La plante Terre : quelle est sa place dans lunivers ? Est elle la seule plante

SVT 2MANUEL POUR LES LYCEENS DE SECONDE P r s e n t e r, o r g an i s e r l e s connaissances indispensables pour prparer, soutenir et prolonger le travail de votre professeur.Vous trouverez essentiellement dans ce manuel des connaissances, des prolongements de cours et de nombreux exercices corrigs. Le but de ce manuel est de vous aider progresser, aller plus loin. Il sadresse tous les lves dsireux davoir un support bien organis, clair et prcis pour travailler. La plupart des manuels vous proposent de jolies photos et vitent dexposer clairement ce que vous devez savoir. Ce nest pas le cas de celui-ci. Jai essay de le rendre agrable par linjection dune bonne dose dhumour, car il nest pas de sciences sans joie.

habite? Comment sont organiss ses tres vivants, quont-ils en commun, comment leur organisme s'adapte til un environnement changeant ? Votre manuel va essayer de vous apporter des lments de rponse...

Quest-ce quun manuel numrique de SVT ?Dans ce manuel: - le cours prsente ce quil faut savoir et dtaille les raisonnements - les rsums exposent les notions quil faut, comment dire... retenir ? - les annexes (encadrs) permettent dapprofondir un sujet - les exercices prsentent de quoi vrifier puis appliquer ses connaissances (car la science est aussi lapplication de connaissances des problmes nouveaux pour gnrer des connaissances nouvelles, etc.) - lvaluation vous prsente un exemple de devoir et sa correction (vitez de tricher!). Les tests sont des valuations rapides. - Ce manuel fait appel lhistoire des sciences, donc vous en profiterez pour rviser aussi votre histoire et mme, chemin faisant, pour apprendre quelques dfinitions, citations et astuces qui vous permettront de mieux matriser votre expression crite et, pourquoi pas, orale (les pages de vocabulaire matr iser vous y aideront). - La forme lectronique de ce manuel, ainsi que son site daccompagnement, vous permet de lavoir toujours avec vous, dans vos tlphones, vos iPod, ipad, ordis, vos XO... Elle vous donne aussi accs des vidos ou des sites qui illustrent de nombreux phnomnes. Et maintenant, au boulot!Pr. R .Raynal Dr de lUniversit de Toulouse Octobre 2009

Table des matiresLa Terre, plante habite La Nature de la vie Enjeux plantaires Lorganisme et leffort

Programme 2010-2011B.O. spcial n4 du 29 avril 2010

2010

Ce manuel est fourni sous forme lectronique. Il est entirement gratuit et peut tre librement distribu par tous les moyens possibles, existant ou venir. Il est galement libre dans la mesure o chaque professeur peut lamliorer et le modifier, les fichiers sources tant librement disponibles sur le site www.exobiologie.info. Les illustrations, photos et schmas sont soit totalement libres de droits, soit ralises par moimme et donc librement utilisables et modifiables. Les liens Internet donns sont actifs si le document reste sous forme lectronique. Version 0.2

Compte rebours... 3 Dans ce manuel, vous trouverez de nombreux documents, gnralement sous forme dencadrs, mais aussi dexercices, qui ont pour but de vous faire rflchir et de vous informer sur la pratique relle de lactivit scientifique. Ces diffrents lments sont identifiables grce au symbole suivant :

2Ce manuel tant libre, vous pouvez tout fait lgalement utiliser ses documents, ses schmas, ses textes pour complter un de vos exposs ou dans le cadre dun travail faire hors classe. Toutefois, vos professeurs (malgr les apparences, parfois) ne sont pas (tous...) des imbciles: il ny a que peu de chances quils ne dcouvrent pas que vous ntes pas personnellement lorigine des schmas et autres documents que vous aurez utilis: agissez en scientifiques, citez vos rfrences! (pour ce manuel : Manuel SVT seconde libre & gratuit - R. Raynal - 2010 www.exobiologie.info).

Licence:Ce manuel vous est fourni gratuitement sous licence creative commons paternit - pas dutilisation commerciale. Vous tes donc libres ( condition de citer le nom de l'auteur original) de reproduire, distribuer et communiquer ce manuel au public, par tous les moyens. Vous pouvez aussi modifier ce manuel. Vous n'avez pas le droit d'utiliser ce manuel des fins commerciales.

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Au sein des tnbres de lespace notre Terre flotte, petite le dans le grand archipel des mondes.C.Flammarion, la pluralit des mondes habits, 1877

Le sommeil de la ra!on en"n#e des mon%res.Francisco de Goya Y Lucientes - lgende dune gravure

Photo: La Terre et la Lune vue par la sonde Galileo, en route vers Jupiter, le 16 dcembre 1996 - NASA

LA TERRE, UNE PLANTE DU SYSTME SOLAIRE

Le 15 septembre 2006, la sonde spatiale Cassini a pris en passant derrire Saturne 165 vues qui ont t assembles pour donner cette image de la plante et de ses anneaux en contre-jour. Sur lagrandissement gauche apparat un petit point bleu ple, 1,3 milliard de km: ce point, cest lensemble de tous les humains, de leurs ralisations, de toute leur histoire. A lexception de quelques sondes spatiales, tout ce que les hommes ont cr et bti se trouve sur ce minuscule point bleu. Le berceau de lhumanit, la Terre. Photo NASA.

1 - La plante Terre appartient au systme solaire11 - La Terre, une plante comme les autres Imaginez. Vous regardez le ciel nocturne, quy voyez-vous? De nos jours, des millions dtoiles, soleils lointains accompagns de plantes, et, parfois, comme de brillantes toiles, vous pouvez voir au-dessus de lhorizon sud (1), comme de brillantes toiles, certaines plantes de notre systme solaire. Imaginez. Nous sommes en 1543. Vous regardez le ciel. Quy voyez-vous ? Le mme ordre immuable x par l'astronome Grec Ptolme depuis quatorze sicles, vous voyez les toiles et les plantes tourner autour de la Terre, immobile au centre de lunivers. Vous savez, bien entendu, que les plantes et le soleil sont des luminaires placs sur des sphres en cristal, et que la dernire sphre contient toutes les toiles. Vous tes persuads que le ciel est le royaume de la perfection, et quil en sera toujours ainsi. Pourtant, en moins dun sicle, toutes vos certitudes millnaires vont voler en clat. Une rvolution scientique majeure va se drouler, qui dbute justement en 1543. Cette anne-l (2) parait un livre rdig par un moine polonais, Copernic. Celui-ci sait que les ides quil dfend sont susceptibles de le faire nir rti sur un bcher (3), aussi il prend la prcaution de faire publier son livre par un de ses lves (4), ltranger, et la n de sa vie. Son diteur, craintif, mentionne au dbut de louvrage Il nest pas ncessaire que ces hypothses soient vraies, ou mmes vraisemblables. En effet, lide que la Terre tourne autour du soleil soppose au dogme de lglise catholique, et est difcilement acceptable par les scientiques de lpoque cause de leurs ides sur la physique du mouvement (5). Les ides de Copernic sont donc difcilement acceptes, et, an de savoir qui de Copernic ou Ptolme a raison, un astronome danois, Tycho Brah, mne vers 1590 un programme dobservation trs prcis des positions des toiles et plantes an de comparer les prvisions des deux astronomes. Tycho a de bonnes raisons de douter des ides anciennes: en 1572, il a1 - Ou Nord pour mes lecteurs et lectrices de l'hmisphre sud.... 2 - Franois 1 rgne en France, le navigateur Portugais Diego Suarez dcouvre une baie magnifique Madagascar (Antsiranana), Charles Quint et Henri 8 rgnent. 3 - Comme le sera Giordano Bruno, dfenseur des ides de Copernic, brl vif le 17 fvrier 1600 pour ses ides philosophiques et scientifiques dont, entre autres, celles dune terre, simple plante tournant autour du soleil. 4 - Cette attitude discutable consistant faire prendre tous les risques par un tudiant tout en conservant tous les bnfices ventuels na pas disparu, comme cest bizarre, notre poque... 5 - Suivant les ides dAristote, ils pensaient que si la Terre tait en mouvement, les corps moins massifs quelle se dplaceraient moins vite, et resteraient donc en arrire, perdus dans lespace...

Observer le ciel et prvoir les phnomnes, une question de vie ou de mort.Les dbuts de lastronomie sont lis

lagriculture: lobservation du ciel sest dabord dveloppe dans le but de fabriquer un calendrier. Cela peut vous paratre secondaire, mais cest vital: si vous semez trop tard, vos plantes risquent dtre dtruites par le froid; trop tt, et elles peuvent geler en germant, se retrouver inondes ou dessches... Cest la vie de tous qui dpend alors du bon timing des semailles et des rcoltes. Pour tablir un calendrier, il faut savoir comment se reprer dans les saisons, et pour cela, le plus simple est dutiliser les toiles: savoir, par exemple, que lorsque la plus brillante devient visible le matin, le euve ne va pas tarder dborder (ctait le cas du Nil). Un autre aspect important est li au pouvoir donn par la capacit de prvoir des phnomnes marquants, comme la lune devenant rouge (lors dune clipse de lune) o, plus spectaculaire, dannoncer lavance que le soleil va disparatre (en oubliant de dire quil va rapparatre peu aprs, vous pouvez exiger peu prs nimporte quoi pour le forcer revenir au bout de quelques minutes ...). Ce nest qu lpoque de lantiquit grecque que lastronomie sest dgage des ncessits du calendrier et des prdictions mystiques pour devenir un domaine dtude des objets clestes en tant que tels.

dcouvert une nouvelle toile apparue brusquement, et en 1577 une grande comte est visible dans le ciel. Tycho dmontre que, contrairement ce qui tait enseign depuis plus de 1000 ans, ces phnomnes ne se sont pas produits dans l'atmosphre, mais sont situs plus loin que la Lune (1). Cest fin de lide des sphres de cristal portant les plantes ainsi que de la conception dun ciel inaltrable. Tycho relve prcisment la position des toiles ainsi que des plantes (2), et il fonde une cole dastronomie. Il demande un de ses lves, J. Kepler, favorable Copernic, dutiliser ses observations pour calculer prcisment lorbite de la plante Mars. Aprs la mort de Tycho, Kepler va dcouvrir, en 1609, que la seule faon dexpliquer correctement le mouvement de Mars dans le ciel est de renoncer lide que cette plante tourne autour du Soleil selon un cercle parfait: la plante dcrit autour du soleil une ellipse.

