Sommaire Chocs Cosmiques Web:Guide Cosmos 2006

Transcription

Novembre 2008
GUIDE PÉDAGOGIQUE
CHOCS COSMIQUES
Dossier enseignant
Ce guide a été conçu et réalisé par le CRDP de PoitouCharentes, en collaboration avec Anne Richard, professeur
de SVT au collège Pierre Mendès France de La Rochelle.
L’objectif général est de vous fournir des pistes de travail,
des propositions d’activités dont vous pourrez vous inspirer
pour conduire un projet pédagogique ou tout simplement
pour donner un sens à la visite de votre classe au
Futuroscope, pour qu’elle devienne une étape dans un
processus plus général d’apprentissage.
SOMMAIRE
Présentation de l’attraction
Présentation du guide
●
●
Points d’entrée dans les programmes
Eléments de corrigés
Ressources documentaires
p. 3
p. 4
p. 5
p. 7
p. 7
La compréhension de l’Univers
La dynamique de l’Univers
et ses conséquences
Présentation des éléments du cosmos
Histoire de la perception de l’Univers
Le télescope spatial Hubble
L’exploration spatiale
Histoire de la conquête spatiale
Un enjeu pour le futur
Lexique
Pour en savoir plus :
quelques pistes bibliographiques
p. 7
p. 8
p. 11
p. 12
p. 12
p. 12
p. 14
p. 16
Fiches d’activités
p. 17
●
●
Consultez les mises à jour des guides pédagogiques
sur education • futuroscope • com
p. 2
p. 16
05 49 49 30 20
PRÉSENTATION DE L’ATTRACTION
CHOCS COSMIQUES
A l’occasion de l’Année Internationale de l’Astronomie
en 2009, le Futuroscope présente, dans son pavillon
dédié à l’espace, un nouveau film saisissant, Chocs
Cosmiques, qui utilise les technologies les plus avancées
en matière d’imagerie numérique.
Cette attraction est une adaptation du « Space show » de
l’American Museum of Natural History de New York.
Projeté grâce à 7 vidéo-projecteurs sur un dôme de
21 mètres de diamètre, Chocs Cosmiques offre un voyage
en 3 dimensions dans l’Univers à travers le temps.
Cette attraction est fondée sur des observations et des
informations recueillies par la N.A.S.A. grâce aux
télescopes Hubble et Spitzer. L’ensemble de ces données
scientifiques en 2 dimensions ont été modélisées par les
meilleurs techniciens de l’image en collaboration étroite
avec des astrophysiciens afin d’en produire une
représentation en 3D.
Un fabuleux voyage aux confins de l’Univers
Les étoiles, les planètes et même les
galaxies sont en perpétuel mouvement
et, comme la gravité les pousse les unes
vers les autres, elles entrent en collision.
Spectaculaires et destructrices, ces
collisions libèrent pourtant l’énergie qui
permet la croissance et l’évolution de
l’Univers. Ce film fait des spectateurs les
témoins de ces collisions impressionnantes qui ont forgé notre système
solaire ou changé le cours de la vie sur
Terre et qui continuent de modifier
notre galaxie. Il explore toute la palette
des collisions possibles dans l’espace,
aussi bien dans le passé, le présent que
dans le futur.
Au cours de cette aventure, les voyageurs
assisteront à la naissance de la Lune,
il y a 4,5 milliards d’années, quand un
astéroïde de la taille de Mars s’encastra
dans notre planète encore brûlante. Ils
se retrouveront face à la fournaise du
soleil duquel des particules énergétiques
s’échappent en permanence formant les
vents ou les tempêtes solaires à l’origine
des aurores boréales parfois observables
à nos pôles. Ils frissonneront en regardant
s’écraser la météorite qui annihila les
trois quarts de la vie sur Terre il y a
65 millions d’années. Enfin, se projetant
plusieurs milliards d’années dans le
futur, ils contempleront la collision entre
notre Voie lactée et sa plus proche
voisine, la galaxie d’Andromède.
Un espace riche en contenu documentaire
La salle d’exposition qui précède l’attraction est organisée
comme un espace pédagogique à l’intérieur duquel le
visiteur peut circuler librement. Elle se prête aussi bien à
une exploration en groupe pour les plus petits qu’à une
exploration individuelle en autonomie sur des activités
différentes pour les plus grands.
Cette salle présente notamment :
• une maquette du système solaire suspendue au plafond
(voir fiche d’activités n°1) ;
• une présentation chronologique des grands hommes
qui ont contribué à construire notre connaissance de
l’Univers ;
• une description des planètes du système solaire ;
• une représentation du robot Spirit, parti explorer Mars
en 2004 avec succès.
Guide Pédagogique Chocs Cosmiques
Retrouvez l’intégralité des éléments présents dans
cette salle (installés notamment à l’occasion de
l’Année Mondiale de l’Astronomie en 2009) sur
education•futuroscope•com
2
Parc du Futuroscope - CRDP Poitou-Charentes - 2009
PRÉSENTATION DU GUIDE
Depuis la nuit des temps, l’Homme a toujours observé le
ciel étoilé, qui est à l’origine de nombreuses croyances
et de questionnements. Le thème de l’Univers, d’une
richesse exceptionnelle, suscite donc un grand intérêt,
plus particulièrement chez les jeunes qui grandissent
dans une civilisation où les connaissances et les
interactions que nous avons avec cet univers sont de
plus en plus présentes dans notre quotidien.
L’exploitation pédagogique qui peut en être faite dépasse
largement les programmes disciplinaires (sciences
expérimentales et technologiques à l’école primaire ;
physique-chimie et SVT au collège et au lycée ; voir
détails page suivante).
On peut imaginer bien des projets pluridisciplinaires
associant, en plus de la physique-chimie et des SVT, les
mathématiques, le français, la technologie, l’histoiregéographie, les arts plastiques, voire même l’anglais.
Au secondaire, cela peut facilement se concrétiser par
un projet de classe motivant pour les élèves qui permet,
en plus de l’acquisition des savoirs, de faire appréhender
la cohérence et la globalité de leurs apprentissages
disciplinaires.
Les points d’entrée de cette thématique sont donc multiples et complexes
Citons à titre d’exemples (cette liste n’est en aucun cas exhaustive) :
• En quoi regarder vers le passé peut-il nous renseigner
• Comment notre système solaire et notre planète se
sur le futur ?
sont-ils formés il y a des milliards d’années ?
• Comment se sont construites nos connaissances sur le
• Comment les experts prévoient-ils son évolution ?
système solaire et l’Univers ?
• Quelle est la part donnée aux calculs scientifiques et à
• Qu’est-ce qu’un modèle scientifique ? Quelles en sont
l’imagination dans ces prévisions ?
les limites ?
Ce guide propose :
• des suggestions d’activités adaptées au premier et au
second degré répondant à quelques-unes des problématiques énoncées ci-dessus ainsi que leur correction ;
• des ressources documentaires permettant à l’enseignant
non-spécialiste de se familiariser avec le thème grâce
à une présentation de l’Univers (sa dynamique, ses
composantes, l’histoire de sa découverte, un exemple
d’appareil d’exploration) et de la conquête spatiale
(passée et actuelle) ;
• un lexique ;
• des ressources bibliographiques et webographiques
pour aller plus loin ou pour guider des recherches ou des
activités avec les élèves.
FICHES D’ACTIVITES
Disponibles en téléchargement sur education•futuroscope•com
Les fiches d’activités sont destinées à être remplies par les
élèves, elles sont donc photocopiables. Les différentes
activités sont réalisables individuellement ou en petits
groupes. Elles s’adressent, selon les thématiques
retenues, à des niveaux de classe variés, mais la plupart
d’entre elles peuvent être pratiquées par des jeunes
d’âges très différents : il appartient à chaque enseignant de
les adapter à son public et, si besoin est, à sa démarche, sa
stratégie ; le cheminement proposé ici peut servir de piste.
Seules quelques activités pourront être réalisées
pendant la visite, d’autres nécessitent une recherche
documentaire postérieure à la visite. Ceci permettra
l’acquisition, d’une part, d’un certain nombre de compétences spécifiques et générales décrites dans les
programmes officiels, les thèmes de convergence et le
socle commun des connaissances et, d’autre part, de
certains items du B2i. Le mode d’utilisation de ces fiches
est laissé, bien sûr, à l’initiative des enseignants.
3
Les points d’entrée dans les programmes
Ecole élémentaire – cycles 2 et 3
Thèmes de convergence
Découverte du monde
Energie, importance du mode de pensée statistique.
