TP n° 8 Relativité du mouvement : le mouvement rétrograde de Mars

TP n° 8 Relativité du mouvement : le mouvement rétrograde de Mars Objectifs : ! Utiliser un logiciel libre et gratuit de simulation astronomique : Stellarium ! Décrire la trajectoire d’un corps par rapport à différents corps de référence ! S’approprier la notion de relativité d’un mouvement I.
Problématique Définition : une chronophotographie est la superposition de différentes photos d’un même corps prises à intervalles de temps réguliers La chronophotographie ci-­‐contre où Mars est photographiée tous les 5 jours, montre un mouvement complexe alors que les planètes de notre système solaire ont des trajectoires circulaires (ou légèrement elliptiques) autour du Soleil. Pour tenter de comprendre ce phénomène, nous allons utiliser un logiciel de simulation astronomique appelé Stellarium II.
Observation depuis le Terre Configuration de Stellarium
a. Arrêter le défilement automatique du temps (bouton lecture).
b. Se placer au pôle Nord (pour éviter un trop fort balancement du ciel quand on fera défiler le
temps)(fenêtre positionnement :rentre latitude N 90)°
c. Eliminer l’atmosphère, le sol et les points cardinaux.
d. Activer les noms des planètes, des constellations ainsi que le dessin de ces dernières.
e. Se placer à la date du 21/7/2009 et demander Mars dans la fenêtre de recherche et le fixer à
l’écran.(centrer sur objet sélectionné).
f. Dans la fenêtre de configuration cocher « montrer les orbites des planètes ».
Le Soleil doit être à gauche de Mars. Si ce n’est pas le cas «dézoomer» jusqu’à le faire apparaître. 1. Dans quelle constellation se trouve Mars le 21/7/2009? 2. A partir de cette date, faire avancer les jours (fenêtre date et heure) sans toucher l’heure et observer le déplacement de Mars par rapport aux constellations. Dans quelle constellation se trouve Mars a. le 21/9/2009 ? b. le 3/11/2009? 3. Que se passe-­‐t-­‐il aux alentours de mi-­‐décembre ? Mars arrive-­‐t-­‐elle dans la constellation du Lion ? 4. Décrire le mouvement de Mars par rapport aux constellations pendant janvier et février 2010. 5. Qu’observe-­‐t-­‐on pendant le mois de mars 2010 ? III.
Tracé des positions de Mars et la Terre dans le référentiel héliocentrique 1.
2.
3.
4.
IV.
Repartir au 21/7/2009 et refaire défiler les jours mais en regardant l’évolution de la distance Terre-­‐Mars (en haut à gauche de l’écran) au fil des jours et repérer le moment où Mars est au plus proche de la Terre. Relever cette distance en UA. On rappelle qu’une unité astronomique UA est la distance moyenne Terre-­‐
Soleil Demander le Soleil et relever à cette même date la distance Terre-­‐Soleil. Toujours à la même date, se placer sur Mars et relever la distance Mars-­‐Soleil. A partir de ces 3 données collectées, faire le schéma avec l’échelle 5 cm pour 1 UA dans le référentiel héliocentrique montrant la situation du Soleil, la Terre et Mars lorsque cette dernière est au plus proche de la Terre (On pourra supposer les orbites circulaires et concentriques). Observation dans le référentiel héliocentrique Configuration de Stellarium
a. Se placer au-dessus du système solaire en choisissant « solar system observer» dans la fenêtre de
positionnement.
b. Demander le Soleil et le fixer.
c. Mettre « Etiquettes et Repères » au niveau maximum pour « Planètes » dans l’onglet « Ciel » de la
fenêtre « configuration du ciel ».
d. Régler le zoom de façon à avoir les orbites des planètes telluriques à l’écran (jusqu’à Mars). Il faut
avoir fixé le Soleil sinon il n’y aura que l’orbite de Mars.
1. Vérifier alors : " que la Terre tourne plus vite que Mars autour du Soleil. " la validité des schémas faits à la question III.4. 2. Sur le schéma précédent dessiner approximativement les positions de la Terre et Mars le 20/12/09 puis le 15/03/10 3. Expliquer maintenant le mouvement de Mars observé depuis la Terre appelé « rétrogradation de Mars ». Le document représente 20 positions simultanées de la Terre (T1, T2…) et de Mars (M1 M2...) autour du Soleil. Il s’agit donc de la trajectoire des planètes dans le référentiel héliocentrique. 4. Tracez sur la feuille de papier calque un repère orthogonal d’origine G. Il s’agit du référentiel géocentrique lié à la Terre. Tracez en un second d’origine O’ sur la feuille imprimée. Au cours de tout le pointage qui va suivre les axes doivent rester parallèles entre eux. Placez le point G sur la première position T1 de la Terre. Repérez par un point la première position M1 de Mars. Placez ensuite le point G sur la deuxième position T2 de la Terre. Repérez la deuxième position M2 de Mars. Procédez de la même façon pour tous les autres points. 5. Quelle trajectoire retrouve-­‐t-­‐on ?