Le systme de Copernic dans son livre original de 1543 : Autour du Soleil, central, tournent les plantes Mercure, Vnus, la Terre, Mars, Jupiter puis Saturne. Le dernier cercle indique la position de toutes les toiles que Copernic pensait tre situes sur une sphre de cristal, une mme distance de la Terre (3)

Les trois lois de Kepler (simplifies *) 1 - Les plantes tournent autour du soleil en suivant des ellipses. Le soleil se trouve lun des foyers de ces ellipses 2 - Les plantes ne se dplacent pas vitesse fixe: elles acclrent en se rapprochant du soleil et ralentissent en sen loignant 3 - Il existe un rapport fixe entre la taille de lorbite et le temps mis par la plante la parcourir. * Les versions originales sont commentessur le site daccompagnement du manuel, et dans l exercice n

Extrait de cosmic story - sciences sans frontires- (J.P. Petit)

Kepler va ainsi dcouvrir trois lois (qui portent son nom) qui dcrivent le mouvement des plantes autour du soleil. la mme poque, en Italie, un des plus grands physiciens de lHistoire, Galile, ralise une srie de dcouvertes qui conrment indubitablement (3) le systme de Copernic. En tant que Physicien, Galile ralise de nombreuses expriences sur le mouvement, et il dmontre que la mobilit de la Terre est parfaitement possible. De plus, Galile utilise un instrument nouvellement invent, la lunette, pour observer le ciel.1 - Si ltoile ou la comte taient dans latmosphre, alors leur position aurait d changer, par rapport aux toiles, selon le lieu o on les observait sur Terre (le mme effet se produit lorsque vous tendez le bras et observez un de vos doigts en fermant un oeil, puis lautre: votre doigt semble bouger un peu par rapport larrire-plan). 2 - Tycho Brah observait loeil nu. Il reprait les positions des astres avec de grands instruments en bois qui servent viser les toiles et mesurer les angles. Il lignorait, mais plusieurs sicles avant lui, les astronomes hindous et amrindiens ralisaient aussi les mmes observations. 3 - Copernic croyait toujours cette vieille ide de Ptolme: mme un scientifique clbre peut se tromper, au moins partiellement !

Une ellipse. Elle comprend un grand axe, un petit axe et deux foyers, dont lun est ici signal par le point F. Les orbites parcourues par les plantes sont trs peu elliptiques, ressemblant des cercles trs peu crass... Schma HB, wikimedia.

Grce la lunette astronomique (1), Galile ralise de nombreuses dcouvertes fondamentales, qui montrent toutes que Copernic a raison de dire que la Terre tourne autour du soleil: - la Lune nest pas une sphre parfaite,on peut voir des montagnes sa surface. Le soleil, lui-mme, nest pas parfait: on peut y observer des taches noires mobiles (2). Ces dcouvertes dmontrent que lancienne ide dun monde parfait dans le ciel est fausse. - Les plantes Vnus et Mercure ont des phases, comme la Lune. Cela ne peut sexpliquer que si elles tournent autour du soleil. - Il existe autour de la plante Jupiter 4 petits astres qui tournent autour de cette dernire. Cela dmontre que lide selon laquelle lunivers entier doit tourner autour de la Terre est manifestement fausse. Galile (portrait ci-contre, vers 1606) publie ses dcouvertes dans un livre, le messager cleste, en 1610. En 1632, il publie un autre livre, dialogue sur les deux plus grands systmes, celui de Ptolme et celui de Copernic o il tourne en ridicule lide dune Terre immobile au centre de lunivers. Cen est trop pour les Jsuites, partisans dune Terre immobile, qui obtiennent sa condamnation par lglise catholique (3). Galile a toutefois lanc une rvolution scientique: grce lui, les astres ne sont plus de simples points lumineux dont on se contente de dcrire la trajectoire, ce sont des mondes, comme la Terre, que lon peut tudier. De nombreux scientiques vont, entre le 17 et le 19me sicle, explorer le systme solaire que Kepler et Galile ont ouvert lintelligence humaine (4). 12 - Une toile, 8 plantes, de trs nombreux satellites, des roches et de la glace Ainsi, de nombreux astronomes ralisrent, au fur et mesure que les instruments doptique se perfectionnaient, des observations, des cartes des diffrentes plantes et des mesures des dimensions du systme solaire. Ainsi, . Cassini, en 1673, mesure prcisment la distance Soleil-Terre et tudie les plantes Jupiter et Saturne, dont il dcouvre lanneau ainsi que des satellites. Un des plus grands scientifiques de tous les temps, Isaac Newton (5), explique en 1687 les mouvements des astres par une force, la gravit, dont il calcule lexpression. Cela permet E. Halley de prdire le retour dune comte en 1705. Aux cinq plantes connues depuis lantiquit, William Herschel ajoute, en 1781, Uranus, quil dcouvre. Il montre aussi que le soleil est une toile comme les autres. Dautres astronomes dcouvrent de petits corps, les astrodes, principalement entre Mars et Jupiter. En utilisant les dcouvertes de Newton, Le Verrier calcule la position dune autre nouvelle plante, Neptune, dcouverte en 1846 lendroit quil a prdit. Le systme solaire se peuple et sagrandit ainsi de corps divers. Le tableau1 - Les lunettes de Galile taient dune trs mauvaise qualit, selon les critres modernes. Grossissant moins de dix fois, elles donnaient des images un peu floues sur les bords, et avec des taches de couleurs... La moindre paire de jumelles actuelles donne de meilleures images! En sciences, limportant nest donc pas seulement la perfection de l'instrument, mais aussi lintelligence de celui qui le manipule! (pensez-y avant de vous plaindre de vos microscopes de mauvaise qualit....) 2 - Les astronomes chinois, depuis lan -28, avaient dj observ ces taches loeil nu ( travers dpais nuages, du brouillard ou des temptes de sable (nessayez surtout pas, cest trs dangereux pour votre vue), mais sans y accorder dimportance particulire. 3 - Certains passages de la bible laissant penser que la terre est immobile et le soleil tourne autour... 4 - Une chronologie, sur le site, rsume cette aventure humaine. 5 - Une vieille connaissance de votre programme de physique de troisime, non ?

Couverture du livre de Galile le messager cleste (Sidereus Nuncius, en latin) o il annonce les dcouvertes quil a ralises avec sa lunette astronomique. Par le web, vous pouvez avoir accs la version originale, o une traduction en franais.

Dessin de la Lune (Sidereus Nuncius, 1610) montrant ses montagnes ainsi que les autres lments de son relief.

Schmas de Galile (1609) montrant les 4 petites toiles (satellites), mobiles de jour en jour, quil observe proximit de la plante Jupiter.

suivant prsente ces nombreux astres, de taille et de composition diverse. Les plus gros sont les plantes, dont le nombre a t arbitrairement x 8 (1). Corps cleste toile ParticularitsProduit de la lumire partir de ractions thermonuclaires fabriquant de lhlium partir dhydrogne. Tournent autour du soleil. Peuvent tre assez massives pour retenir des gaz et possder ainsi une atmosphre. Elles peuvent possder aussi des satellites. Corps cleste en orbite autour dune plante Corps cleste de petite dimension (du mm au millier de km, les plus nombreux tant les plus petits), form de roches, de mtaux ou de glace. Ils peuvent percuter une plante, on les appelle alors mtorite. Corps cleste surtout form de glace mle de la roche et des molcules carbones, orbitant trs loin du soleil, mais pouvant sen rapprocher fortement. Lors de cette approche, ils perdent leur gaz qui, retant la lumire solaire, forme une trane qui peut tre spectaculaire. Gros astrodes sphriques orbitant, le plus souvent, au-del de lorbite de Neptune. Il en existe aussi entre Mars et Jupiter

Distances dans luniversUnits de mesure en astronomie1. Lunit astronomique, UACest une unit adapte aux mesures de distances dans le systme solaire. Elle cor respond la dist ance moyenne de la Terre au Soleil, soit 150 millions de km.

Exemples

Le soleil Mercure, Vnus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune La Lune Pallas, Vesta, mais aussi les anneaux de Saturne... Les comtes portent le nom de leur dcouvreur: Halley, Hale Bop, Encke...

Plante

Satellite

2. Lanne-lumire, A.L.La superstar des units astronomique, popularise par dinnombrables films de science-fiction ! Elle correspond la distance parcourue par la lumire en une anne. La vitesse de la lumire tant voisine de 300000 km/ s, vous calculerez aisment combien de km un rayon lumineux parcours en un an (2). Il en existe des sous-multiples comme la minute-lumire. La plus proche toile du soleil, Proxima centaurii, se trouve 4 annes lumires de distance (3).

Astrode

Comte

Plantode (ou plante naine)

Pluton, Ceres, Eris, M a k e m a k e , Haumea.

Il est alors devenu possible de construire une reprsentation densemble du systme solaire. Toutefois, les astronomes, au cours du 20me sicle, tudieront davantage les toiles et lespace lointain, et lexploration dtaille des plantes ne commencera que dans les annes 1970, lorsque plusieurs sondes spatiales amricaines parcourront le systme solaire en tudiant plusieurs plantes, accumulant les dcouvertes. Cette aventure continue.

3. Le PARSEC, pcCette unit correspond la distance laquelle lorbite terrestre est vue sous un angle de 1 seconde darc (1 - 4). Un parsec (abrviation de parallaxe seconde) vaut 3,26 A.L. Cette unit est trs employe par les astronomes, car elle est pratique pour effectuer tout un ensemble de calcul de distances dtoiles. On en utilise des multiples comme le kiloparsec ( K p c , 10 0 0 p a r s e c s ) o u l e mgaparsec (Mpc, 1 million de pc), utilis pour mesurer les distances qui nous sparent des autres galaxies.

Reprsentation, leurs chelles respectives de taille (mais pas de distance) des principaux corps du systme solaire - NASA/JPL.

1 - Depuis le 24 aot 2006, date laquelle lUAI (assemble mondiale des astronomes) a dcid dexclure Pluton des plantes du systme solaire, car elle ressemble davantage dautres corps clestes, les plantodes (ou plantes naines) dcouverts en nombre au-del de son orbite.

2 - Quel bel exercice, hein ? Vous trouverez qu1 A.L. = 9500 milliards de km... 3 - La lumire qui vient de cette toile nous atteint maintenant alors quelle est partie lpoque ou vous partiez en vacance la fin de votre CM2... H oui, cest grand, lunivers (surtout si vous avez redoubl)... 4 - Tout autour de vous = 360. 1= 6 0 , 1 = 6 0 . L a p l e i n e L u n e reprsente environ un angle de 30. Cest ce que lon appelle voir sous un certain angle...