Se repérer dans l’espace et dans le temps.
Socle commun des connaissances
et des compétences
Culture scientifique et technologique
Culture scientifique et technologique : Pratiquer une
démarche scientifique : […] modéliser de façon
élémentaire. Développer la curiosité pour la découverte
des causes des phénomènes naturels, l’imagination
raisonnée.
Maîtrise de la langue.
Maîtrise d’une langue étrangère.
Le ciel et la Terre, l’énergie.
Français
Lecture avec aisance, rédiger un texte.
Culture humaniste
Les temps modernes, le vingtième siècle et notre époque :
révolution scientifique et technologique.
Techniques usuelles de l’information
et de la communication
B2i
Domaines 1 à 4.
Domaines 1 à 4 du B2i.
Lycée
Mathématiques
Physique-Chimie
Nombres et calculs, géométrie, grandeurs et mesures,
organisation et gestion de données.
2nde (enseignement fondamental) : Constitution de la
matière, transformation de la matière, exploration de
l’espace, l’Univers en mouvement et le temps, l’air qui
nous entoure.
Première S : Les interactions fondamentales ; forces,
travail et énergie.
Terminale S : Propagation d’une onde, ondes progressives,
transformations nucléaires, évolution temporelle des
systèmes mécaniques, évolution temporelle des systèmes
et la mesure du temps.
Terminale S (enseignement de spécialité) : Produire des
images, observer ; produire des signaux, communiquer.
Collège
Physique-Chimie
5e : L’eau dans notre environnement, la lumière : source et
propagation rectiligne.
4e : De l’air qui nous entoure à la molécule, la lumière :
couleurs et images, propagation de signaux.
3e : La chimie : science de la transformation de la matière,
de la gravitation… à l’énergie mécanique.
Sciences de la vie et de la Terre
5e : Géologie externe : évolution des paysages (les roches
sédimentaires… archives des paysages anciens).
4e : L’activité interne du globe.
3e : Evolution des organismes vivants et histoire de la Terre.
Sciences de la vie et de la Terre
2nde (enseignement fondamental) : La planète Terre et son
environnement.
Première S : Structure, composition et dynamique de la
Terre.
Terminale S : La mesure du temps dans l’histoire de la
Terre et de la vie, couplage des évènements biologiques
et géologiques au cours du temps.
Terminale S (enseignement de spécialité) : Du passé
géologique à l’évolution future de la planète.
Mathématiques
6e : Proportionnalité, organisation, représentation de
données, longueur, masse, durée.
5e : Proportionnalité, activité graphique, longueur, masse,
durée.
4e : Utilisation de la proportionnalité, calcul numérique,
grandeurs quotients courantes.
3e : Fonction linéaire, fonction affine, statistique, notion
de probabilité, écritures littérales, configurations dans
l’espace, aires et volumes, grandeurs composées,
changement d’unités.
Mathématiques
2nde (enseignement fondamental) : Statistiques, calculs et
fonctions, géométrie dans l’espace.
Première ES (enseignement obligatoire au choix) :
Géométrie dans l’espace.
Terminale ES (enseignement de spécialité) : Géométrie
dans l’espace.
Terminale S : Fonctions logarithmiques et exponentielles,
produits scalaires dans l’espace, droites et plans dans
l’espace, probabilités et statistique.
Histoire-géographie
5e : Le Moyen Age et la naissance des temps modernes.
4e : Des temps modernes à la naissance du monde
contemporain.
3e : Le monde d’aujourd’hui, repères chronologiques et
spatiaux.
Histoire-géographie
Français
2nde (enseignement fondamental) : Humanisme et
Renaissance.
Terminale ES et L : Le monde, l’Europe, la France de 1945
à nos jours.
Terminale S : Le monde contemporain.
5 et 4 : Etude de la science-fiction comme genre littéraire.
3e : Le monde d’aujourd’hui, repères chronologiques et
spatiaux.
e
e
4
ÉLÉMENTS DE CORRIGÉS DES FICHES D’ACTIVITÉS
COMPRENDRE UNE MAQUETTE
Fiche 1
Cette fiche de travail individuel, conçue pour le niveau
primaire d’une part et pour le niveau secondaire d’autre
part, a pour objectif de faire appréhender les distances
dans le système solaire et la notion d’échelle.
Elle ne nécessite pas d’apport d’information sur place,
pourra être faite préalablement à la visite ou de retour en
classe.
Question 1 : Sur le schéma, le diamètre de la Terre est de
0,6 cm. Question 2 : Le diamètre du Soleil devrait alors
être de 0,6 x 100 = 60 cm. Question 3 : Le diamètre de
Jupiter devrait alors être de 60 ÷ 10 = 6 cm. Question 4 :
La distance Terre - Soleil devrait être de 60 x 100 = 6 000 cm
soit 60 mètres. Question 5 : La distance Pluton - Soleil
devrait être de 60 x 40 = 2 400 m soit 2,4 km. Question 6 :
La distance Proxima - Soleil devrait être de 6 800 x 2,4 =
16 320 km. Question 7 : Non, les distances calculées ne
sont pas respectées sur le schéma. On ne peut donc pas
dire que le schéma et donc, par extension, la maquette
sont à l’échelle. Question 8 : L’espace disponible dans la
salle ou sur le papier est insuffisant pour respecter l’échelle. Question 9 (secondaire uniquement) : La sonde
spatiale va 114 fois plus vite que l’avion.
Le voyage Terre - Pluton en avion : 114 x 7 = 798 ans, soit
environ 800 ans. Le voyage Terre - Soleil en sonde
spatiale prendrait environ 61 jours car 19 x 365,25 =
6 939,75 jours en avion puis 6 939,75 ÷ 114 = 60,875 jours.
OBSERVER UNE MAQUETTE
Fiche 2
part, a pour objectif de faire découvrir le système solaire
à partir d’une maquette.
Question 1 : Cette maquette est une représentation du
système solaire. Question 2 : Le système solaire compte
8 planètes en excluant les planètes naines dont Pluton
est l’une des représentantes. Question 3 : En s’éloignant
du Soleil, on rencontre les planètes dans l’ordre suivant :
Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus,
Fiche 3
Neptune. Question 4 : Les planètes tournent sur
elles-mêmes et autour d’une boule (étoile) lumineuse qui
représente le Soleil. Question 5 : La trajectoire des
planètes autour du Soleil a une forme circulaire sur la
maquette mais c’est en réalité une ellipse.
Question 6 : Les petites lumières qui se trouvent entre
Mars et Jupiter sur la maquette représentent des
astéroïdes. Question 7 : La Lune n’est pas représentée
sur cette maquette. Elle est un satellite de la Terre.
DECOUVRIR LES PLANETES DU SYSTEME SOLAIRE
part, a pour objectif de faire découvrir les caractéristiques des 8 planètes du système solaire à partir d’images commentées. La dernière question, qui ne nécessite
pas d’apport d’information sur place, pourra être faite de
retour en classe ou demandée comme travail à la maison.
Question 1 : Les planètes sont présentées de la plus
proche à la plus éloignée du Soleil à l’exception de Jupiter
qui est à l’entrée.
Question 2 : Petites planètes : [Pluton (2 300 km)] –
Mercure (4 878 km) – Mars (6 790 km) – Vénus (12 100 km)
– Terre (12 756 km). Planètes géantes : Neptune (49 528 km)
– Uranus (51 118 km) – Saturne (120 000 km) – Jupiter
(142 984 km).
Question 3 : Planètes rocheuses : Mercure – Mars –
Vénus – Terre. Planètes gazeuses : Neptune – Uranus –
Saturne – Jupiter. Ce classement permet de retrouver les
petites planètes et les planètes géantes. Autour des
planètes gazeuses, on trouve des anneaux.
Question 4 : Les planètes ont toutes un, voire plusieurs,
satellites sauf Mercure et Vénus.
Question 5 :
Mercure : L’absence d’atmosphère ne permet pas de
conserver la chaleur même si c’est la plus proche du Soleil.
Vénus : Elle brille d’un très vif éclat, car c’est elle qui est
la plus chaude du fait de sa proximité du Soleil et de son
atmosphère.
Terre : Planète bleue qui est la seule à abriter la vie.
Mars : Planète rouge car sa surface est recouverte
d’oxyde de fer.
Jupiter : Planète la plus grosse reconnaissable à sa
grande tache rouge.
Saturne : C’est elle qui possède les anneaux les plus
visibles.
Uranus : Elle est couchée sur le côté et possède de
nombreux anneaux, ce qui donne l’impression qu’elle
« roule » sur son orbite.
