La Terre et l'Univers
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• distinguer étoiles, planètes, satellites, étoiles filantes et météorites ;
• reconnaître quelques constellations et trouver le nord grâce à l'étoile Polaire ;
• utiliser l'année-lumière pour exprimer de grandes distances ;
• décrire notre Galaxie et le système solaire ;
• expliquer la succession des jours et des nuits, les saisons et les phases de la Lune.
Situation de départ
Par une nuit sans lune, loin des lumières de la ville, on voit des milliers de points lumineux : certains scintillent, d'autres non ; une traînée blanchâtre traverse le ciel ; parfois, un trait lumineux file en une seconde. Et, d'une saison à l'autre, le Soleil ne monte pas aussi haut dans le ciel de midi.
Que sont tous ces astres ? Où se trouve la Terre parmi eux ?
I. Observer le ciel
Par une nuit claire, on peut distinguer :
• les étoiles : des boules de gaz très chaudes qui produisent leur propre lumière ; elles sont si lointaines qu'on les voit comme des points qui scintillent. Le Soleil est une étoile ;
• les planètes (Vénus, Mars, Jupiter, Saturne...) : elles ne produisent pas de lumière, elles renvoient celle du Soleil ; elles brillent d'un éclat plus fixe et se déplacent lentement parmi les étoiles d'une nuit à l'autre ;
• la Lune, satellite naturel de la Terre, qui change d'aspect d'un soir à l'autre ;
• des satellites artificiels, petits points qui traversent le ciel en quelques minutes, éclairés par le Soleil.
Une étoile filante (ou météore) n'est pas une étoile : c'est un petit grain de poussière ou de roche venu de l'espace qui entre à grande vitesse dans l'atmosphère, s'échauffe et brûle en laissant une traînée lumineuse. Les rares fragments qui atteignent le sol sans être entièrement brûlés sont des météorites ; elles renseignent les savants sur la matière du système solaire.
Une étoile produit de la lumière ; une planète et un satellite renvoient la lumière du Soleil.
II. Étoiles et constellations
Les étoiles semblent former dans le ciel des figures : les constellations (la Grande Ourse, Cassiopée, Orion, le Lion...). Les étoiles d'une constellation ne sont pas voisines : elles sont à des distances très différentes de la Terre, et c'est un effet de perspective qui les rassemble.
Au cours de la nuit, toutes les étoiles semblent tourner autour d'une étoile presque immobile, l'étoile Polaire, en 23 h 56 min : c'est la Terre qui tourne sur elle-même. La Polaire indique le nord.
III. L'année-lumière
Les distances entre les astres sont immenses. On utilise une unité adaptée : l'année-lumière (a.l.), distance parcourue par la lumière, dans le vide, pendant une année. La lumière va à la vitesse c = 3,0.105 km/s, et une année dure 365,25 × 24 × 3 600 ≈ 3,16.107 s :
Distances dans l'Univers
| Astre | Distance | Durée du trajet de la lumière |
|---|---|---|
| la Lune | 384 000 km | 1,3 s |
| le Soleil | 150 millions de km | 8 min 20 s |
| Proxima du Centaure (étoile la plus proche après le Soleil) | 4,24 a.l. | 4,24 ans |
| le centre de notre Galaxie | 26 000 a.l. | 26 000 ans |
| la galaxie d'Andromède | 2,5 millions d'a.l. | 2,5 millions d'années |
La lumière de Proxima du Centaure que nous recevons ce soir est partie il y a 4,24 ans : nous voyons l'étoile telle qu'elle était à ce moment-là. Certaines étoiles très lointaines que nous voyons ont peut-être déjà disparu.
IV. Les galaxies
La traînée blanchâtre qui traverse le ciel est formée d'innombrables étoiles trop lointaines pour être vues séparément : c'est la Voie lactée, notre Galaxie, vue de l'intérieur. Elle contient plus de 100 milliards d'étoiles. C'est une galaxie spirale : un disque aplati d'environ 100 000 a.l. de diamètre, avec un bulbe au centre et des bras. Le Soleil est sur un bras, à environ 26 000 a.l. du centre.
L'Univers compte des centaines de milliards de galaxies, regroupées en groupes et en amas. Notre voisine, la galaxie d'Andromède, est visible à l'œil nu dans un ciel très noir. Selon la théorie du Big Bang, l'Univers est âgé d'environ 13,8 milliards d'années.
V. Le système solaire
Le Soleil est une étoile moyenne, âgée d'environ 4,6 milliards d'années ; sa surface est à environ 5 500 °C et son centre à 15 millions de degrés. Il est entouré de huit planètes qui tournent autour de lui sur des orbites presque circulaires (des ellipses), à peu près dans un même plan.
• Les planètes telluriques, proches du Soleil : Mercure, Vénus, la Terre, Mars. Petites et rocheuses, elles ont une surface solide.
• Les planètes géantes gazeuses, au-delà de la ceinture d'astéroïdes : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune. Très grosses et peu denses, faites surtout d'hydrogène et d'hélium, elles ont des anneaux et de nombreux satellites.
Le système solaire contient aussi des satellites (la Lune, les lunes de Jupiter...), des planètes naines comme Pluton, des astéroïdes et des comètes (la comète de Halley revient tous les 76 ans environ).
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