2 Il existe deux grandes familles de plantes dans le systme solaire Aprs les dcouvertes de Kepler et de Newton, il a t possible de mesurer la distance entre les plantes et le soleil (1), ainsi que leur diamtre. Il est vite apparu quil existait deux groupes de plantes diffrentes dans le systme solaire: 21 Les plantes rocheuses (telluriques) possdent une surface rocheuse. Ces plantes ressemblent superciellement la Terre. Elles sont principalement faites de roches et de mtaux. Leur diamtre est de l'ordre du millier de km. Elles orbitent au voisinage du soleil. Une ceinture dastrodes comprenant plusieurs centaines de milliers de corps (2), les sparent du second groupe de plantes, plus extrieures dans notre systme solaire (3), les plantes gantes, dites joviennes cause de leur ressemblance avec la plante Jupiter. Les principales caractristiques des quatre plantes telluriques de notre systme solaire, dans lordre de leur loignement du soleil, sont donnes dans le tableau suivant, ainsi que des liens vers des articles dtaills: Plante tellurique Distance au soleil(millions de km)

Pendant le coursQuestions dlvesLe bon en math (avec des lunettes) Comment on a mesur les plantes ? Grce la troisime loi de Kepler. On peut mesurer, par des observations terrestres, le temps mis par une plante pour boucler son orbite. Ce temps tant reli sa distance au soleil selon un rapport xe (quil faut trouver en tablissant la distance au soleil dune plante dont on connat la dure de lorbite, au hasard la Terre), on obtient la distance de la plante. En mesurant sa taille apparente, et connaissant la distance, on calcule sa taille relle (voir exo machin). Lou ravi Le soleil, cest une toile ? Oui, et elle na rien dexceptionnel: il en est de plus petites, mais aussi de plus massives. Dans un rayon de 20 A.L. autour du soleil, on trouve 70 toiles dont 3 sont plus lumineuses et plus grandes que le Soleil (Sir ius, Alt ar e t Procyon), 10 sont comparables notre toile et 57 sont des toiles naines rouges, pouvant tre bien plus ges que le soleil. Lastucieux En hivers, il fait froid parce que la Terre est loin du soleil ? Pas du tout, au contraire, cest en hiver que lon est le plus prs de notre toile. Les saisons sont lies linclinaison de la Terre sur son orbite, comme nous le verrons... Le bon lve (qui a la question qui tue) Pourquoi les plantes tournent en rond autour du soleil ? Elle ne tournent pas en rond, justement, mais en suivant des trajectoires qui ressemblent des cercles crass, des ellipses. Quant au pourquoi de ta question, il rclame des explications complmentaires... Le prophte Cest vrai quen 2012 il va y avoir une mtorite qui va tomber et ce sera la fin du monde ? Non. Lorsque les astronomes disent quun astrode frle la terre, il passe en fait bien plus loin que la Lune. Pas de catastrophe en 2012, si ce nest le bac pour vous... Le roi du TP On peut reconnatre les plantes dans le ciel ? Oui, et trs facilement: outre le fait quelles sont relativement brillantes et quelles se trouvent toutes du ct sud, elles ne scintillent pas comme les toiles. De plus, de semaine en semaine, elles semblent se dplacer par rapport aux toiles (4). Les plus faciles observer en France sont Jupiter, Saturne, Vnus (ltoile du berger, visible le soir ou le matin) et Mars ( lclat rouge caractristique).

Masse(terre = 1)

Diam tre(km)

Atmosphre(pression P, Terre = 1)

Satellite

Mercure Vnus Terre Mars

58 108 150 228

0,05 0,82 1 0,1

4800 12000 12700 6700

non P=95, CO2 P=1, N2 et O2 P=0,006, CO2 traces de CH4

non non la Lune Phobos Deimos

Photomontage montrant, lchelle, les 4 plantes telluriques du systme solaire (de gauche droite: Mercure, Vnus, la Terre et Mars). La bande claire au nord de Mercure est une zone non encore cartographie. Vnus est reprsente sans son paisse atmosphre. La Terre et Mars sont reprsentes telle que vous les verriez depuis lespace (pour peu quil ny ait pas de tempte de poussire sur Mars). NASA. 1 - Voir lexercice machin pour plus de dtails ce sujet. 2 - Contrairement ce qui est montr dans les lms de science-ction, les diffrents lments de la ceinture dastrodes sont spars par des millions de km. Vous pouvez donc traverser sans regarder... 3 - Dans dautres systmes plantaires, ce type de plante peut tre situ trs prs de son toile. 4 - do leur nom: en grec, planetes (crivez , cest plus chic) veut dire astres errants

22 - Les plantes joviennes sont surtout constitues de gaz. Ce sont des plantes massives (leur diamtre varie de 50000 150000 km). Deux (Jupiter et Saturne) sont connues depuis lantiquit, leur taille les rendant trs brillantes dans le ciel malgr leur loignement. Nous avons vu que les deux autres, Uranus et Neptune, ont t dcouvertes aux 18me et 19me sicle. Toutes possdent une atmosphre trs paisse qui leur a valu le nom de plantes gazeuses, des anneaux (parfois spectaculaires, comme Saturne) ainsi que de nombreux satellites, dont certains de grande taille (Ganymde, satellite de Jupiter, est plus gros que la plante Mercure !). Les principales caractristiques de ces plantes sont rsumes dans le tableau ci-dessous (les liens vous conduisent des articles dtaills). Plante jovienne Distance au soleil(millions de km)

Masse(terre = 1)

Diamtre(km)

Atmosphre

Satellites

Jupiter

778

316

142000 H, He, CH4, H2O...

63 (dont 4 gros)+ anneaux 60 (dont 6 gros)+ anneaux visibles 27 (dont 4 gros)+ anneaux 13 (dont 2 gros)+ anneaux

Saturne

1427

95

120000

Uranus

2870

14,5

51000 H, He, CH4, NH3...

Neptune

4500

17

50000

Photomontage montrant, lchelle, les 4 plantes joviennes du systme solaire (de haut en bas: Jupiter, ! Au-del de lorbite de Neptune, on trouve divers corps clestes regroups Saturne, Uranus et Neptune). Les bandes nuageuses et la tempte permanente (la grande tache rouge, un dans deux ensembles diffrents: - la ceinture de Kuypers (entre 30 et 50 UA) comprend de nombreux cyclone gant qui dure depuis plusieurs sicles) de Jupiter sont bien visibles, ainsi que le systme d'anneaux astrodes de roche et de glace, dont les plantes naines Pluton-Charon, de Saturne. La couleur bleue dUranus et Neptune est (1) Quaoar, Varuna et Orcus. la limite extrieure de la ceinture orbite due en partie au mthane prsent dans leur le plantode Sedna (2). atmosphre. Ces couleurs sont relles, ce sont celles que verrait un oeil humain. NASA.

- Le nuage de Oort, trs loin du soleil (plus de 50000 UA) contiendrait des millions de fragments glacs qui constituent le noyau des comtes qui, parfois, plongent vers lintrieur du systme solaire.1 - Pluton ntant plus compte parmi les plantes depuis 2006 (je sais, je lai dj dit, mais il y a des gens qui ne lisent pas toutes les pages de ce manuel - certes, ils ont tort). 2 - Mais do viennent ces noms sortis tout droit de Godzilla contre Mgatron? Les plantes sont nommes daprs les noms de diverses divinits, Oort et Kuypers, quant eux, ne sont pas dieux, mais des astronomes.

Rsum La Terre est une plante rocheuse tournant autour de ltoile Soleil. Le systme solaire contient de nombreux corps de taille et de composition diffrentes, certaines plantes ont une surface rocheuse alors que dautres, les gazeuses, sont plus grandes et constitues dune paisse atmosphre.

Quelques visions du systme solaire

Paysage martien, photo NASA/JPL

Les nombreux satellites (il en existe 16 de grande taille, soit plus de trois fois plus que de plantes dans le systme solaire) des plantes joviennes sont des mondes part entire, possdant parfois une atmosphre (Titan), une activit volcanique (Io) ou, probablement, des ocans recouverts dune crote de glace (Ci dessous, Encelade, une des lunes de Saturne).

Si la Terre (ci dessous, photographie par les astronautes dApollo 8 - a noter quela forte lumire rchie par notre plante nous empche de la voir se dtacher sur un fond rempli dtoiles, comme elle lest rellement) est la seule plante du systme

solaire o de nombreuses formes de vie, les plus belles et les plus merveilleuses ont volu, et voluent encore (1), il est possible (2) quune vie microbienne se soit dveloppe ou bien ait t transporte ( partir d e l a Te r r e , p a r d e s mtorites arraches n o t re p l a n t e ) s u r d e nombreuses plantes et satellites: Mars, les profondeurs dEurope et dEncelade ainsi que latmosphre de Jupiter sont ainsi, peut-tre, des milieux favorables une vie bactrienne. Une vie intelligente (3), par contre, devra tre recherche au-del de notre systme solaire (4).1 - De qui est cette citation ? Si vous avez eu le temps dtudier lvolution en troisime, vous auriez pu deviner quelle est de Charles Darwin. Cest la dernire phrase de son livre lorigine des espces. 2 - Il sagit bien dune possibilit scientifique, pas dune certitude. Toutefois, lexistence de formes de vies extraterrestres peut tre considre comme tant extrmement probable. 3 - Certains affirment quil y aurait une vie intelligente sur la Terre. Ils veulent sans doute parler

Le 14 janvier 2005, la sonde Europenne Huygens, transporte par la sonde amricaine Cassini, sest pose la surface de Titan, satellite de Saturne. L, par -170C, elle a photographi le paysage plat jalonn de galets de glaces et le ciel orang de ce satellite lpaisse et froide atmosphre. Photo NASA/ESA

Mme les astrodes peuvent possder leurs propres satellites! Ici, le minuscule Dactyl (1,5 km de diamtre) tourne autour de lastrode Ida (56 km de long). Photo prise par la sonde Galileo, en route vers Jupiter, le 28 aot 1993 NASA/JPL.

Hors programme

Au-del du systme solaire...Le soleil, une toile de la galaxie voie lacte.Le soleil fait partie dun ensemble de 300 milliards dtoiles, disposes en un disque (de 100000 A.L. de diam tre) ren en son centre, et qui est une galaxie. Notre galaxie est la Voie lacte (la photo ci-contre montre une galaxie qui ressemble no tre Voie lacte, qui nous apparatrait donc ainsi si nous pouvions la voir de lextrieur). Le soleil se situe 27000 A.L. du centre galactique, et comme nous sommes dans la Voie lacte celle-ci nous apparat comme un bandeau faiblement lumineux (laiteux, do son nom!) qui traverse le ciel nocturne (1). Lunivers contient des milliards de galaxies de toutes tailles et formes, qui le plus souvent sloignent les unes des autres. Lexistence de cet loignement permanent, entre autres, conduit les astronomes dcouvrir que notre univers sest form il y a environ 13 milliards dannes au cours dun vnement appel big bang (2). Photo: le tlescope spatial a vis

Ils regardaient monter en un ciel ignor` Du fond de l'horizon des toiles nouvelles... J.M. de Heredia - Les conqurants.

ExoplantesNous ne sommes pas seulsDepuis 1992, o la premire dcouver t e dune exoplan t e (tournant autour d'une autre toile que le soleil) a t annonce, Les astronomes ont dcouvert plus de 400 exoplantes, principalement de type jovien. Cer taines sont organises en systmes complets de plusieurs plantes (jusqu 5 pour le systme de ltoile 55 cancri), comparables notre systme solaire. les techniques actuelles ne permettent pas encore de dtecter les plantes de la taille de la Terre autour des autres toiles, ce qui devrait tre ralis dans les annes venir par les satellites Corot et Kepler). Toutefois, , ces dernires annes, lamlioration des techniques a permis de dtecter les premires plantes de type terrestre, mme si elles sont plus massives que notre Terre. Dans quelques dizaines dannes, le perfectionnement des techniques dobservation devrait permettre de dtecter leur surface les indices ventuels de la prsence de formes de vie extraterrestres.