Neptune : Elle aussi est bleue, mais ce bleu n’indique pas
(comme sur Terre) la présence d’eau.
5
Fiche 4
DE PTOLEMEE A NOS JOURS,
COMMENT S’EST CONSTRUITE NOTRE COMPREHENSION DE L’UNIVERS ?
part, a pour objectif de faire découvrir les grandes
étapes de l’histoire de l’astronomie et de l’évolution de
nos connaissances de l’Univers au cours du temps.
Question 1 : Ces personnages sont classés du plus
récent au plus ancien.
Question 2 : Le système solaire comprend 8 planètes et des
planètes naines qui gravitent autour d’une étoile, le Soleil.
Question 3 : Le premier schéma représente le système
géocentrique de Ptolémée (IIe siècle), le second celui
héliocentrique de Copernic (XVIe siècle).
Dans les deux cas, les planètes connues à l’époque de
ces savants étaient les mêmes.
Dans les deux cas, le point de référence n’est pas le
même : pour l’un c’est la Terre, pour l’autre c’est le Soleil.
Question 4 : Jusqu’à cette date, toutes les observations
devaient se faire à l’œil nu.
Question 5 : Au XVIIe siècle, il y a eu la mise au point de
deux instruments d’observation : les lunettes par Galilée,
le télescope par Newton.
Fiche 5
Question 6 : Galilée (au XVIIe) découvre le relief de la
Lune, les anneaux de Saturne, les satellites de Jupiter, la
présence d’étoiles dans la Voie lactée.
Kepler (au XVIIe) découvre les lois du mouvement des
planètes.
Newton (fin du XVIIe) découvre la loi de l’attraction
universelle et explique ce qui maintient les planètes en
rotation autour du Soleil.
Question 7 : Hubble (1889-1959) établit l’existence de
galaxies extérieures à celle qui abrite le système solaire.
Il n’a pas pu utiliser le télescope spatial qui porte son
nom, car il a vécu avant sa conception en 1990. Il a
cependant dû utiliser un télescope très puissant.
Question 8 : Actuellement, l’utilisation de sondes
envoyées dans l’espace permet d’apporter des informations complémentaires sur l’Univers.
Question 9 : J. F. Kennedy, président des Etats-Unis
d’Amérique, est le seul homme politique cité dans cette
liste, car c’est lui qui a lancé le grand programme
d’exploration spatiale, avec comme objectif d’envoyer un
équipage humain sur la Lune.
L’HISTOIRE DE L’UNIVERS ET DE LA TERRE
Cette fiche de travail individuel ou collectif, conçue pour
le niveau primaire d’une part et pour le niveau secondaire
d’autre part, a pour objectif de faire découvrir les grandes
étapes de l’histoire de l’Univers et de la Terre.
La réalisation de cette fiche nécessite d’avoir vu le film.
Elle peut être faite sur place ou de retour en classe.
Seuls les éléments figurés en caractères gras sont
inscrits dans la fiche conçue pour le primaire (formulation souvent un peu différente).
Etapes de l’histoire de l’Univers et de la Terre
Classement
chronologique
• Big Bang considéré comme la naissance de l’Univers.
1
• Premiers mammifères primates (ancêtres des singes et des hommes).
13
• Rapprochement entre la galaxie d’Andromède et la Voie lactée.
19
• Premiers dinosaures.
10
• Usage du feu par l’Homme préhistorique (Homo erectus).
15
• Formation de la Lune par collision avec la Terre encore brûlante.
4
• Le Soleil aura consommé tout son « carburant » et va s’éteindre dans la nouvelle galaxie.
22
• Premiers organismes (végétaux) à chlorophylle qui enrichissent progressivement
l’océan primitif et l’atmosphère en dioxygène (O2).
6
• Le rayon du Soleil aura augmenté engloutissant Mercure.
Le Soleil fait alors encore partie de la Voie lactée.
20
• Premiers mammifères primitifs souvent mangés par certains dinosaures.
11
• Formation d’une atmosphère autour de la Terre : le refroidissement de la planète
entraîne la condensation de l’eau qui tombe sous forme de pluies torrentielles à
l’origine d’un « océan primitif ».
5
6
• Civilisation égyptienne.
17
• Apparition de l’Homme moderne (homo sapiens sapiens) qui vit dans des grottes
en se nourrissant de chasse, de pêche et de cueillette.
16
• Transformation du dioxygène (O2) atmosphérique par les rayonnements solaires en ozone
(O3) qui s’accumule pour former la couche d’ozone protégeant d’une partie des rayons
nocifs du Soleil et permettant par la suite l’explosion de la vie dans l’océan primitif.
7
• Réunification complète de la galaxie d’Andromède et de la Voie lactée
pour former une nouvelle galaxie dans laquelle le système solaire sera en périphérie.
21
• Extinction des dinosaures.
12
• Société industrielle moderne.
18
• Formation des galaxies dont la Voie lactée et celle d’Andromède.
2
• Des êtres vivants très primitifs (animaux et végétaux) envahissent le milieu aérien
(les continents).
9
• Premiers animaux connus (respirent du dioxygène dissout dans l’eau de l’océan primitif).
8
• Séparation entre la lignée des singes et celle de l’Homme.
14
• Formation du système solaire et notamment de la Terre.
3
RESSOURCES DOCUMENTAIRES
LA COMPREHENSION DE L’UNIVERS
L’American Museum of Natural History, en collaboration avec la N.A.S.A., a produit un film présentant un modèle
scientifique de l’évolution de notre galaxie. Il décrit comment les collisions, à différentes échelles, ont pu et vont
continuer d’influencer cette évolution.
La dynamique de l’Univers et ses conséquences
différent. La Terre ne fait pas exception à cette règle : la
vie a été modifiée, peut-être même rendue possible, par
les collisions. L’exemple le plus marquant s’est produit
il y a 65 millions d’années quand un astéroïde de la taille
de l’Everest, en percutant la Terre, a décimé près de 85%
des espèces, dont les dinosaures. Pourtant, cela a permis
le développement de nouvelles niches écologiques, dont
celle qu’occupe actuellement l’espèce humaine.
Dimensions et échelle des temps sont immenses dans le
cosmos. C’est pour cette raison que l’on parle « d’espace ».
Notre système solaire s’étend sur plusieurs milliards de
kilomètres, ce qui représente à notre échelle une vaste
étendue vide, mais qui est infime si on la compare à la
distance qui sépare deux étoiles. La lumière des galaxies
les plus éloignées peut parcourir des milliards d’annéeslumière avant de nous parvenir et une année-lumière
(vitesse pouvant être parcourue par la lumière en une
année) représente 10 000 milliards de kilomètres !
L’échelle des temps est tout aussi impressionnante :
l’âge de l’Univers est aujourd’hui estimé à 13,7 milliards
d’années, celui de notre système solaire à 4,56 milliards
d’années. Si les 6 millions d’années qui nous séparent de
Tout est en perpétuel changement dans l’Univers. Les
étoiles naissent, brillent pendant des millions ou des
milliards d’années avant de s’éteindre, faute de carburant.
Les galaxies croissent en absorbant leurs voisines.
L’Univers lui-même, né il y a plus de 13 milliards d’années
d’une boule de masse très dense, continue son expansion.
Les collisions libèrent les quantités incroyables d’énergie
contenues dans l’Univers. Les mouvements engendrent
naturellement des collisions massives. Celles-ci peuvent
permettre la construction de nouvelles galaxies, pulvériser
les astéroïdes ou alimenter les étoiles en énergie. A
notre échelle de temps, les impacts les plus importants
concernent les particules, plus petites que les atomes
qui s’entrechoquent par milliards chaque seconde dans
le Soleil, en remodelant la matière et en libérant l’énergie
sous forme de lumière ou de chaleur.
Les collisions transforment l’Univers. Lorsque deux
objets se heurtent, leur énergie cinétique est libérée,
entraînant un bouleversement de la structure des objets
entrés en collision. Partout, elles pulvérisent ou
rassemblent les éléments, laissant derrière elles les
galaxies, les étoiles ou les planètes dans un état très
7
possède une masse importante, plus la force de gravité
qu’il exerce sur les autres corps est importante. C’est
pour cela que l’on est plus sensible à la gravité sur Terre
que sur la Lune. De même, plus les corps sont proches,
plus la force de gravité qu’ils exercent l’un sur l’autre est
importante.
Ceci explique pourquoi la Voie lactée est inexorablement
attirée par sa plus proche voisine, la galaxie d’Andromède.
