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 Astronomie
Activité N°1 : Fiche de recherche
Réponses :
- Le diamètre de la Lune est près de 4 fois (3,7 fois) plus petit que celui de la Terre.
- La distance de la Terre à la Lune est environ 384 000 Km en moyenne.
- La Lune tourne sur elle-même en 27 jours et 8 heures.
- Elle tourne autour de la Terre en 27 jours et 8 heures.
- La Lune semble se lever à l'Est et se coucher à l'Ouest.
- Chaque jour elle paraît légèrement en retard.
- L'axe passe par les Pôles. L'Equateur est à mi-chemin entre eux.
- La Terre tourne sur elle-même en 23 heures et 56 minutes.
- Elle accomplit un tour autour du soleil en 365 jours et 6 heures.
Astronomie
Activité N°2 : Réaliser une maquette du système solaire
Le plus intéressant est d'essayer de représenter le système solaire à l'échelle. On ne peut en
fait en reproduire qu'une partie. Les distances sont énormes : si on représente le Soleil par un
ballon de 20cm de diamètre, Pluton sera une (petite) tête d'épingle de 1 millimètre de
diamètre, qu'il faut disposer à... 845 mètres ! La maquette du système solaire, cela pourrait
être une surface noire de 1 km carré avec un ballon de foot, sept grains de sable et deux
billes !
Cependant l'échelle proposée permet de représenter le soleil et les 5 premières planètes sur un
terrain de football (prévoir 111 mètres pour Jupiter !). Cela donne déjà une bonne idée des
distances...
Une échelle du système solaire
Astres
Distance au soleil
(en Km)
Echelle 1/7 000 000 000
(en mètres)
Soleil
Diamètre
(en Km)
Echelle
1/7000000000
(en millimètres)
1 391 000
198.7
57 940 000
8.28
4 990
0.7
Vénus
108 270 000
15.47
12 400
1.8
Terre
149 680 000
21.38
12 756
1.8
Mars
228 060 000
32.58
6 800
1
Jupiter
778 730 000
111.25
142 700
20.4
Saturne
1 427 700 000
203.96
120 800
17.3
Uranus
2 872 400 000
410.34
47 100
6.7
Neptune
4 500 800 000
642.97
44 500
6.4
Pluton
5 914 800 000
844.97
7 900
1.1
Mercure
Proxima
(plus proche étoile)
39 732 000 000 000
5 676 000 000.00
( 4,2 années de lumière )
(5 676 km environ Paris - New
York)
Cette échelle 1/70 000 permet de représenter le soleil par un ballon de football (enfin, disons
plutôt un ballon de handball) de 20 cm de diamètre et la plupart des planètes par des têtes
d’épingles. On arrive à placer le Soleil, Mercure, Venus, la Terre, Mars et Jupiter sur un
terrain de foot : Jupiter se retrouve à 111,25 mètres du Soleil.
Il ne semble guère possible de diminuer les distances : à cette échelle, Mercure est représenté
par une boule de 7 dixièmes de millimètres. Difficile de descendre plus bas !
Exemple de réalisation : Ecole de Rustrel
Dans la cour de l’école (qui a une longueur de 34 mètres), nous avons tracé à la peinture une ligne
droite. Sur celle-ci, nous avons représenté le soleil par un disque jaune, et nous avons dessiné les
quatre premières planètes. Cela donne une bonne idée des distances ! Ce genre de dessin devrait
exister dans chaque école...
Une autre échelle à faire – qui n’a rien à voir avec l’astronomie – c’est l’échelle du temps, depuis la
création de la Terre jusqu’à nos jours : là encore, il s’agit d’utiliser toute la longueur de la cour et de
marquer sur une bande l’apparition de la vie, les plantes, les poissons, les reptiles...jusqu’à
l’apparition de l’homme. Nous sommes vraiment peu de chose !
Pour tracer des bandes bien droites, nous avons utilisé de l’adhésif large comme ruban de masquage.