Photo HST/JPL/NASA

pendant 10 jours, an daccumuler de la lumire, une minuscule rgion vide du ciel. Des milliers de galaxies sont alors apparues, de toutes tailles et formes, prodigieusement loignes (3) -

1 - Et que vous ne verrez jamais si vous habitez en ville, avec lclairage urbain! La Voie lacte, pour tre bien vue, ncessite un ciel bien noir. Jetez-y un coup doeil pendant vos prochaines vacances, la nuit, aprs vous tre habitu lobscurit pendant une dizaine de minutes, afin que la pupille de vos yeux se dilate et augmente votre sensibilit lobscure clart qui tombe des toiles comme disait Corneille dans Le Cid (enfin, cest Rodrigue qui le dit, pas Corneille) 2 - que beaucoup confondent trop souvent avec la formation de la Terre, qui ne date que de 4,5 milliards dannes...) 3 - la zone vise la surface dune balle de Tennis vue 100 m. On y a dtect environ 3000 galaxies (mettons 100 milliards dtoiles pour chacune, on ne va pas mgoter). Certaines de ses galaxies sont situes 12 milliards dannes-lumire, ce qui signifie que la lumire intercepte par le tlescope spatial tait 3 fois plus vieille que notre soleil...

- Sur le web Le Jet Propulsion Laboratory: des photographies, des podcasts, des vidos issues des programmes spatiaux amricains passs, actuels et futurs. Deux BD gratuites racontant lhistoire de lastronomie: cosmic story et mille milliards de soleils. Une application gratuite pour ipod/iphone: plantes vous donnera position et visibilit de toutes les plantes.

Ci-dessous : le systme Terre-Lune, reprsent lchelle tant au niveau des dimensions que des distances. (Mars, la plante la plus proche, est...260 fois plus loin que la Lune!)

Questions1/Quest-ce quune plante ? 2/Quest ce quune toile ? 3/Comment dfinit on une ellipse ? 4/Quest-ce quune orbite ? 5/Quelle est lge de la Terre ? 6/Quest-ce quun satellite ? 7/ Pourquoi a ton pu croire si longtemps que le soleil tournait autour de la Terre ? 8/ Pour quelles raisons les Humains ont-il commenc observer le ciel ? 9/Qui tait Nicolas Copernic ? 10/ Quelles sont les preuves, obtenues par Galile, de la mobilit de la Terre autour du soleil ? 2 - Eratosthne (and friends) (4 pts) Vers lan -205, lastronome (version originale sous-titre: prononcez Eratosthne), directeur de la grande bibliothque dAlexandrie, mesura la Terre avec le seul secours de lombre dun bton ( hum, a, cest pour la lgende, un oblisque, en fait): Eratosthne avait entendu dire que le 21 juin (le solstice dt, jour pendant lequel le soleil est le plus haut dans le ciel, commencement de lt, et jour le plus long de lanne, oui, on apprend des choses mme dans les exos, cest fait pour a!), midi, les rayons du soleil tombaient perpendiculairement au sol dans la ville de Syne (Assouan, de nos jours). On pouvait mme, grce cela, voir le soleil se reflter dans le fond dun puits. Le mme jour, au mme moment, Eratosthne constate qua Alexandrie, exactement au nord de Syne, un oblisque projette une ombre. Il mesure langle de cette ombre avec la verticale, elle est de 7,2. En se fiant aux cartes gyptiennes, notre astronome trouve que la distance entre Alexandrie et Syne est de 5000 stades gyptiens (comme vous le savez tous, un stade gyptien = 157,5 m). Eratosthne montre que langle quil a mesur est gal langle qui spare les deux villes sur une Terre sphrique, grce ce schma:

Colles1/Comparer dans un tableau les plantes telluriques et Joviennes. 2/Si lhistoire de Lunivers tait prsente sur un DVD de 2h, quand verrait-on la formation du systme solaire, celle de la Terre, les premires espces ayant laiss des fossiles directement visibles, et le dveloppement des espces dhominins ? (vous pouvez faire un schma pour rpondre et oui, vous allez devoir chercher ces infos galement dans ce que vous devriez savoir depuis la troisime) 3/Si la Terre avait la taille dun ballon de football, quelle serait alors la taille de la Lune ? de Mars ? De Jupiter ? de Titan ? (Essayez de les comparer des objets usuels). 4/Si le soleil avait la taille dun ballon de basket, quelle serait alors la taille de la Terre ? De Jupiter ? (Essayez de les comparer des objets usuels). 5/ Sur une maquette du systme solaire, on place Mars un mtre du soleil. A quelle distance faut-il placer Vnus ? Et Saturne ? Et la dernire plante du systme solaire ?

Exercices1 la Terre est ronde (3 pts) Avant de faire de la Terre une plante, il fallait connatre sa forme! la suite des philosophes grecs Pythagore (oui, lui) et Parmnide, qui postulent que la Terre est ronde pour des raisons de gomtrie, Platon (vers - 400 AEC) et Aristote (vers - 350) citent deux observations comme preuves que la Terre est une sphre: - au cours des clipses de Lune, lombre de la terre, projete sur le satellite, est toujours circulaire - lorsque lon se dplace suffisamment, par exemple vers le sud, on voit apparatre dans le ciel de nouvelles toiles devant soi alors que dautres, derrire soi, disparaissent sous lhorizon (rassurons-nous: on les retrouve si lon revient en arrire). Vers lan 0, Strabon ajoute une autre observation comme preuve: lorsque lon regarde un bateau sloigner sur la mer, la coque disparat en premier, puis le mat. Si le bateau sapproche, cest linverse. Expliquez en quoi ces trois observations constituent des preuves de la rotondit (oui, on dit comme a) de la Terre.

Ds lors, il lui est facile de calculer la circonfrence, donc le diamtre de la Terre. Serez-vous aussi subtils que lui ? 21 - Calculez donc votre tour la circonfrence et le diamtre de la Terre daprs ses mesures. Vous les comparerez ensuite aux valeurs moderne. 22 - Refaites la dmonstration dEratosthne (galit des deux angles alpha du schma - il faut bien que tous ces trucs que vous avez appris en math vous servent quelque chose). 3 Antiquits Dans son encyclopdie histoire naturelle, lcrivain romain Pline lancien, vers lan 50, donne plusieurs arguments qui montrent que le soleil est considrablement plus grand que la Terre: Il (le soleil) est immense, car une ligne d'arbres plants dans l'tendue d'autant de milles qu'on voudra donnera des ombres parallles, comme si l'astre rpondait tous les points de cette ligne. Il est immense, car l'quinoxe il parat, au mme moment, vertical pour tout l'espace qui stend d'un tropique l'autre. Il est immense, car pour ceux qui habitent en de du tropique l'ombre est projete midi vers le nord, l'heure du lever vers le couchant; ce qui ne pourrait se faire s'il n'tait beaucoup plus grand que la terre.

Il est immense, car son lever il dpasse en largeur le sommet du mont Ida (plus haut sommet de Crte), qu'il dborde amplement gauche et droite, malgr la distance norme qui l'en spare. Mais ce qui dmontre indubitablement la dimension du soleil, ce sont les clipses de lune (...) En effet, il y a trois figures d'ombres : si le corps opaque est gal au corps clairant, l'ombre a la forme d'un cylindre prolong indfiniment; si le corps opaque est plus grand que le corps clairant, l'ombre a la forme d'un cne droit, dont la partie infrieure est la plus troite, et qui se prolonge galement indfiniment; si le corps opaque est plus petit que le corps clairant, l'ombre a la forme d'un cne qui se termine par une pointe, et telle est l'apparence de l'ombre de la terre dans l'clipse de Lune. Il ne reste donc aucune raison de douter que le soleil ne l'emporte en grandeur sur la terre, et la nature mme semble l'indiquer par des tmoignages muets : pourquoi, en effet, pendant une moiti de l'anne, le soleil s'loigne-t-il de nous! C'est pour refaire par la fracheur des nuits la terre, qu'il embraserait sans aucun doute, et que mme il embrase en certaines parties, tant sont grandes ses dimensions. Parmi les arguments de Pline, certains sont tout fait exacts, et dfendables, tandis que dautres sont fantaisistes. Classez-les donc en arguments corrects et erreurs, en expliquant o se situe lerreur. Peut-on pour autant dire que Pline tait un mauvais scientifique ? (Motivez votre avis). 4 - Quand Kepler fait la loi. (8 pts) En 1609, nous avons vu que lastronome Kepler avait dcouvert, en tudiant les mesures ralises par Tycho Brah, les lois qui contrlent le mouvement des plantes: loi 1 - Les plantes dcrivent des orbites elliptiques dont le soleil occupe un des foyers loi 2 - Le mouvement de chaque plante est tel que le segment de droite reliant le Soleil et la plante balaie des aires gales pendant des dures gales. (sur le schma ci-contre,les deux aires en violet tant gales, la plante parcours les arcs dorbite correspondant pendant la mme dure -

432 - Si lon veut utiliser la troisime loi de Kepler pour mesurer les distances des plantes dans le systme solaire, de quels lments, de quelles donnes doit-on disposer ? 5 -Problmes de transit (8 pts) Pour mesurer les distances dans le systme solaire, les astronomes, ds sa dcouverte, ont pens utiliser la troisime loi de Kepler. Cette loi relie la priode P (le temps mis par une plante pour tourner autour du soleil, facile mesurer: cest le temps au bout duquel elle revient la mme position dans le ciel, par rapport aux toiles) et le demi-grand axe de son orbite. Comme les orbites des plantes sont trs peu elliptiques (presque des cercles) ce demi-grand axe nest autre que leur distance D au soleil). La troisime loi nous dit: D3/P2 = constante K. Si on connat donc P et D pour une plante, la simple mesure de la priode des autres nous donnera leur distance au soleil D. 51 - tablissez la formule liant le cube de la distance la priode (facile, non ?) 52 - Des astronomes subtils (y en a til dautres ?) eurent trs tt lide suivante: mme en ignorant sa distance exacte au soleil, si on prend D=1 pour la Terre, on doit pouvoir trouver la distance des autres plantes au soleil dans cette unit (dite unit astronomique, et savoir, par exemple, si Mars est 2,3 fois plus loin du soleil que la Terre, par exemple. Si lon prend les priodes de rvolution (en jours terrestres) suivantes:plante Mercure Vnus Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune priode 88 225 687 4330 10756 30687 59790

Calculez (en arrondissant au dixime) la distance de ces plantes au soleil en prenant comme rfrence lunit astronomique (vous devrez utiliser un moment la touche racine cubique de votre calculatrice - cest le moment de lire sa notice!) 53 - Ds 1663, lastronome James Gregory montre que lon peut calculer le distance de la Terre au soleil en utilisant les passages de Vnus devant le soleil (on appelle ces passages des transits). Halley prcisera et tudiera aussi cette mthode. Le principe en est donn dans le schma suivant(Duckysmokton, Wikimedia):

schmas Stw-Wikimedia).