La mobilité des corps peut aussi être due au fait qu’ils sont
attirés ou repoussés par la force électromagnétique.
Comme la gravité, c’est une force fondamentale qui
s’exerce dans l’Univers ; elle est encore plus forte que la
gravité. Elle provient de l’interaction (attraction ou
répulsion) des charges électriques positives (protons) et
négatives (électrons) entre elles. Une des manifestations
de l’électromagnétisme est le champ magnétique
terrestre qui est généré par le mouvement des charges
électriques se situant dans la partie externe du noyau de
notre planète, du fait que celle-ci tourne sur elle-même.
Ce champ magnétique nous protège, par exemple, des
particules solaires.
notre premier ancêtre nous semblent une durée colossale, cela ne représente pourtant que 0,2% de son âge !
Inversement, certains évènements qui ont bouleversé le
cosmos se sont produits en un clin d’œil.
Les lois de la physique s’appliquent en tous points de
l’Univers depuis la nuit des temps. Les principes fondamentaux de la physique que sont l’électromagnétisme et la
gravité maintiennent l’Univers en perpétuel mouvement.
Tous les objets de l’Univers sont en mouvement et le
resteront à moins de subir une influence externe. Ceci
correspond la première loi de Newton, celle de l’inertie.
La seconde loi de Newton, F=ma (Force = masse x
accélération), nous déclare qu’à toute force correspond
une modification de mouvement. Ainsi, quand une comète
passe à proximité du Soleil, sa trajectoire est modifiée
par la force de gravité de celui-ci.
La gravité est la force d’attraction qu’exercent réciproquement deux masses l’une sur l’autre. C’est de loin la
force la plus importante qui maintient les différents
éléments du cosmos en mouvement. Plus un corps
Présentation des éléments du cosmos
montre (vue depuis le pôle nord du Soleil). Ce système se
trouve en périphérie de la Voie lactée, à environ
27 000 années-lumière de son centre et en fait le tour en
250 millions d’années.
1. Les galaxies
Ce sont les plus importantes structures astronomiques
connues dans l’Univers. Elles ont été mises en évidence
dans les années 1920 par Edwin Hubble.
Les étoiles y naissent et s’y concentrent. On y trouve du
gaz et des poussières qui forment le milieu interstellaire
et de la matière noire (forme de matière inconnue qui
n’émet aucun rayonnement mais dont le champ gravitationnel influence la dynamique des étoiles). Notre
galaxie (la Voie lactée), en forme de spirale, est de taille
moyenne. Elle compte 200 milliards d’étoiles et s’étend
sur environ 100 000 années-lumière. Sa voisine la plus
proche, la galaxie d’Andromède, se situe à 2,5 millions
d’années-lumière.
4. Les étoiles (exemple du Soleil)
Ce sont des boules de matière gazeuse dont la taille est
tellement importante (plusieurs centaines de milliers de
km) que leur cœur peut atteindre une température
suffisante pour permettre l’amorçage des réactions
de fusion nucléaire. Une étoile génère donc un rayonnement, contrairement aux planètes qui absorbent le
rayonnement des étoiles.
Les étoiles vivent de plusieurs millions à plusieurs
milliards d’années. Cette durée varie en fonction de leur
quantité de combustible pour leurs fusions nucléaires :
plus une étoile est grosse, moins elle dure. Elles naissent
de la contraction d’un nuage de gaz riche en hydrogène,
appelé nébuleuse. Cette contraction entraîne une augmentation de densité qui attire d’autres gaz par gravité.
La matière, de plus en plus dense, s’échauffe, permettant
d’atteindre une température suffisante pour initier les
réactions de fusion nucléaire. L’étoile rentre alors dans
sa phase principale pendant laquelle la force de gravité,
favorisant la contraction, est équilibrée par la dilatation
due à la libération d’énergie. Le noyau, initialement
constitué d’hydrogène, s’enrichit progressivement en
hélium. Lorsque l’hydrogène est épuisé, des réactions de
2. Les constellations
Ce sont des associations d’étoiles faites arbitrairement
par l’homme pour former des figures dans le ciel. Elles
sont au nombre de 88 et sont définies de telle sorte
qu’une étoile ne puisse appartenir qu’à une seule d’entre
elles.
3. Le système solaire
Il est formé de 8 planètes, d’un grand nombre de planètes
naines, de comètes et d’astéroïdes. Ce système est
appelé « solaire » car, à l’exception des comètes, toutes
les autres structures tournent sur un plan écliptique
autour de celui-ci dans le sens inverse des aiguilles d’une
8
fusion de l’hélium se déclenchent. C’est le stade de
« géante rouge » : le cœur de l’étoile se contracte tandis
que les couches externes se refroidissent et rougissent.
Lorsque tout l’hélium s’est transformé en carbone ou en
oxygène, les réactions de fusion s’arrêtent. Le cœur de
l’étoile se contracte tandis que les couches externes
s’éloignent mais rayonnent toujours ; c’est le stade
« naine blanche ». Puis, l’étoile finit par ne plus rayonner
ni lumière ni chaleur ; c’est le stade de naine noire.
Toutes présentent des cratères d’impact et des traces,
en surface, d’activité tectonique comme des rifts ou des
volcans. A l’exception de Mercure, qui est trop proche du
Soleil, toutes possèdent une atmosphère.
Mercure
C’est la planète la plus petite et la moins
massive, seulement 5% de la masse
terrestre. Son atmosphère, quasiinexistante, est composée de matière
arrachée de sa surface par les vents
solaires qui la balayent en permanence. Elle reçoit
7 fois plus d’énergie solaire que la Terre. L’absence
d’atmosphère explique la très forte variation de température
qui existe entre la face exposée et la face non exposée
au rayonnement solaire. Sa surface est recouverte de
cratères d’impacts et de rides probablement produites par
contraction thermique lors de la phase de solidification de
cette planète.
5. Les planètes
Ce sont des objets célestes en orbite autour d’une étoile,
qui sont suffisamment massifs pour que l’effet de leur
propre gravité leur confère une enveloppe sphérique, et
qui dominent leur environnement, c’est-à-dire qu’ils
éliminent tout corps se déplaçant sur une orbite proche.
On considère que les planètes se forment en même
temps que leur étoile, par accrétion et condensation d’un
nuage de gaz et de poussières sous l’influence de la
force de gravité.
Depuis 1995, date à laquelle on a découvert la première
exoplanète, on sait qu’il existe des planètes en orbite
autour d’autres étoiles. Il est même probable qu’elles
soient très nombreuses étant donné que plus de 170 ont
été détectées à ce jour alors que les moyens dont nous
disposons actuellement commencent tout juste à nous
permettre de mettre à jour des planètes d’aussi petite
taille que la Terre.
Vénus
Elle est communément appelée « l’étoile
du berger ». Sa masse correspond à 80%
de celle de la Terre. Elle reçoit deux fois
plus d’énergie solaire que la Terre. C’est
la planète la plus chaude du système
solaire, car son atmosphère, très riche en CO2 (la pression
est 90 fois plus importante que celle de la Terre), produit un
effet de serre tel qu’elle conserve la chaleur accumulée
lors de l’exposition aux rayons solaires. Sa surface est
essentiellement constituée de plaines ondulées, de
traces d’activité volcanique et de deux plateaux principaux
de la taille d’un continent : Ishtar Terra et Aphrodite
Terra. Sa rotation sur elle-même se fait dans le sens
inverse des autres planètes.
Voici quelques données comparatives chiffrées des
8 planètes du système solaire :
Diamètre
équatorial
moyen
Mercure
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Distance
moyenne
du Soleil
Période de Température Nb de
révolution
moyenne satellites
en surface connus à
(km)
(millions de km)
(°C)
ce jour
4 878
58
88 jours
-170 la nuit
0
430 le jour
12 100
108
225 jours
460
0
12 756
150
365 jours
15
1
6 790
228
687 jours
-50
2
142 984
778
12 ans
-130
63
120 000
1 427
29 ans
-170
60
51 118
2 870
84 ans
-200
27
49 528
4 496
165 ans
-220
13
Terre
C’est la plus grande, la plus massive et la
plus dense des planètes telluriques.
C’est la seule où coexistent en surface
les trois états de l’eau. Son atmosphère,
enrichie en dioxygène par l’activité des
êtres vivants photosynthétiques, possède une couche
d’ozone qui la protège d’une partie des rayons solaires et
limite l’effet de serre, permettant de maintenir à sa surface
une température moyenne compatible avec la vie. Elle
est aussi la seule à posséder une hydrosphère
recouvrant environ 70% de sa surface. Sa surface
montre des traces d’activité géologique interne et
d’érosion par l’eau et le vent. Son satellite est la Lune.
