sur une orbite. Elle ne produit pas de lumière mais elle reflète celle qu’elle reçoit de son étoile. Elle a donc toujours une face dans l’ombre et une face illuminée.

Le spectre solaire

Astrolabe

Rennerus Arsenius, 1569

Une animation permet de «jouer avec la trajectoire des planètes»

à l’entrée de l’atmosphère

au sol

10 mètres sous l’eau