En 1618, il dcouvre une troisime loi: loi 3 - Pour toutes les plantes, le rapport entre le cube du demi-grand axe (distance ltoile) de lorbite et le carr de la priode de rvolution (temps pour tourner autour de ltoile) est constant. 41 - Le premier des deux schmas, ci-dessus, est correct, mais pourrait toutefois vous induire en erreur, saurez-vous trouver pourquoi (ce nest pas parce quil est rdig en anglais!) ? 42 - Daprs la deuxime loi, comment la vitesse dune plante volue telle au fur et mesure quelle parcourt son orbite ? (Comparez ce qui se passe lorsquelle se rapproche du Soleil et lorsquelle sen loigne) 431 - Imaginons que des plantes tournent autour de ltoile Zeta reticuli. Si la plante Zeta II est loigne de 25 millions de km de son toile et boucle son orbite en 50 jours (terrestres!), a quelle distance de son toile est situe la plante Zeta IV, qui tourne autour de Zeta reticuli en 400 jours ? (vous devrez utiliser un moment la touche racine cubiquede votre calculatrice - cest le moment de lire sa notice!)

Il sagit dobserver un passage de Vnus devant le soleil (ils se produisent par paires spares de 8 ans, plus dun sicle scoulant entre chaque paire de passage) depuis deux rgions de la surface de la Terre. On comprend facilement que plus la Terre est prs du soleil et plus lcart entre les endroits o lon voit passer Vnus devant le soleil (et donc les diffrences entre les dures t1 et t2 de son passage) est grand. En fait, cet cart permet de mesurer langle sous lequel la Terre est vue depuis le soleil. Rflchissez donc et prcisez quelles sont les meilleures conditions pour raliser cette mesure.

6 -E pur si muove ! (5 pts) Au cours de son procs, Galile chercha prsenter des preuves du mouvement de la Terre autour du soleil. Il avait trouv comment rpondre aux objections datant dAristote:

Malgr les meilleures observations, impossible de distinguer un changement dans la position dune toile par rapport aux autres au cours dune anne. 61 - Expliquez pourquoi largument dAristote (et plus tard des jsuites) est erron (en clair: est faux). Pour cela, vous devrez peut-tre raliser des expriences, qui sait, cest toujours bien vu par un prof, de raliser des expriences. Noubliez pas aussi de jeter un oeil sur votre cours de physique, ou de demander laide de votre professeur dans cette matire si vous schez lamentablement... 62 - Comment expliquer que Tycho nai jamais pu dtecter le mouvement dune toile par rapport aux autres au cours de lanne alors que, vous le savez, tout comme Galile e pur si muove! (et pourtant, elle bouge! - en italien dans le texte). 63 - Tycho, ne pouvant observer le rsultat attendu du mouvement de la Terre, labora ses propres ides, selon lesquelles les plantes tournaient autour du soleil, sauf la Terre, autour de laquelle tournait le soleil et sa suite. Son attitude vous semble telle scientifiquement correcte ? 7 - Principe de prcaution (3 pts) L'diteur de Copernic, Andreas Osiander, rajoute (alors que personne ne le lui demandait) une prface (anonyme...) au livre de Copernic. Il y dclare: Il y a dj eu des rapports largement rpandus propos des hypothses de ce travail qui dclare que la terre se meut et que le soleil est immobile au centre de lunivers. Ainsi, certains tudiants, jen suis certain, sont profondment choqus et prtendent que les arts libraux qui taient tablis depuis longtemps sur des bases solides ne devraient pas tre mis en doute (...) Car ces hypothses ne doivent pas tre vraies ni mme probables. Au contraire, si elles permettent des calculs en accord avec les observations cela suffit. 71 - Comment Osiander considre til les ides de Copernic? Pour quelles raisons, selon vous, agit-il de cette faon ? 72 - Copernic lui-mme avait-il les mmes opinions quOsiander sur ses ides? Pour vous aider rpondre, sachez que Copernic publia son oeuvre en deux parties: la narratio prima, un rsum, et le livre lui-mme, destin aux professionnels. Copernic prend soin de prciser que ses ides ne sont pas nouvelles: il cite des philosophes grecs disciples de Pythagore, ainsi quAristarque de Samos, qui tous ont propos lexistence dune Terre mobile tournant autour dun soleil central. Noubliez pas que Copernic longtemps attendu (40 ans !) avant de publier son ouvrage. 8 -La famille Herschel (4 pts) En 1781, le musicien et astronome William Herschel, a dcouvert Uranus. Par la suite, aid par sa soeur puis, plus tard, par son fils, il ralise de nombreuses observations, construisant lui mme des tlescopes de plus en plus grands (jusqu 1,2 m de diamtre et 12 m de long). 81 - En 1783, en notant la position prcise de 14 toiles et en la comparant avec des valeurs plus anciennes, Herschel met en vidence un mouvement densemble des toiles du ciel: toutes semblent scarter (trs trs lentement!) dun point du ciel situ dans la constellation dHercule. Il y a quelque chose qui bouge pour expliquer ce mouvement, mais quoi ? Proposez donc une hypothse plausible pour expliquer cette observation. 82 - En 1785, Herschel essaye de prciser la forme de la Galaxie contenant toutes les toiles visibles. Pour cela, il compte toutes les toiles dans diffrentes directions. Comme il ne connat pas leur distance, il suppose que toutes brillent avec la mme intensit, et que leur distance dpend donc seulement de leur loignement. Il reconstitue ainsi le nuage

Galile rsumait ces objections, que lui prsentaient les jsuites, ses ennemis, de la faon suivante:

Toutefois, Galile savait o trouver une preuve du dplacement de la Terre, tout comme, avant lui, Tycho Brah. Le problme, cest que cette preuve manquait lappel:

BD: Extrait de cosmic story - sciences sans frontires- (J.P. Petit)

dtoiles o se trouve le soleil, et obtient limage suivante (le soleil est reprsent par le point prs du centre, droite):

11-2 En observant attentivement la photographie suivante, trouvez des lments qui montrent que lors de sa traverse de latmosphre terrestre, cet chantillon de mtorite a t soumis une chaleur intense.

Nous savons maintenant que la galaxie ne ressemble pas ce dessin dHerschel. Quelles erreurs Herschel a til pu commettre ?

9 -Cosmic connection (2 pts) Le 30 septembre 2006, la chane de tlvision Arte a diffus une mission Cosmic Connexion - le premier message de tlvision adress aux extraterrestres. L'ide de l'mission est d'envoyer un message aux hypothtiques habitants extraterrestres d'une des deux plantes orbitant autour de ltoile Gamma Cephei b (Errai de son petit nom) situe 45 annes lumires du soleil. Cette mission tait constitue de messages envoys par les tlspectateurs, sous forme de petits films, de musique, dimages, de sons. Cest une puissante antenne du CNES, prs de Toulouse, qui a relay lmission en direction de gamma cephei b. En quelle anne les ventuels habitants des plantes tournant autour de cette toile pourront-ils se dlecter des crations audiovisuelles terrestres ? 10 - Les tables et la loi (4 pts) Ptolme, le grand astronome de lantiquit, pensait que les orbites des plantes taient des cercles. Copernic pensait lui aussi que les orbites des plantes taient des cercles. Ptolme avait ralis des tables servant calculer la position future des astres, utilises par les astrologues pour les horoscopes, mais aussi pour rgler les diffrents lments du calendrier, prvoir les clipses, la dure du jour... 10-1 Les tables bases sur les ides de Ptolme ont du tre corriges vers 1250, car elles se rvlaient de plus en plus fausses (elles avaient plus de 1000 ans). Pourquoi, au fil du temps, les prvisions de Ptolme taient elles de moins en moins exactes ? 10-2 Copernic ralisa ses propres tables de position des astres. Curieusement, elles ntaient pas plus prcises ni plus fiables que celles de Ptolme, bien que Copernic ait situ correctement le soleil au centre du systme solaire. Pourquoi , bien quil ait eu raison sur la structure du systme solaire, les tables de Copernic ntaient-elles pas meilleures que celles de Ptolme ? 11 - Dcrocher la Lune (4 pts) L e s p h o t o g r a p h i e s suivantes montrent un fragment de la mtorite dorigine lunaire NWA 4483 grossie 100 fois (photo collection de lauteur).

12 - Les imposteurs (4 pts) Il ne faut pas confondre lastronomie, science des astres, et une superstition, lastrologie. Daprs lastrologie, notre avenir dpend de la position des plantes dans le ciel au moment de notre naissance, position qui inuence aussi notre futur chaque jour. Les prvisions tablies par signes (votre signe devrait tre la constellation dans laquelle le soleil se levait le jour de votre naissance) sont les horoscopes. Comme vous vous en doutez, ces croyances sont fausses, et datent de lpoque o lon pensait que la Terre, et les Hommes, taient au centre de lunivers. A vous de vous comporter en scientiques et de trouver des arguments logiques qui dmontrent que lastrologie est une imposture.

Traduisez le paragraphe suivant, tir du livre Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space (New York: Random House, 1994, 385) de lastronome Carl Sagan (photo ci dessous, NASA). It is the beginning of history, not the end. In more than one respect, exploring the Solar System and homesteading other worlds constitutes the beginning, much more than the end, of history.

Rules, Brittania

Des films pour rflchirGiordano Bruno, G. Montaldo, 1973 (introuvable!) De la Terre la Lune - srie TV 1998 - (DVD) T. Hanks Tous sur orbite (DVD), N. Gessner, 2004 - excellent, une squence par jour. Voyage autour du soleil, 2004 Galile o lamour de dieu, JD Verhaeghe, 2005 Agora, A. Amenabar, 2010

11 - 1 D a p r s l a photographie ci-contre, dans quelles conditions la r gi o n de l a s u r f ace lunaire do vient cette mtorite sest-elle forme ? (vous devrez pour rpondre faire appel vos connaissances de quatrime... je sais, cest loin, mais ce que vous avez appris au collge ne doit pas soublier !).

Corrections Questions1/Une plante est un astre sphrique qui orbite autour dune (ou plusieurs) toile. Elle ne produit pas de lumire. 2/Une toile est un astre qui produit de la lumire et de la chaleur partir de ractions nuclaires. Les toiles sont plus massives et plus grandes que les plantes. Elles sont composes de gaz, principalement de lhydrogne et de lhlium. 3/Une ellipse est un cercle cras, la forme trace par un corps cleste qui orbite autour dun autre. Cest aussi la projection dun cercle sur un plan qui lui est pas parallle, o lintersection dun cne avec un plan. 4/Une orbite est le chemin, ferm sur lui mme, suivi par un astre qui tourne autour dun autre. 5/La Terre est ge de 4,4 milliards dannes (soit 4400 millions dannes). 6/Un satellite est un corps cleste qui tourne autour dun autre: la Lune est le satellite de la Terre, mais la Terre est un des satellites du soleil... 7/ Les humains ont longtemps pu croire que le soleil tournait autour de la Terre parce quen apparence, cela semble tre le cas. En fait, cette impression est due un manque de point de repre extrieur la Terre. Ainsi, si vous tes dans un train, et que tout ce que vous voyez par la fentre est un autre train; lorsque vous voyez ce train bouger, vous ne savez pas si cest lui qui sen va ou si cest votre propre wagon qui commence se dplacer. Comme lcrivait La Fontaine dans sa fable un animal dans la Lune, en parlant du Soleil:

montrent que les conceptions provenant de certains anciens Grecs et reconnues depuis plus de dix sicles comme tant LA vrit pouvaient tre fausse (cest d'ailleurs cette possibilit de changement qui a motiv la peur de lglise catholique)..