On distingue deux types de planètes dans le système
solaire :
• LES 4 PLANÈTES TELLURIQUES (Mercure, Vénus, Terre,
Mars), les plus proches du Soleil, de composition dense,
ayant peu ou pas de satellites et aucun système
d’anneaux. Elles sont formées d’une croûte solide recouvrant un manteau semi-liquide composé de silicates ;
leur centre renferme un noyau riche en fer et en nickel.
9
Mars
d’astéroïdes troyens qui partagent son orbite autour du
Soleil.
Elle est de petite taille et ne représente
que 10% de la masse terrestre. Elle
possède une fine atmosphère,
principalement composée de dioxyde de
carbone. Sa surface montre de
nombreux volcans comme le Mont Olympe, des rifts
comme Valles Marineris et des vallées que l’on suppose
avoir été formées par l’eau. Elle possède deux satellites
Déimos et Phobos, plus petits que la Lune. Elle possède
des astéroïdes troyens qui partagent son orbite autour du
Soleil.
Saturne
Elle est un peu moins massive (donc
moins chaude) que Jupiter : elle ne fait
que 95 fois la masse de la Terre. Sa
densité est inférieure à 1, car elle est
très riche en hydrogène.
Parmi les 60 satellites qu’on lui dénombre actuellement,
deux, Encelade et Titan, présentent des signes d’activité
géologique, Titan se singularisant car il possède une
atmosphère. La structure de ses anneaux est très fine :
ils sont d’une épaisseur inférieure à 2 km. Ils sont formés
de milliards de minuscules anneaux constitués de glace.
• LES 4 PLANÈTES GÉANTES GAZEUSES (Jupiter,
Saturne, Uranus, Neptune) se situent au-delà de la
ceinture d’astéroïdes. Elles sont dites gazeuses en raison
de l’épaisse atmosphère qui les entoure. Elles sont constituées d’un manteau externe de dihydrogène liquide
devenant progressivement métallique (ionisé) vers
l’intérieur et d’un petit noyau rocheux (silicates de fer).
Elles sont peu denses ; pourtant leur masse représente
99% de la masse de matière du système solaire. Elles
possèdent toutes de nombreux satellites et un système
d’anneaux, même si ceux de Saturne sont les seuls
observables facilement depuis la Terre. Leur présence a
de grandes conséquences sur le reste du système solaire :
cela stabilise les orbites des autres planètes et leur
attraction gravitaire constitue un écran contre les objets
provenant de l’extérieur du système solaire. Ainsi, la
présence de la vie sur Terre a sans doute été rendue
possible par l’existence de ces 4 planètes si lointaines.
Uranus
Elle est la moins massive des planètes
géantes : seulement 14 fois la masse
terrestre. Son noyau est donc beaucoup
plus froid que celui des autres géantes
gazeuses. Elle reçoit 400 fois moins de
lumière solaire que la Terre. Son axe de rotation est
couché sur le plan de son orbite autour du Soleil. Sa
composition interne est riche en hélium par rapport à
celle des autres géantes, et elle n’est pas assez massive
pour que l’hydrogène soit sous forme métallique. Sa
surface serait recouverte d’un océan d’ammoniac et de
méthane. Son atmosphère serait composée d’hydrogène,
d’hélium, d’eau glacée, d’ammoniac et de méthane.
les 5 plus connus, Titania, Oberon, Umbriel, Ariel et
Miranda, sont tous recouverts de glace. Il y a au moins
13 anneaux qui l’entourent. Ils sont composés de
poussières et de glace et sont très sombres, ce qui les
rend difficilement observables.
Jupiter
C’est la plus grosse planète du système
solaire ; sa masse correspond à 318 fois
celle de la Terre. Sa composition est
proche de celle d’une étoile et, de ce
fait, elle est souvent comparée à une
« étoile manquée » ; mais il faudrait qu’elle possède
75 fois sa masse actuelle pour démarrer la fusion de
l’hydrogène. Sa grande taille lui confère une forte
chaleur interne ce qui a des répercussions sur son
atmosphère principalement composée de dihydrogène et
d’hélium. Ainsi, on peut facilement la reconnaître à sa
« tache rouge », grande comme deux fois la Terre, zone
de surpression, ou à ses multiples bandes nuageuses. Sa
surface est balayée par des vents violents (600 km/h).
ses 4 plus gros, Ganymède, Callisto, Io et Europe,
présentent certaines ressemblances avec les planètes
telluriques (volcanisme). Elle est entourée d’anneaux de
poussières arrachées à ses satellites lors des impacts
météoritiques fréquents. Elle possède aussi une centaine
Neptune
Elle est un peu plus massive (17 fois la
masse terrestre), ce qui lui confère un
noyau un peu plus chaud qu’Uranus. Elle
reçoit 1 000 fois moins de lumière solaire
que la Terre. Son atmosphère contient
deux couches nuageuses de composition différente.
Comme pour les autres planètes géantes, sa surface est
balayée par des orages et des vents violents qui sont les
plus rapides du système solaire (2 000 km/h). Parmi les
13 satellites qu’on lui dénombre actuellement, Triton, qui
est son seul grand satellite, est géologiquement actif
(geysers d’azote liquide). Elle possède des anneaux très fins
mais complets. Elle possède aussi au moins 5 astéroïdes
troyens qui partagent son orbite autour du Soleil.
10
6. Les planètes naines
Cette catégorie de corps célestes a été créée en août
2006 par l’Union astronomique internationale. Elle
rassemble les objets en orbite autour d’une étoile qui
sont suffisamment massifs pour que l’effet de leur
propre gravité leur confère une enveloppe sphérique,
mais pas assez massifs pour avoir nettoyé leur environnement de tout corps se déplaçant sur une orbite proche.
On en dénombre actuellement une cinquantaine dans le
système solaire, mais ce chiffre est en permanence
révisé à la hausse. Pour le moment, une seule d’entre
elles se trouve dans le système solaire « interne ». Il s’agit
de Cérès qui se trouve dans la ceinture d’astéroïdes en
orbite entre Mars et Jupiter. Mais Vesta et Hygie, qui se
trouvent aussi dans cette région, pourraient intégrer
cette catégorie, s’il est prouvé qu’ils ont atteint
l’équilibre hydrostatique leur permettant d’avoir une
forme sphérique.
Toutes les autres planètes naines actuellement
répertoriées dans le système solaire se trouvent dans la
« ceinture de Kuiper » qui est un grand anneau de débris
glacés en orbite au-delà de Neptune. Parmi elles, on peut
citer Pluton, autrefois considérée comme une planète (et
qui a été reclassée en 2006), Eris, ou plus récemment
Makemake.
Certaines planètes naines peuvent avoir des satellites,
c’est par exemple le cas de Pluton qui en possède 3.
Histoire de la perception de l’Univers
Dès la préhistoire, les hommes ont observé le mouvement
des astres dans le ciel. Cela a rythmé leur vie et a donné
naissance à de nombreuses croyances.
Dans la Grèce antique, Thalès (624-547 av. J.-C.) a la
conception suivante de l’Univers : ce serait une bulle
d’air hémisphérique formée par la voûte céleste et la
surface plane de la Terre, flottant elle-même sur l’eau.
Pour expliquer le mouvement du Soleil, de la Lune ou de
certaines étoiles, il crée des astres « errants » en opposition
à d’autres astres immobiles qui seraient « incrustés »
dans la voûte céleste.
Eudoxe de Cnide (408-355 av. J.-C.) élabore la théorie
d’un cosmos géocentrique. Dans cette théorie, le cosmos
serait alors une sphère dont le centre coïnciderait avec
le centre de la Terre, cette dernière étant sphérique. Les
éléments les plus « lourds », tels que la terre et l’eau,
convergeraient vers ce centre ; alors que des éléments
plus légers, tels que l’air et le feu, s’en éloigneraient.
Dans cette vision du cosmos, la Lune, le Soleil et les
planètes connues à l’époque (Mercure, Vénus, Mars,
Jupiter et Saturne) se situeraient alors entre la Terre,
centre du monde, et la voûte étoilée qui en constituerait
toujours sa circonférence extérieure. Pour expliquer les
mouvements de chaque astre, il les imagine enchâssés
dans un système, propre à chacun, de sphères animées
d’un mouvement de rotation et centrées sur la Terre.