Si vous ne voulez pas peindre le sol, vous pouvez utiliser une bande de papier. L’idéal est peut-être
les rouleaux destinés aux caisses enregistreuses : larges de 5 cm environ, longs de 20 à 50 mètres,
on peut facilement écrire et dessiner dessus. Mais il faut tout enrouler après chaque utilisation !
Un ballon de foot, des têtes d'épingles et des boules de pâte à modeler ...
Voici par exemple les événements retenus pour la cour de Rustrel sur une longueur de 34
mètres :
Distances en mètres
Périodes (en Millions
Evénements
d’années)
34 m
28,08 m
25,13 m
4 600 MA
3 800 MA
3 400 MA
18,48 m
2 500 MA
10,72 m
5,03 m
4,66 m
4,28 m
3,47
1 450 MA
680 MA
630 MA
580 MA
470 MA
3,18
430 MA
3,03 m
410 MA
2,73 m
2,66 m
2,58
2,51 m
2,07
370 MA
360 MA
350 MA
340 MA
280 MA
1,81 m
245 MA
1,48 m
1,03
0,74 m
0,48 m
0,02 m
200 MA
140 MA
100 MA
65 MA
3,1 MA
Formation de la Terre
Apparition de la vie
Plus anciens fossiles
découverts
Algues unicellulaires
Formation de l’oxygène
Cellules de grande taille
Invertébrés aquatiques
Animaux pluricellulaires
Animaux à coquille
Premiers poissons sans
mâchoire
Premières plantes
terrestres
Poissons à mâchoires
articulées
Batraciens, amphibiens
Premiers quadrupèdes
Insectes
Reptiles terrestres
La Pangée est le seul
continent
Reptiles géants,
dinosaures
Premiers mammifères
Premiers oiseaux
Plantes à fleurs
Disparition des dinosaures
Lucy : préhominiens
On peut faire une maquette du Système Solaire en respectant l'échelle. Le Soleil peut être représenté par un ballon de 20 cm environ. Dans ce cas, la Terre devra avoir la taille d'une tête d'épingle : moins de 2 mm de diamètre !
A cette échelle, la plupart des planètes sont des têtes d'épingles. Jupiter est une petite balle de
ping-pong ; Saturne un cochonnet de pétanque ; Uranus et Neptune, de petites billes.
On peut alors disposer notre ballon et nos planètes sur un terrain de football.
Malheureusement, l'orbite de Jupiter est déjà hors des limites du terrain !
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Activité N°3 : Les phases de la Lune Deux demi‐pages à photocopier pour comprendre les phases de la Lune. Il faut essayer de colorier les Lunes telles qu'on les voit de la Terre : Nouvelle Lune, Premier Quartier, Pleine Lune, Dernier Quartier. Pas forcément évident : aidez‐vous d'un dictionnaire Saviez‐vous que quand la Lune est dans son premier quartier elle se trouve dans le ciel là où se trouvait la Terre 4 heures plus tôt ? Et quand elle est dans son dernier quartier, elle précède la Terre de 4 heures : elle nous montre l'orbite suivie par la Terre autour du Soleil. Astronomie
Activité N°4 : Les quatre saisons de la Terre
La Terre est inclinée par rapport au soleil, et c'est pourquoi il y a des solstices et des
équinoxes... Cette fiche veut être la trace écrite d'autres démonstrations (vidéos, reproduction
dans la classe, etc...) Il faut arriver à comprendre qu'il y a des époques où le soleil n'éclaire
jamais telle zone polaire, d'autres où il l'éclaire 24 h sur 24.
Astronomie
Activité N°5: Quel jour sommes-nous ?
Les quatre jours particuliers de l'année : équinoxe de printemps, solstice d'été, équinoxe
d'automne, solstice d'hiver. La durée des jours varie, la hauteur du soleil dans le ciel aussi,
l'endroit où il se lève et il se couche aussi.