Colles1/Comparer dans un tableau les plantes telluriques et Joviennes. 2/ Les 2 h du DVD reprsentent 13 milliards dannes, soit 13 000 millions dannes. 2h = 120 min, donc chaque minute du dvd reprsente 130000/120= 108 millions dannes. la formation du systme solaire a eu lieu il y a 4,5 milliards dannes, en mme temps que celle de la Terre (oui, ctait un pige!), donc 13-4,5= 8,5 milliards d'annes aprs le big bang, soit 8500 millions dannes. Pour notre DVD, cela nous donne, en min: 8500/108 soit 79 min attendre avant que le soleil, la terre et les plantes ne se forment (pendant ce temps, aprs le flash du commencement, vous avez assist la formation des galaxies, leur loignement progressif, la naissance des toiles, leur mort puis leur renaissance sous forme dautres toiles... ) En raisonnant de la mme manire, on obtient les rsultats suivants: - premires espces ayant laiss des fossiles directement visibles il y a 600 millions dannes, donc 1h 54 min 30 s aprs le dbut du film (en gros 5 min avant la fin) - dveloppement des espces dhominins il y a 4 millions dannes soit 2 s avant que le mot A SUIVRE ne saffiche (vous ne pensez tout de mme pas que nous en sommes la fin, pas vrai ?) Si on reprsente ces dures avec un diagramme camembert, on obtient la reprsentation ci-contre, qui montre que les hominins nexistent que depuis un temps si court quil nest mme pas visible sur cette reprsentation... Univers S.Solaire gros fossiles hominins

L'ignorant

le croit plat, j'paissis sa rondeur ; Je le rends immobile, et la terre chemine . Bref je dmens mes yeux en toute sa machine . Ce sens ne me nuit point par son illusion. Mon me en toute occasion Dveloppe le vrai cach sous l'apparence.

8/ Les Humains ont-il commenc observer le ciel afin de se reprer dans le temps en tablissant des calendriers bass sur les vnements rguliers facilement visibles dans le ciel: phases de la Lune, lever et coucher des toiles brillantes, hauteur du soleil dans le ciel... Ils pensaient aussi que des vnements dans le ciel (passage de comtes, clipses...) taient des prsages permettant de prvoir lavenir. 9/Nicolas Copernic a t le premier astronome de la renaissance affirmer que la Terre ntait pas immobile au centre de lunivers, mais tournait autour du soleil. Lui mme avoue que cette ide ne lui est pas personnelle: elle avait t dveloppe par plusieurs philosophes grecs (en particulier Aristarque de Samos, vers -280), mais sans russir simposer lpoque cause, entre autres, dune connaissance insuffisante de la physique permettant dexpliquer le mouvement de la Terre. 10/ Galile na pas de preuves directes du mouvement de la Terre, seulement des preuves indirectes (de forts indices, pourrait-on dire): - il observe des phases de Venus et Mercure, ce qui ne sexplique que si ces deux plantes tournent autour du soleil. - il observe que Jupiter possde quatre satellites, ce qui prouve que, dans lunivers, tout ne tourne pas autour de la Terre - de faon plus subtile, ces deux dcouvertes de Galile (auxquelles sajoutent celle des montagnes de la Lune et des taches du soleil)

3/Si la Terre avait la taille dun ballon de football... Un ballon de foot mesure 22 cm de diamtre. la Lune mesure 3500 km de diamtre (oui, je sais, ce nest pas crit dans le manuel. Et alors ? pour faire les exercices, il faut rechercher linformation, vous n'tes plus au collge! Alors oui, il faut utiliser dautres sources dinformation: livres, films, sites web, coiffeurs...). La lune mesure donc 3500/12700 = 0,27 fois la Terre. Si la Terre fait 22 cm, la Lune doit faire 0,27x 22 = 6 cm, soit un peu moins quune balle de tennis (6,5 cm). De la mme faon, on calcule que: - Mars doit avoir un peu moins de 11 cm de diamtre - Jupiter est reprsente par une sphre de 2,46 m (oui, mtre) de diamtre - Titan doit avoir 8,9 cm de diamtre cette chelle 4/Si le soleil avait la taille dun ballon de basket (24 cm de diamtre, alors que notre toile mesure en ralit 1392000 km de diamtre), on peut appliquer le mme raisonnement que dans lexercice prcdent pour trouver que: - la Terre (12700 km de diamtre) est reprsente par une boule de 2 mm de diamtre (la pointe dun stylo bille, o la bille de plastique prsente dans les cartouches dencres pour stylo-plume) - Jupiter est reprsente par une sphre de 2,4 cm de diamtre (la taille dune noix) 5/ Sur une maquette du systme solaire, on place Mars un mtre du soleil. Mars est en moyenne 228 millions de km du soleil, Vnus 108 millions de km. Elle est donc 228/108= 2,1 fois plus prs de notre toile. Il faut donc la placer sur la maquette 1/2,1= 0,47 m du soleil, soit 47 cm. De mme, on calcule que:

- Saturne doit tre place 6,25 m du soleil - Neptune, dernire vraie plante du systme solaire, sera loigne sur cette maquette de 19,7 m du soleil.

gaux. Langle tant alterne-interne avec alpha infrieur, ils sont donc gaux aussi. Ainsi, lgalit des deux alpha est dmontre. 3 Antiquits Les arguments de Pline: Corrects: Les arguments de Pline bass sur les ombres, toujours parallles quelle que soit la distance qui spare des objets (arbres, habitants) , la surface de la Terre. Toutefois, on peut remarquer que les rsultats sont aussi dus lloignement de la source lumineuse. Pour les clipses de Lune, la description des ombres de Pline (comparez l celle de votre cours de physique), assez correcte (il ne distingue pas ombre et pnombre) est aussi un bon argument. La dimension du soleil levant par rapport au mont Ida est plus une indication de la distance de lastre (comme Pline le reconnat) que de sa grandeur, mais largument reste recevable. Erreurs: Le Soleil ne sloigne pas de nous la moiti de lanne (et ne se rapproche pas lautre moiti), et les dserts ne sont pas plus chauds parce quils sont plus proches du Soleil que les rgions tempres. Paradoxalement, Pline raisonne bien sur la taille du Soleil, mais ne peut concevoir la distance laquelle il se trouve. Pline tait-il un mauvais scientifique ? Loin de l. son poque, la plupart pensaient que le Soleil tournait autour de la Terre, aussi lide que ce dernier pouvait sloigner et se rapprocher de la Terre, mme fausse, aurait pu tre prcieuse (si le soleil tournait sur un cercle autour de la Terre, il nen serait lamais plus prs un moment o un autre....). Pline utilise des raisonnements logiques bass sur les connaissances de son poque. Cest donc un excellent scientifique.

Exercices1 la Terre est ronde Les trois observations de Platon, Aristote et Strabon constituent des preuves de la rotondit de la Terre car: - Au cours de nimporte quelle clipse de Lune, lombre de la Terre est ronde. On pourrait croire que la Terre est un disque (plat), mais alors son ombre serait dforme, et pas toujours ronde. La Terre est donc une sphre. - En se dplaant vers le sud, on voit de nouvelles toiles apparatre dans le ciel. La Terre nest donc pas plate, car sinon on verrait tout le ciel dun coup. La Terre est donc incline dans le sens nord-sud. Cest peut-tre un cylindre, mais une sphre serait une forme plus logique. - Lorsque lon regarde un bateau sloigner sur la mer, on voit les parties basses disparatre en premier. Si la terre tait plate, on verrait tout le bateau devenir de plus en plus petit et disparatre. Si la coque est cache en premier, cest que la Terre est courbe. Comme cette observation est valable dans toutes les directions (que le bateau sloigne vers le nord, le sud, lest ou louest), alors la Terre est courbe dans toutes les directions. Si la Terre est courbe dans toutes les directions, elle est donc de forme sphrique. Lensemble de ces trois observations ne laisse pas de place au doute: la Terre est une sphre. 2 - Eratosthne (and friends) (4 pts) 21 - Pour rsoudre ce problme, il faut tre attentif linformation suivante: Eratosthne montre que langle quil a mesur est gal langle qui spare les deux villes sur une Terre sphrique donc 7,2 de la circonfrence de la Terre correspondent, sur le terrain, 5000 stades gyptiens. Avec nos units modernes, nous crirons: 7,2= 5000 x 157,5= 787500 m soit 787,5 km (ne pas se tromper dans la conversion...) Or (cest l lide gniale), le cercle complet reprsentant le tour de la Terre vaut 360 (comme tous les cercles...). Donc si 7,2 reprsentent 787,5 km, combien reprsentent 360 ? (le tour de la terre, sa circonfrence...). Cest un simple calcul de proportionnalit: 7,2/360= 787,5/x donc x = (360x787,5)/7,2= 39375 Km Eratosthne a donc calcul une circonfrence de 39375 Km pour la Terre, ce qui correspond un diamtre de 39375/ = 12533 Km La valeur relle du diamtre terrestre tant de 12742 Km, on dit reconnatre quEratosthne, avec lombre dun bton et des distances mesures approximativement, navait pas mal travaill! 22 Il existe plusieurs faons de refaire la dmonstration dEratostne. Elles font appel de la gomtrie de niveau cinquime (oui). - Vous pouvez considrer que, les rayons du soleil tant parallles, lombre (reprsente par le segment OZ) est scante deux parallles. Ds lors, le thorme que vous connaissez tous et disant un segment coupant deux parallles le fait selon deux angles gaux vous permet den conclure lgalit des deux angles alpha. - Vous pouvez aussi considrer que les angles alpha tant opposs par leur sommet, ils sont gaux. Ce sont des angles correspondants. - Vous pouvez aussi raisonner en remarquant que langle est alterne-interne langle alpha extrieur la Terre. Ils sont donc

On ne peut juger les scientifiques du pass la lumire de

nos connaissances actuelles. Un bon scientifique, toutes les poques, est celui qui raisonne correctement partir des observations dont il dispose et en fonction des connaissances qui sont les siennes. Linterprtation dune observation peut tre fausse (pour nous qui connaissons la fin - provisoire - de lhistoire, tout en tant rigoureuse. Cest l une des plus grandes difficults des sciences: savoir interprter, utiliser une observation ou les rsultats dune exprience. 4 - Quand Kepler fait la loi. (8 pts) 41 - Le premier des deux schmas est certes correct, car il reprsente bien une orbite en forme dellipse (elliptique) mais les ellipses dcrites par les plantes sur leurs orbites sont beaucoup plus proches que de la forme circulaire que celle qui est ici reprsente ! (Le soleil, par exemple, occupe quasiment le centre de ces orbites presque circulaires. Par contre, les orbites des comtes ressemblent davantage cele reprsente ici (ce qui signifie que les comtes voient leur distance au soleil varier bien davantage que les plantes). 42 - La deuxime loi (parfois appele loi des aires) nous dit que sur lorbite, les rayons joignant la plante ltoile parcourent des aires gales en des temps gaux. Autrement dit, sur le schma ci contre, les trois aires grises tant gales, la plante met autant de temps pour aller de A en B, de C en D et de E en F. Hors, nous avons CD>EF>AB. Pour aller de C en D, la plante doit mettre le mme temps que pour aller de A en B. Le seul moyen pour elle est donc dacclrer ! On en dduit que la vitesse dune plante augmente lorsquelle se rapproche du Soleil et diminue lorsquelle sen loigne. 43 On nous parle de priode de rvolution et de distance ltoile, nous allons donc utiliser la loi 3 (le rapport entre le cube du demigrand axe de lorbite et le carr de la priode de rvolution est constant.)