Aristarque de Samos (310-230 av. J.-C.) est le premier à
envisager une théorie héliocentrique du cosmos. Mais
celle-ci n’est pas considérée sérieusement, car elle
choque la conception philosophique du monde antique.
Après l’effondrement des empires grecs et romains, ces
connaissances seront reprises dans les sciences
arabes. En revanche, dans le monde chrétien, le modèle
de Thalès est repris, car il est plus conforme aux doctrines
religieuses de l’époque ; il faudra attendre la Renaissance,
avec Nicolas Copernic (1473-1543), pour que la théorie
héliocentrique du cosmos, dans laquelle le Soleil prend
la place de la Terre, ne refasse surface. Cette théorie,
jugée blasphématoire, essuie pendant longtemps les
foudres de l’inquisition romaine. De nombreux savants
passent par le bûcher ou en réchappent de peu (Galilée
doit se rétracter en 1633) pour avoir adhéré à cette théorie.
Elle finit cependant par s’imposer peu à peu. La Terre
n’est donc plus alors le centre immobile du « monde »
mais un astre tournant, comme les autres planètes,
autour du Soleil qui, lui, est immobile.
Cette théorie est complétée par René Descartes (15961650) qui énonce le principe de « tourbillons » de matière
entraînant les planètes dans le même sens autour d’un
centre unique représenté par le Soleil. Les améliorations
techniques et scientifiques apportées par Galileo Galilei
(1564-1642), Johannes Kepler (1571-1630) et Isaac
Newton (1643-1727) permettent de remplacer ce principe
intuitif et de poser les bases fondamentales de la
mécanique du mouvement des planètes. Cependant,
dans cette vision du « monde », l’Univers reste limité au
système solaire.
Giordano Bruno (1548-1600), qui avance le concept
révolutionnaire selon lequel il existerait une multitude
de systèmes solaires dans un Univers infini, finit sur le
bûcher. Il faudra attendre Bernard Le Bouyer (ou Le
Bovier) de Fontenelle (1657-1757) et son Entretien sur la
pluralité des mondes pour que cette théorie soit vulgarisée
et rencontre un grand succès, sans pour autant qu’elle
soit prouvée.
Avec le XXe siècle et ses considérables avancées technologiques en matière d’image, de grandes découvertes
ont pu être faites.
En 1929, Edwin Hubble (1889-1953) observe pour la
première fois la galaxie d’Andromède et calcule la
11
distance qui la sépare de notre galaxie. Il est ainsi
prouvé que l’Univers n’est donc pas constitué de notre
seule galaxie, mais d’un nombre considérable d’entre
elles.
En 1995, le télescope spatial Hubble nous envoie pour la
première fois une image sur laquelle on peut découvrir
une exoplanète. Depuis lors, nous avons pu en observer
environ 250 autres, prouvant, 400 ans plus tard, le
bienfondé de la théorie de Giordano Bruno.
Ainsi, la perception qu’a l’homme de l’Univers qui
l’entoure n’a cessé d’évoluer au cours de son histoire. Si
cette évolution a d’abord été contrôlée par les instances
religieuses, elle s’en est peu à peu émancipée sous
l’influence de courants de pensées menés par les plus
brillants philosophes, savants et lettrés, s’appuyant sur
les progrès technologiques et scientifiques.
Le télescope spatial Hubble
opérations de maintenance ont été effectuées par des
astronautes opérant depuis les navettes spatiales ou en
mission extravéhiculaire. Ces visites régulières ont
permis d’améliorer son instrumentation, notamment en
matière de miroirs ou de caméras, et de replacer
parfaitement le télescope sur son orbite, qu’il a tendance
à quitter du fait du freinage atmosphérique (perte
d’altitude et gain de vitesse). La dernière mission
d’entretien du télescope a eu lieu le 10 octobre 2008.
Grâce aux informations et aux images qu’il a collectées,
ce télescope a permis de faire des avancées considérables en matière de connaissance astronomique. Ainsi,
c’est à lui que l’on doit, entre autres, la première image
d’exoplanète en 1995, permettant une confirmation de la
théorie de Giordano Bruno, ou la confirmation que la
matière sombre de l’Univers n’est pas uniquement
constituée d’étoiles peu lumineuses.
Si, initialement, Hubble avait été conçu pour 15 années
d’utilisation, il va en réalité servir au moins 20 ans, car
son successeur, le Next Generation Space Telescope
(NGST), ne sera lancé, au mieux, qu’en 2013 par un
lanceur Ariane 5. A l’heure actuelle, le débat est encore
ouvert sur le maintien ou non du projet du NGST, car des
avancées considérables se font dans la technologie des
télescopes opérant depuis la Terre, nous permettant de
nous affranchir de plus en plus des interférences que la
traversée de l’atmosphère occasionne sur les rayons.
C’est le premier véritable télescope optique spatial. Il est le
fruit d’une longue collaboration entre la N.A.S.A. et l’E.S.A.
Sa mise en orbite, à 575 km d’altitude, a été effectuée le
16 avril 1990 par la navette spatiale Discovery. Le fait de
travailler au-dessus de notre atmosphère lui permet de
révéler des images beaucoup plus précises que celles
obtenues par n’importe quel autre instrument sur la
Terre. En effet, l’atmosphère terrestre obscurcit les
images et empêche la réception de certaines longueurs
d’ondes (infrarouge).
Cet appareil de 11 tonnes, 13,2 mètres de long et 4,2 mètres
de diamètre effectue le tour complet de notre planète en
96 minutes. C’est un télescope réflecteur initialement
pourvu de deux miroirs couplés à trois caméras différentes
permettant des enregistrements spécifiques : une à
champ large pour les images planétaires, une autre à
champ étroit pour les éléments faiblement lumineux et
enfin une dernière pour les rayonnements infrarouges. Il
est aussi équipé de spectromètres qui lui permettent
d’obtenir des mesures affranchies de l’absorption
atmosphérique. Selon les observations que l’on souhaite
réaliser, il peut être orienté à distance à l’aide de quatre
volants. L’ensemble de ces instruments est alimenté en
électricité par deux panneaux solaires. Même si sa mise
en service date de 1990, il n’a été vraiment opérationnel
qu’à partir de 1993, date à laquelle une équipe d’astronautes a pu procéder à une opération visant à corriger
ses problèmes de vision (« myopie »). Depuis, trois autres
L’EXPLORATION SPATIALE
Histoire de la conquête spatiale
L’idée d’envoyer des objets ou des hommes dans l’espace
a germé dans le cerveau humain depuis des centaines
d’années, mais ce n’est qu’à partir de la deuxième moitié
du XXe siècle que ce fut techniquement et matériellement
possible.
Si les premiers hommes arrivent à décoller du sol dès
1783, grâce aux frères Montgolfier, ils n’arrivent toujours
pas à s’y diriger. L’aéronautique ne va prendre son essor
que dans la deuxième moitié du XIXe siècle avec les
ballons dirigeables, puis les avions. Durant la première
moitié du XXe siècle, l’aéronautique se perfectionne
considérablement, permettant aux êtres humains de
voler en toute sécurité dans le ciel, mais aussi d’y
envoyer des objets de plus en plus précis.
Durant cette période, émergent les prémices de l’astronautique, avec le Russe Constantin Tsiolkovski, qui, en
1914, énonce le principe de propulsion par réaction dans
le vide. En 1926, l’Américain Robert Goddard réussit le
12
lancement de la première fusée à propulsion liquide et,
en 1942, l’Allemand Werner Von Braun celui de la
première fusée A4, plus connue sous le nom de missile V2.
« Notre pays doit se vouer tout entier à cette entreprise :
faire atterrir un homme sur la Lune avant la fin de la
présente décennie et le ramener sain et sauf sur la Terre. »
Enfin, le 19 décembre, sous l’impulsion du Général de
Gaulle, qui souhaite s’affranchir de la suprématie
américaine, le Centre National d’Etudes Spatiales
(C.N.E.S.) est créé afin de mettre en œuvre une stratégie
spatiale française autonome.
Le 20 février 1962, les Américains réussissent le premier
vol orbital de leur astronaute John Glenn qui, en faisant
3 fois le tour de notre planète, dépasse l’exploit de Youri
Gagarine. Le 12 septembre, lors de son discours « We
choose to go to the Moon », J.F. Kennedy propose aux
Soviétiques non pas une « course à la Lune », mais une
collaboration pour atteindre cet objectif commun. Cette
offre est dédaignée par les Soviétiques qui engrangent
alors les succès. Le 29 septembre, les Canadiens font
effectuer le lancement de leur premier satellite par les
Américains. Le 14 décembre, la sonde américaine
Mariner 2, lancée le 27 août, atteint son objectif, Vénus,
dont elle transmet des mesures et des observations.