Une activité intéressante au préalable, c'est de distribuer les éphémérides de l'année aux
élèves (on les trouve sur le calendrier des postes) et de rechercher :
* les jours où le soleil se lève le plus tard (7 h 46, du 27 décembre au 5 janvier)
* les jours où le soleil se couche le plus tôt (15 h 52, du 6 décembre au 16 décembre)
* les jours où le soleil se lève le plus tôt (3 h 49, du 11 juin au 21 juin)
* les jours où le soleil se couche le plus tard (19 h 56, du 19 juin au 1er juillet)
[ les heures sont données en temps universel, selon le méridien de Paris : il faut ajouter 1
heure en hiver, 2h en été ; ajouter encore quelques dizaines de minutes si l'on habite à l'Est
du méridien de Paris, en enlever si l'on est à l'Ouest ! ]
La plupart de ces dates coïncident avec des fêtes païennes ou religieuses (mais le
christianisme a souvent plaqué ses fêtes sur les fêtes païennes plus anciennes pour les
"récupérer"), ce qui indique que les hommes ont toujours célébré ces moments où le soleil
entamait un nouveau cycle dans le ciel, annonçant un allongement ou une diminution de la
lumière.
Astronomie
Activité N°6: Les saisons de la Terre
Quelque soit l'endroit où l'on se trouve sur Terre, le Soleil change chaque jour de trajectoire
dans le ciel.
A l'équateur, il grimpe très vite très haut : rapidement on ne l'aperçoit plus dans le ciel, sauf si
on renverse la tête en arrière pour l'apercevoir très haut au-dessus de soi.
Aux pôles, il se déplace parallèlement à l'horizon, chaque jour un peu plus haut ou un peu
plus bas.
Astronomie
Activité N°7 : Construire son cadran solaire
Voir également page 71 du fichier astronomie des Francas
Beaucoup de personnes se sont fait prendre en croyant qu'il suffisait de planter un poteau
vertical dans le sol pour marquer le passage des heures. Au fil des jours, ils se sont
rapidement aperçu que leur système était loin d'être précis. En effet, l'ombre d'une tige
verticale n'a d'un jour à l'autre et pour la même heure, ni la même direction ni la même
longueur. C'est que la trajectoire apparente du Soleil dans le ciel varie selon la période de
l'année. Pour pallier ce problème, le style doit être parallèle à l'axe de la Terre, ce qu'on
obtient en lui donnant un angle d'inclinaison égal à la latitude du lieu où est installé le cadran.
Il faut préciser que votre cadran indiquera l'heure solaire, qui peut différer de celle affichée
par votre montre. D'une part, parce qu'à l'échelle astronomique toutes les journées ne sont pas
égales: selon l'époque de l'année, elles durent un peu plus ou un peu moins de 24 h. À cet
égard, la différence entre votre montre et votre cadran pourra atteindre jusqu'à 16 minutes.
D'autre part, l'heure de votre montre indique celle de votre fuseau horaire, qui n'est pas
nécessairement situé sur le même méridien que votre cadran. Selon que vous êtes à l'est ou à
l'ouest de votre fuseau horaire, vous enregistrez quatre minutes de plus ou de moins par degré
d'écart.
Principe de fonctionnement d'un cadran solaire :
Une tige droite, le STYLE, est dirigé selon l'axe Sud-Nord. On observe son ombre sur une
table qui lui est perpendiculaire, appelée TABLE EQUATORIALE, puisqu'elle est alors
parallèle au plan de l'équateur. Le style pivote sur lui-même en 24 heures. Son ombre,
opposée au Soleil effectue un tour en 24 heures, soit 360°/24=15° par heure.
Un premier type de cadran solaire consiste donc en un style traversant une table équatoriale
sur
laquelle
sont
tracées
tous
les
15°
les
lignes
horaires.
Mais...
Il
faut
pouvoir
poser
notre
cadran
sur
le
sol
horizontal.
Le style fait alors avec le plan horizontal un angle égal à celui de la latitude du lieu : 0° à
l'équateur,
48°
à
Paris,
90°
au
pôle.