431 - La plante Zeta II est loigne de 25 millions de km de son toile et boucle son orbite en 50 jours terrestres. Ces indications nous permettant de calculer la fameuse constante: C= (distance)3/(priode) 2 = (25)3/(50) 2 = 6,25 Cette constante est la mme (cest pour cela que cest une constante, justement!) pour tout ce qui tourne autour de ltoile Zeta Eridani. Pour la plante Zeta IV, on cherche le distance ltoile d. Daprs la relation C= (distance)3/(priode) 2, on a (distance)3=Cx(priode)2 donc (distance)3=6,25 x(400)2 = 1000000. La touche racine cubique de votre calculatrice vous donne alors le nombre quil faut mettre au cube pour obtenir 1000000, c'est--dire 100 - Oui, la calculatrice tait inutile, un peut de rflexion aurait suffit (comme souvent, tiens!). Zeta IV est donc situe 100 millions de km de son toile (h oui, nous avions comt en millions de km, ne pas se tromper dans les units). 432 - Lexercice prcdent permet de rpondre: si lon veut utiliser la troisime loi de Kepler pour mesurer les distances des plantes dans le systme solaire, on a besoin des priodes des plantes (facile mesurer, cest le temps au bout duquel elles reviennent la mme place dans le ciel) et de la fameuse constante appele C dans lexercice prcdent. Pour calculer C, il faut connatre la distance au soleil dau moins une des plantes du systme solaire. 5 -Problmes de transit (8 pts) 51 - D3/P2 = K donc D3 = K P2 . Oui, cest facile, surtout si vous avez fait lexercice prcdent ! 52 - En prenant comme rfrence lunit astronomique (cest dit dans le texte) je considre que la distance Terre-Soleil est de 1. Je peux donc calculer K puisque je connais la priode de la Terre, c'est--dire le temps quelle met pour tourner autour du soleil: un an (h oui) donc 365 jours (ont pourra oublier les 0,25 qui nous donnent les annes bissextiles). Je peut alors calculer K: K= D3/P2 = 13/3652 donc K = 7,5 x 10-6. Ds lors, pour Mercure, il vient D3 = K P2 = 7,5 x 10-6 x 882 = 5,8 x 10-2. Avec la touche racine cubique, il vient D = 0,39. Mercure est loigne du soleil de 0,39 units astronomiques, donc de 0,39 x la distance Soleil-Terre. En procdant de mme, on remplit le tableau suivant: plante Mercure Vnus Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune priode D D3

Refaites l'exprience en bus: lorsque le bus roule vitesse constante, laissez tomber un objet: celui ci tombe bien droit, et pas vers larrire du bus, qui pourtant se dplace! Aristote (et les jsuites) se trompait donc sur ce point. Le mouvement de la Terre nest donc pas dtectable, car tout ce qui est li (par la pesanteur) la Terre est entran par ce mouvement, qui est donc imperceptible *. Il y a une autre erreur dAristote, plus difficile voir, qui est de croire que pour que la Terre se dplace, il faut constamment que quelque chose la pousse et la conclusion quil en tire... Mais l souvre le domaine de votre professeur de physique, qui se fera un plaisir (jespre) de vous expliquer les mystres de trucs comme linertie ou la chute des corps.... ** 62 - Tycho nai jamais pu dtecter le mouvement dune toile par rapport aux autre an cours de lanne cause de la distance qui nous spare des toiles, qui est bien plus grande que tout ce quil pouvait imaginer lpoque ! (Cest un peu comme si, en fermant un oeil et puis lautre, vous espriez voir la Lune se dplacer par rapport aux toiles situes en arrire-plan: cela nest visible quavec un objet proche de vos yeux.Le mouvement que cherchait mettre en vidence Tycho ne sera dtect quen 1838:

Extrait de cosmic story sciences sans frontires(J.P. Petit)

63 -

88 0,058 0,39

225 0,38 0,72

687 4330 3,54 1,52 141 5,2

10756 868 9,5

30687 7068 19,2

59790 26833 29,9

53 - Les meilleures conditions pour raliser la mesure dcrite se trouvent facilement en regardant le schma. Premier indice: ces conditions ne peuvent se raliser que sur Terre (cest l que lon fait la mesure, non ?). Donc en regardant la Terre, on saperoit que la diffrence de position de Venus sur le Soleil est lie la diffrence entre les lignes de vises passant par Venus et partant de la Terre. Ds lors, on comprend aisment que pour que lcart, vu projet sur le soleil, soit le plus grand possible, il faut que ces lignes de vise soient le plus diffrentes possible: Il est donc ncessaire dobserver le transit de Vnus depuis deux points les plus loigns possible sur Terre (A lpoque, cela ncessitait des voyages lointains qui pouvaient provoquer des aventures hautes en couleurs, voir par exemple ce qui est arriv lastronome Guillaume le Gentil). 6 -E pur si muove ! (5 pts) Malgr les meilleures observations, impossible de distinguer un changement dans la position dune toile par rapport aux autres au cours dune anne. 61 - Largument dAristote vous est rsum par Galile dans la BD: si lon lche un objet depuis un autre en mouvement, il ne devrait pas suivre ce mouvement. Cette ide est intuitive, mais fausse. Vous avez sans doute dj lanc une balle, ou un autre objet, tout en roulant en vlo, par exemple: difficile de la rattraper, car elle vous semble rester en arrire! Mais, en fait, tout comme Aristote, vous oubliez une notion importante: la rsistance de lair change tout, votre balle y tant plus sensible que votre vlo!.

autour du soleil. Il en tire une conclusion logique: dans ce cas, il devrait observer un changement de position de certaines toiles au cours de lanne, cause dun effet de perspective. Il ne peut observer cet effet, et en dduit donc que la Terre est immobile. Il construit ensuite son modle du systme solaire partir de ses rsultats exprimentaux et de ses connaissances. Jusque-l, il suit exactement un raisonnement scientifique tout a fait correct. On peut en dduire deux choses: - un raisonnement correct ne conduit pas automatiquement la vrit (h oui, malgr ce que lon vous raconte sur les fiches de TP, et en math...) - il faut envisager toutes les interprtations dune observation: Tycho ne dtectant pas deffet de perspective, il aurait pu aussi considrer l'hypothse explicative selon laquelle les toiles sont bien plus loignes que tout ce que lon pensait son poque. Cela lui est apparu trop fantastique. En sciences, les hypothses les plus raisonnables ne sont donc pas toujours les meilleures... * On peut voir tourner la Terre grce une exprience que vous pouvez refaire si vous avez du temps, un haut plafond, du fil et une boule de ptanque: parlez donc votre prof de physique du pendule de Foucault (non, pas Jean Pierre), qui peut constituer un remarquable sujet de travail personnel pour un groupe de TP... * * Une petite explication ce sujet vous attend dans les documents complmentaires. 7 - Principe de prcaution (3 pts) 71 - Il est trs clair quOsiander considre les ides de Copernic comme fausses, mais utiles pour faire des calculs (si elles permettent des calculs en accord avec les observations cela suffit.). Sil agit de cette faon, cest pour se protger des ractions possibles de lglise: souvenez-vous (vous avez tudi linquisition... je sais, cest loin) mais si les livres dOsiander taient mis lindex (cest dire interdits) par lglise, il navait plus qu fermer boutique... De plus, il est aussi possible qu titre personnel Osiander ne croie pas une minute que la Terre puisse tourner autour du soleil. Il

Tycho part dune hypothse: la Terre est mobile

fait alors part, dans cette prface de son scepticisme (oui, un mot nouveau, cherchez-le dans le dictionnaire si vous ne le connaissez pas...) 72 - Contrairement Osiander, Copernic pense quil dcrit la ralit. Cela se voit, car: - il a publi (sous le nom de son tudiant, on ne sait jamais *) un rsum pour faire connatre largement ses ides par tous le monde (enfin, les rares personnes qui savaient lire...). Sil avait pens que ses ides ne servaient que pour les calculs, cela naurait servi rien. - il se couvre dans son livre en invoquant lautorit de philosophes grecs reconnus. Sil ne pensait pas que ses ides dcrivaient la ralit, cette prcaution aurait t inutile. - Enfin, il vite soigneusement de publier son livre pendant 40 ans, redoutant davoir affronter linquisition et dtre condamn (aprs procs et torture, cela va de soi) finir en barbecue. Ces prcautions montrent bien que pour Copernic, la Terre mobile autour du soleil nest pas un artifice (une fiction) de calcul, mais bien une ralit dont il revendique la dcouverte. 8 -La famille Herschel (4 pts) 81 - Pour expliquer lobservation dHerschel, on a la choix entre deux hypothses: soit ce sont bien toutes les toiles qui bougent, soit cest nous qui bougeons. Les hypothses possibles sont donc les suivantes: - les toiles scartent rellement dun objet invisible dans le ciel (peu probable) - le mouvement de la Terre cr lillusion de se mouvement (lorsque lon se rapproche de ses toiles, elles semblent scarter, comme on le voit en acclr dans les films de science-fiction). Le problme, cest que comme la Terre a un mouvement grosso modo circulaire, si les toiles se rapprochaient la moiti de lanne, elles sloigneraient lautre, ce qui nest pas le cas. Cette hypothse est donc rejeter. - Cest le systme solaire tout entier qui se dplace vers ces toiles, en emmenant la Terre avec lui (cest lhypothse correcte). 82 - Pour construire sa reprsentation, Herschel sest bas sur une hypothse qui, en 1785, pouvait sembler logique: il suppose que toutes les toiles brillent avec la mme intensit, et que leur distance dpend donc seulement de leur loignement. Il croit donc que toutes les toiles mettent la mme quantit de lumire: les moins brillantes sont donc les plus loignes. Malheureusement, ce nest pas si simple: il existe des toiles de toutes tailles et de toute luminosit. Une grosse toile, vue de loin, parat avoir le mme clat quune toute petite situe plus prs. Herschel aurait pu se douter de cette diffrence, car, par exemple, les toiles nont pas toutes de la mme couleur (regardez le ciel, par une nuit sans lune ni lumire: vous verrez des toiles blanches, jaunes, rouges...). A son poque, toutefois, il tait oblig de faire cette hypothse (et desprer que les diffrences de luminosit entre toiles taient minimes), car personne ne connaissait une distance dtoile. Malheureusement, cest l quil se trompait: les toiles ne sont pas gales entre elles... La reprsentation quil a construite ne pouvait donc tre exacte (mais c'tait une ide ingnieuse). 9 -Cosmic connection (2 pts) Le message (lmission de tlvision) est parti de la Terre le 30 septembre 2006. A quelle vitesse voyagent les ondes utilises par la tlvision ? A la vitesse de la lumire (je vous vois dj hurlant en brandissant vos petits poings crisps: comment on le sait ? Cest marqu ou dans lexo, hein ? et maffublant de quantit de noms doiseaux exotiques.... On se calme! Vous tes au lyce! Cest fini les solutions fournies toutes cuites dans les noncs des exos! Vous devez apprendre rechercher par vous mme les informations manquantes dont vous avez besoin! Vous croyez quoi ? Cest un manuel de Sciences, pas de littrature!) Aprs cette salutaire mise au point, reprenons: ltoile Gamma Cephei b est situe 45 annes lumires du soleil. Les Ondes mises par lantenne toulousaine vont donc mettre... 45 ans faire le voyage! Les ventuels habitants des plantes autour de cette toile recevront peut tre nos missions culturelles (hum!) sur leurs ventuels (re-hum!) postes de TV en 2006+45= 2051... (Ils ont donc tout le temps de faire chauffer le pop-corn pour la soire TV mmorable qui se prpare).