C’est le premier succès d’une longue série dont l’objectif
est d’étudier les objets cosmiques de plus en plus éloignés.
Le 19 août 1964, la N.A.S.A. réussit le lancement et la
mise sur orbite géostationnaire* de son premier satellite,
le Syncom 3, ce qui est une révolution sur le plan des
télécommunications.
Le 18 mars 1965, le cosmonaute soviétique Alexei Leonov
réalise la première sortie extravéhiculaire d’un humain
dans l’espace lors de la mission Voskhod 2. Le 26 novembre 1965, la France, avec sa fusée Diamant-A, devient la
troisième nation au monde à posséder un lanceur
capable de mettre sur orbite avec succès un satellite. Le
lancement du satellite Astérix est alors le premier tir
d’une fusée Diamant-A. C’est la première fois au monde
qu’une fusée orbitale connaît le succès lors de son
premier tir.
Le 3 février 1966, les Soviétiques posent pour la première
fois leur sonde Luna 9 sur la Lune réalisant le premier
alunissage de l’histoire.
Le 18 septembre 1968, le vaisseau soviétique Zond 5
réalise le premier vol inhabité circum lunaire, sans que
celui-ci ne soit cependant un vol orbital. Le 21 décembre
1968, la mission américaine Apollo 8, propulsée par la
nouvelle fusée Saturne 5, effectue un vol orbital habité
autour de la Lune. C’est la première fois que des hommes
peuvent voir directement la « face cachée » de la Lune et
voir un lever de Terre.
Le véritable évènement se produit le 21 juillet 1969 quand
la mission Apollo 11, réalisée par Neil Armstrong,
Michael Collins et Buzz Aldrin, permet à deux hommes
de marcher sur la Lune et de ramener sur Terre les
C’est le lancement, le 4 octobre 1957, et la mise sur orbite
du satellite soviétique Spoutnik 1, mis au point par
Sergei Korolev et son équipe, qui marquent le début de la
conquête spatiale à proprement parler. Dans ce contexte
de guerre froide, les hommes politiques et les militaires
soviétiques ont un double objectif : mettre au point une
fusée suffisamment puissante pour porter un missile
intercontinental et, dans le domaine scientifique, doubler
les Etats-Unis qui sont en pleine phase de tests sur leur
satellite. Défiés tant dans leur sécurité que dans leur
amour-propre, les Américains s’engagent alors dans la
course à la conquête de l’espace. Un mois plus tard, le
3 novembre, les Soviétiques, forts du succès de Spoutnik 1,
décident d’envoyer un second satellite en orbite, mais
« habité » celui-ci. C’est ainsi que la chienne Laïka
s’envole dans l’espace. Malgré sa mort au bout de 7 heures
(due au stress et à la surchauffe de la cabine), l’expérience montre qu’un être vivant peut survivre à un vol
spatial et subir les effets de l’impesanteur. Ceci va
préparer le terrain au premier vol spatial humain en
donnant aux scientifiques et aux médecins les premières
données sur les réactions physiologiques lors du
lancement et de la mise sur orbite.
Trois mois plus tard, le 1er février 1958, les militaires
américains, qui ont récupéré et développé la technologie
de Von Braun et de son missile V2, lancent leur premier
satellite, Explorer 1. Rapidement, le président Eisenhower
préfère que le programme spatial ne soit plus sous
contrôle militaire, ce qui débouche, le 1er octobre 1958,
sur la création de la National Aeronautics and Space
Administration, plus connue sous le nom de N.A.S.A. La
même année, le 17 décembre, ils envoient à leur tour des
êtres vivants dans l’espace, deux singes, qui, tout
comme Laïka, ne reviendront pas.
1959 est l’année des Soviétiques. Ils lancent la mission
Luna qui, en trois vols (4 janvier, 14 septembre et 18 octobre), va permettre de prendre des photos de la face
cachée de la Lune et d’y écraser volontairement un objet
à sa surface.
En 1961, tout s’accélère. Le 31 janvier, les Américains
réussissent pour la première fois à faire revenir vivant le
singe Ham d’un voyage spatial. Les Soviétiques
réussissent un coup de force, le 12 avril, en envoyant leur
cosmonaute, Youri Gagarine, faire un premier vol orbital*
d’1 h 40 durant lequel il fait une fois le tour de la Terre. Les
Américains envoient alors Alan Shepard, le 5 mai, faire
un vol suborbital*. Le 25 mai, le président américain
John Fitzgerald Kennedy annonce lors d’un discours :
*Voir lexique page 16.
13
premiers échantillons de sol lunaire. Ce même jour, la
sonde soviétique Luna 15, qui doit, elle aussi, ramener
des échantillons de Lune, s’écrase sur le sol lunaire,
témoignant aux yeux du monde de l’avance prise par les
Américains.
Les Soviétiques ayant perdu la « course à la Lune », ils se
lancent alors dans un nouveau programme visant à réaliser
et à mettre en orbite des stations spatiales habitables
pouvant servir de base pour de longs séjours dans
l’espace, à vocation militaire ou scientifique. Le 19 avril
1971, ils réussissent ainsi, dès leur premier essai, à
mettre la station Saliout 1 en orbite. Les Russes
perpétuent par la suite ce projet avec leur station Mir,
beaucoup plus vaste et complexe, dont le premier
module a été mis en orbite le 20 février 1986. Depuis la
destruction volontaire de Mir le 23 mars 2001, seule
subsiste actuellement une station spatiale internationale
à vocation scientifique, dont la mise en place a commencé
le 20 novembre 1998.
Le 31 mai 1975, l’European Space Agency (E.S.A.) est
créée pour redonner un nouvel élan au projet spatial
européen après les 7 échecs (en 7 essais) de la fusée
européenne Europa. Cette agence et son projet de
lanceurs Ariane ont pour vocation de donner à l’Europe
la possibilité de s’affranchir des Etats-Unis pour lancer
ses satellites. Elle bénéficie des technologies du C.N.E.S.
et permet à la France de ne plus supporter à elle seule le
coût d’un tel projet.
Le premier décollage d’une fusée du programme Ariane
a lieu le 24 décembre 1979 depuis la base de Kourou en
Guyane française. Ce programme perdure toujours à ce
jour.
Dans les années 1970, la conquête spatiale est une priorité
moindre pour les Etats-Unis et l’URSS. C’est le début
d’une détente dans les relations est-ouest qui se traduit
par une coopération dans le domaine spatial. Ainsi, le
24 mai 1972, le projet de procéder à un « rendez-vous
orbital » est ratifié entre les vaisseaux Apollo et Soyouz.
Le 17 juillet 1975, cette mission Apollo-Soyouz est
réalisée. Elle est le fruit d’une véritable collaboration,
avec mise en commun des technologies, ce qui en fait
une aussi grande réussite sur le plan politique que sur le
plan technologique. De nos jours, de telles missions
mêlant Russes et Américains sont fréquentes.
Le 12 avril 1981, la première navette* spatiale américaine
Columbia décolle depuis la base de Cap Canaveral en
Floride. Ce programme, commencé en 1975, est suivi
d’une longue série (Challenger, Discovery, Atlantis et
Endeavour). Il permet aussi bien le transport de passagers et de matériel jusqu’aux stations orbitales que le
lancement de sondes ou de satellites. Seuls les
Américains sont arrivés au bout d’un tel projet : les
Soviétiques abandonnent leur projet en 1993, pour des
raisons financières, après avoir effectué un vol orbital
non habité en 1988 et les Européens abandonnent celui
de navette Hermès en 1992, pour des raisons aussi bien
techniques que financières.
Le 15 octobre 2003, la Chine vient rejoindre le cercle très
fermé des nations capables d’envoyer par ses propres
moyens des humains dans l’espace après le succès du
vol orbital habité de sa fusée Shenzhou 5.
Parallèlement, depuis 1996, un concours international, le
Anzari X Prize, a été ouvert aux organisations non
gouvernementales, pour lancer un véhicule spatial
réutilisable capable d’emmener des humains dans
l’espace. Ceci a pour but d’ouvrir la porte aux vols
spatiaux commerciaux et au tourisme spatial, pour ainsi
dire de « démocratiser l’espace ».