La table équatoriale est perpendiculaire au style et les lignes horaires font un angle de 15°
entre elles. Il faut projeter ces lignes sur le plan horizontal.
Matériel :
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Bristol ou papier à dessin blanc.
Petite tige métallique : ´ trombone ª redressé, rayon de vélo...
A défaut, petite tige de bois : tuteur de jardinier, pique à brochette..
Papier adhésif
Outils :
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Ciseaux ;
une pince (pour tordre la tige métallique) ;
crayon noir,
règle,
rapporteur.
Dimensions :
Le triangle OAB est rectangle en O. L'angle OAB doit Ítre égal à la latitude du lieu (48° pour
Paris) En utilisant les rapports trigonométriques, OB/AB = sin ( latitude) . Soit, pour Paris
OB/AB= sin(48°) = 0,743 et OB/OA = tan(48°)=1,11.
Si on fixe OB = 5 cm, alors OA = 4,5 cm et AB = 6,75 cm.
Pour des cadrans plus grands, multiplier toutes les dimensions par le facteur de
proportionnalité.
Trace des lignes horaires :
Sur la table équatoriale :, il suffit de tracer à partir de O des rayons tous les 15°; a = 0°; 15°;
30°; 45°; 60°; 75° et 90°
Sur la table horizontale, à Paris, il faut tracer les lignes faisant un angle b = 0° , 11° , 23° ,
36,6° 52° , 70° , 90°)
Explications :
Sur la table horizontale, il faudra
projeter ces lignes ; pour cela, on
imagine que l'on déplie les deux
tables, on obtient alors la figure cicontre: Sur la table équatoriale, les
angles 'a' valent successivement 0° ;
15° ;30° ; 45° ; 60° ; 75° et 90°
Un petit calcul montre que tan a =
h/OB et tan b = h/AB donc que tan b =
tan a*OB/AB
or OB/AB = sin(latitude) donc tan b =
tan a * sin(latitude).
Une calculette scientifique permet de
connaitre les valeurs de 'b' lorsqu'on
dispose de tan b.
On peut remplacer le style, assez difficile à réaliser par un triangle rectangle faisant un angle de 48° avec la table horizontale. Ce triangle est prolongé par le style qui traverse alors la table horizontale. Les deux moitiés se replient et se collent l'une sur l'autre pour plus de solidité. La table équatoriale s'appuie sur le coté de 5 cm.
Pour en savoir plus :
Procurez-vous le fabuleux LES PUISSANCES DE DIX
de Philip Morrison : un voyage de l'infiniment grand à l'infiniment petit, un
zoom qui va du proton à l'univers au-delà des galaxies ! Disponible en livre
(ed Pour la Science, 30 € environ - par exemple chez Eyrolles) ou en DVD (25 $
US pour 9 minutes - mais quelles minutes ! sur le site "Powers of Ten")
D'autres sites proposant des voyages identiques : microcosm.web.cern.ch
et Mission TICE de l'Académie de Besançon
On recommande le logiciel gratuit Celestia (14 Mo) qui permet de faire un voyage dans l'Univers
de la même façon !
Il existe d'excellents logiciels d'astronomie gratuit. Mon préféré : le logiciel libre Stellarium pour
Linux, Windows et Mac.
Les DVD Tous sur Orbite de Nicolas Gessner sont les plus pédagogiques (autour de 30 € ) mais
ils sont de moins en moins faciles à trouver.
Un site qui répond aux questions : L'étoile des enfants
En Provence, le Centre d'Astronomie de Saint-Michel l'Observatoire accueille les scolaires et les
centres de loisirs.
Et maintenant, vous pouvez louer des nuits d'observation au Centre d'Astronomie SIRENE de
Lagarde d'Apt.
Et encore d’autres sites :
http://www.astroevasion.com/SCOLAIRES_Astro_docpeda.htm
http://
www.pomverte.com/