Un enjeu pour le futur
Depuis le 2 janvier 1959, date à laquelle les Soviétiques
lancent la première sonde* spatiale Luna, plusieurs
dizaines de sondes ont été lancées dans l’espace avec
l’espoir d’en connaître toujours davantage sur l’Univers
qui nous entoure. Depuis lors, au moins 9 organismes
gouvernementaux différents, dont les principaux sont
ceux des U.S.A (N.A.S.A.), de l’ex-U.R.S.S., de l’Europe
(E.S.A.) et du Japon (J.A.X.A.), ont participé à cette quête
d’informations. Ces appareils, en rendant possible
l’étude à distance des objets cosmiques, ont permis et
permettent à l’Homme de rassembler des connaissances
de plus en plus pointues sur des objets sans cesse plus
lointains. Elles sont le passage obligé avant une
éventuelle exploration humaine, car elles permettent de
connaître les conditions régnant dans un endroit précis
de l’Univers servant ainsi à établir les paramètres des
futurs vols spatiaux habités. Elles ont rendu possible la
conquête de la Lune et ouvriront peut-être demain le
chemin de Mars ou d’autres destinations encore
inconnues.
Le tableau ci-contre donne un bref aperçu de l’exploration du système solaire par les sondes.
*Voir lexique page 16.
14
Missions
Terminées
En cours
En projet
Destinations
Nb de sondes
lancées
à ce jour
L’exploration du système solaire par les sondes
Noms des principaux programmes
passés, actuels et futurs
Informations recueillies ou à recueillir
Soleil
18
X X X Pioneer, Solar Sentinel et
Solar Probe (N.A.S.A.),
Soho (N.A.S.A. / E.S.A.),
Ulysse, Solar Orbiter (E.S.A.)
• Etude du champ magnétique, des
particules, du vent et des éruptions solaires.
• Observation des pôles du Soleil.
• Etude de l’intérieur du Soleil.
• Observation de la couronne solaire.
Mercure
3
X X X Mariner (N.A.S.A.)
BepiColombo (E.S.A. / J.A.X.A.)
• Composition de la planète et formation du
système solaire.
Vénus
57
X X X Spoutnik, Cosmos, Zond et
Venera (ex-URSS)
Mariner, Pioneer, Galileo, Magellan,
Venus Explorer (N.A.S.A.)
Venera-D (Russie)
Palnet-C (J.A.X.A.)
• Imagerie de la surface
• Utilisée surtout pour servir d’assistant
gravitationnel pour les sondes en chemin
vers d’autres planètes.
Lune
101
X X X Luna, Zond (ex-U.R.S.S.)
Pioneer, Ranger, Lunar Orbiter,
Surveyor, Lunar reconnaissance
Orbiter (N.A.S.A.)
Chandrayaan (Inde)
• Images et cartographie de la surface.
• Biosciences.
• Test de modules habitables, de véhicules
au sol.
• Etude des rayons cosmiques et magnétiques, de la géologie et de la minéralogie,
retour d’échantillons de roches.
• Reconnaissances de sites d’alunissage
pour le retour de l’Homme sur la Lune.
Mars
53
X
• Images et cartographie de la surface
et du relief.
• Etude de son atmosphère.
• Etude géologique, pétrographique et
minéralogique.
• Recherche de molécules d’eau.
• Recherche de molécules organiques.
Jupiter
10
X
Saturne
5
X X
Pioneer, Voyager (N.A.S.A.)
Cassini (N.A.S.A / E.S.A. / Italie)
Huygens (E.S.A.)
Uranus
1
X
Voyager (N.A.S.A.)
Neptune
1
X
X Voyager, Neptune Orbiter (N.A.S.A.)
Planètes
naines
2
X
Astéroïde
14
X X
CERES : Dawn (N.A.S.A.)
PLUTON : New Horizons (N.A.S.A.)
Galileo, Near Shoemaker (N.A.S.A.)
VESTA : Dawn (N.A.S.A.)
Hayabusa, Minerva (I.S.A.S.)
Comète
20
X X
X X Mars, Phobos (ex-U.R.S.S.)
Mariner, Viking, Mars Pathfinder,
Mars Global Surveyor, Mars Odyssey,
Spirit, Opportunity, Mars reconnaissance orbiter, Phoenix, Mars Science
Laboratory, Maven (N.A.S.A.)
Mars Express, Exomars (E.S.A.)
Phobos-Grunt (Russie)
X Pioneer, Voyager, Galileo,
Juno (N.A.S.A.)
• Utilisée surtout pour servir d’assistant
gravitationnel pour les sondes en chemin
vers Saturne ou Pluton.
• Images de la surface.
• Etude de l’atmosphère et de ses satellites.
• Etude de l’atmosphère et de ses satellites.
Ice, Deep Space, Stardust,
Deep Impact (N.A.S.A.)
Vega (Russie)
Giotto, Rosetta, Philae (E.S.A.)
Sakigake, Suisei (I.S.A.S.)
15
• Images.
• Prélèvements d’échantillons.
• Images.
Navette spatiale : véhicule aérospatial réutilisable, lancé
comme une fusée, mais qui peut atterrir comme un
planeur ou un avion, ce qui lui permet d’être réutilisable.
Orbite géostationnaire : c’est une orbite géosynchrone*
particulière qui est située à 35 786 km d’altitude au-dessus
de la Terre, dans le plan équatorial avec une excentricité
nulle. Ceci lui confère la propriété de paraître immobile
par rapport à tout point de la Terre, ce qui est très
important dans le domaine des télécommunications ou
de la télévision, car le signal émis depuis cette orbite
peut être capté en permanence par un récepteur fixe sur
Terre.
Orbite géosynchrone : c’est une orbite qui fait que les
corps qui s’y trouvent possèdent une période de révolution
très exactement égale à la période de révolution de la
Terre, soit 23 h 56 min et 4,1 sec.
Sondes spatiales : véhicules spatiaux inhabités envoyés
par l’homme pour explorer le système solaire. Ces objets
permettent actuellement de récupérer des informations
sous forme d’images, de mesures, d’échantillons,
voire même de rapporter des échantillons sur Terre. La
principale différence avec les satellites artificiels est
qu’elles sont destinées à quitter l’orbite terrestre.
Vol orbital : correspond à un vol spatial effectué à une
vitesse suffisante pour que l’objet en mouvement puisse
se placer en orbite autour d’un astre.
Vol suborbital : correspond à un vol spatial effectué à
une vitesse inférieure à la vitesse minimum requise pour
qu’il se maintienne sur orbite autour d’un astre.
POUR EN SAVOIR PLUS :
RESSOURCES BIBLIOGRAPHIQUES
GCHCOS
Système solaire et exoplanètes – Doc sciences – CRDP
de Versailles, CNES (juin 2008).
Auzias, Jean-Michel / Chaffardon, Christophe / Sarrail,
Jean-Noël – 50 activités avec l’astronomie – CNDP,
CRDP de Midi-Pyrénées, 2003.
Eber, Régine – Histoire de la cosmologie – CRDP
d’Auvergne, 2003.
Koeberl, Christian - Ces bolides qui menacent notre
monde ? Impacts météoritiques et cailloux ravageurs Editions EDP Sciences, 2003.
Dides, Jean-Jacques / Pellequer, Bernard / Prebois,
Georges / Richard, Alain / Véran, Jean-Pierre – La Terre
dans le système solaire – CRDP de Languedoc
Roussillon, 2002.
Parc du Futuroscope
B.P. 2000
86130 Jaunay-Clan
Tél. : 05 49 49 30 20
e d u c a t i o n •f u t u r o s c o p e •c o m
Luminet, Jean-Pierre - Le feu du ciel : météores et
astéroïdes tueurs - Edition le Cherche Midi, 2002.
Haineaux, Louis – La Ronde des Planètes – Rumeur des
âges, 1991.
Gouguenheim, Lucienne – Méthodes des l’astrophysique :
comment connaître et comprendre l’Univers – Hachette
Education, 1981.
Fascicules pour la formation des maîtres : Observation
des astres – Repérage dans l’espace et dans le temps –
La lumière messagère des astres – Naissance, vie et
mort des étoiles – Le système solaire – Moments et
problèmes dans l’histoire de l’astronomie - C.L.E.A.
(Comité de Liaison Enseignant Astronomes).
Les terres célestes – Dossier pour la science.
Parution novembre 2008. Publication gratuite. Mise en page : Virginie Carrecabe. SEML Nouvelle du Parc du Futuroscope, B.P. 2000, 86130 Jaunay-Clan, RCS Poitiers B 444 030 902.
Imprimerie Bedi-Sipap, Poitiers. Crédits photos : N.A.S.A./E.S.A.
LEXIQUE

Sommaire Chocs Cosmiques Web:Guide Cosmos 2006

Transcription

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