10 - Les tables et la loi (4 pts) 10-1 Les prvisions de Ptolme taient bases sur les ides de Ptolme, qui croyait que les plantes avaient des orbites circulaires et centres sur la Terre*. Comme les orbites des plantes ne sont pas centres sur la Terre et ne sont pas non plus des cercles (bien quen tant trs proche), une erreur, au dpart minime, samplifie avec le temps ( chaque orbite dune plante, la petite erreur sur sa position saccumule). Cette lente accumulation de petites erreurs aboutit des prvisions de moins en moins exactes au fur et mesure que les sicles scoulent. 10-2 Les tables de Copernic ntaient pas meilleures que celles de Ptolme, car lui aussi faisait lerreur de croire que les orbites des plantes taient des cercles. La faible diffrence entre une orbite circulaire et lellipse relle crait donc, comme chez Ptolme, une petite erreur qui saccumulait lentement. * Centrer toutes les orbites autour de la Terre crait aussi dnormes erreurs, mais Ptolme savait quil y avait quelque chose qui ne tournait pas rond (cest le cas de le dire): pour sauver les phnomnes observs, il avait rajout aux orbites circulaires tout un tas dorbites secondaires, tertiaires, parfois dcentres, qui aboutirent un systme trs compliqu dont les erreurs ntaient visibles que sur de longues priodes de temps (suprieures la dure de vie d lastronome...). 11 - Dcrocher la Lune (4 pts) 11-1 Sur la photographie, on distingue des cristaux diversement colors. Venant de la Lune, cette roche ne peut pas tre sdimentaire (car il ny a pas de sdimentation sur la Lune) donc cest une roche volcanique (daprs vos connaissances de quatrime). Les cristaux ont eu le temps de grandir, donc on pourrait penser que le refroidissement du magma qui a donn naissance cette roche a d tre relativement lent. Toutefois, le grossissement de la photo (x 100) vous indique que les cristaux visibles sont tout de mme microscopiques : on a donc bien une roche volcanique cristaux microscopiques, donc refroidissement rapide (h oui, ne pas oublier le grossissement - cest pour cela que la lgende dun document est primordiale). La surface lunaire est donc forme dune espce de basalte, seule roche que vous connaissez correspondante cette dfinition. 11-2 En observant attentivement la photographie vous constaterez que tous les cristaux visibles sont trangement dforms : leurs contours sont polis, arrondis, comme uss.... En fait, certains sont presque sphriques... Cela signifie simplement quelles ont commenc fondre, ce qui prouve la forte temprature laquelle la mtorite a t expose en traversant rapidement notre atmosphre.. 12 - Les imposteurs (4 pts) Les arguments contre lastrologie ne manquent pas: - Au niveau pratique, on ne voit pas quelle inuence la position des plantes pourrait avoir. Si elles agissent par une mystrieuse force inconnue lie leur masse, alors des objets plus proches (une montagne, votre voisin...) devraient avoir plus dinuence que Mars ou Saturne. - Au niveau philosophique (et physique), on ne peut prdire notre avenir, car il nest pas prcalcul: notre futur se construit chaque instant en fonction de nos actes, des lois de la physique et aussi dune part de chance ou de hasard.

Rules, BrittaniaIt is the beginning of history, not the end. n more than one respect, I exploring the Solar System and homesteading other worlds constitutes the beginning, much more than the end, of history. Cest le dbut de lHistoire, pas la fin. plus d'un gard, explorer le systme solaire et coloniser dautres mondes constitue le dbut, beaucoup plus que la fin, de lHistoire.

LA TERRE, UNE PLANTE HABITEE

Etudier les atmosphres plantairesDans le systme solaire Les premiers instruments doptique ont permis de dcouvrir rapidement les mondes pourvus dune atmosphre, o des nuages sont visibles, et les autres, la surface nue. Pour avoir une ide de lpaisseur et de la composition de ces atmosphres, il a fallu attendre que soit mise au point lanalyse de la lumire renvoye ou absorbe par ces atmosphres (il sagit des techniques de spectroscopie, que vous allez tudier en physique...). Pratiquement, on peut dcomposer la lumire dune plante pour rechercher la trace de diffrents gaz prsents dans on atmosphre. Il est aussi possible de prvoir le moment o, passant devant une toile brillante, il va tre possible de suivre laffaiblissement de la lumire de ltoile lorsquelle traverse de profil les couches de latmosphre de la plante. La mise au point des sondes spatiales a permis de mesurer in situ*, de faon prcise, la composition des atmosphres des principaux corps du systme solaire. De plus, sur Terre, il est aussi possible de reconstituer un mlange de gaz et de comparer ses proprits celles observes distance, afin daffiner la connaissance des atmosphres lointaines. Dans dautres systmes Les instruments actuels permettent tout juste de voir directement les premires plantes dautres systmes. Un premier spectre dexoplante a t directement obtenu le 10 janvier 2010 par lquipe de lastronome M. Janson. Son quipe a tudi une plante gante tournant autour de ltoile HR 8799. Il a utilis le VLT: 4 tlescopes de 8m de diamtre travaillant ensemble, ainsi quun instrument de dtection spcial. Dans les prochaines annes, de nouveaux dtecteurs et des instruments encore plus imposants permettront dobtenir des indices de la composition de latmosphre de plantes lointaines, quelles soient gantes ou telluriques. Lhistoire ne fait que commencer... *In situ = sur place, en latin; h oui, vous avez encore une fois enrichi votre vocabulaire...

La Terre, une plante-ocanLeau, lair, la vie.

La plante Terre se caractrise par l'importance prise par leau liquide sa surface: vue depuis lorbite au dessus du Pacique, on pourrait croire que notre plante est entirement recouverte deau. Dautres plantes et satellites du systme solaire peuvent abriter de leau liquide, mais pas en aussi grande quantit.Plante ou satellite Localisation de leau liquide Pourquoi leau est-elle liquide ? Terre Mars Dans le sous-sol, sur face dans le pass (possible actuellement -1-) Europe (satellite de Jupiter) Encelade (satellite de Saturne)

Surface Atmosphre (pluies)

Profondeurs (sous une crote de glace de plusieurs Km)

Temprature et pression la surface

Pression de la crote glace, chaleur interne lie la rotation autour dune plante gante.

Toujours en orbite, nous pouvons voir se dtacher sur le noir de lespace une mince pellicule bleute: latmosphre terrestre. Ici aussi, bien dautres corps du systme solaire possdent une atmosphre (voit tableau ci-dessous), mais celle de

Plante ou satelliteComposition de latmosphre (Di-Azote: N2, Mthane: CH4) Pression la surface gamme de temprature la surface Distance au soleil (millions de km) Masse (Terre = 1)

Vnus96 % CO2 3,5 % N2 90 de 450C 500 C 108 0,8

Terre21 % O2 79 % N2 1 de - 50 + 50 C 150 1

Mars95 % CO2 2,7% N2 0,006 de - 140C + 20 C 228 0,11

Titan80 % N2 3% CH4 1,6 - 180C

1427 0,02

BibliographieLe systme solaire revisit sous la direction de J Lilenstein eyrolles 2006 La vie extraterrestre - site web de lauteur

la Terre prsente quelques particularits: - Elle ne contient quasiment pas de CO2 - Elle est la seule contenir du dioxygne en quantit apprciable. La plante Terre possde aussi une autre particularit: vous! Vous faites en effet partie des millions despces d'tres vivants qui peuplent cette plante, et semblent tre absents des autres mondes du systme solaire. Peut-on relier ces particularits les unes aux autres ? Il semble bien que oui...

La masse et la position de la Terre expliquent en partie les conditions qui y rgnent.

Les photographies des sondes spatiales montrent bien la pellicule de gaz constituant latmosphre qui entoure la Terre. Comme vous le savez depuis la quatrime, lair a une masse. Comme tout corps massif, il est donc attir par la Terre (comme montr par Newton), ce qui l'empche de se disperser dans lespace. Une plante sufsamment massive peut donc retenir une atmosphre plusieurs milliards dannes. Un coup doeil dans le systme solaire montre quune plante comme Mars est tout juste capable de garder une atmosphre. On peut donc logiquement proposer que pour conserver une atmosphre, une plante tellurique doit possder une masse suprieure environ 0,5 fois celle de la Terre. Comme vous tes observateurs, vous nallez pas rater une occasion de me contredire: comment se fait-il quavec une masse de seulement 2% de celle de la Terre, Titan possde une atmosphre ?. Cest quil nous faut tenir compte dun autre facteur important, la temprature (1) de cette atmosphre. Le tableau suivant nous permet de dcouvrir comment la temprature des plantes volue en fonction de leur distance au soleil. Il montre une temprature de surface typique sans atmosphre (calcule ou, pour Mercure, mesure) puis avec (mesure) pour les 4 plantes telluriques. Plante Distance au soleil (x 106 km) Temprature de surface sans atmosphre Temprature de surface relle (avec atmosphre) Mercure 58 180 C 180 C (pas datmosphre) Venus 108 40 C Terre 150 - 18C Mars 228 - 70C

460 C

15 C

- 60C

On constate facilement que: - Si lon nglige la prsence dune atmosphre, plus la plante est loin du soleil et plus elle est froide (2) - La prsence dune atmosphre tend rchauffer, parfois trs fortement (3) une surface plantaire. Comme nous avons vu par ailleurs que possder une atmosphre ncessite une plante dune certaine masse, on peut en conclure que les conditions physiques (gamme de temprature et de pression) qui rgnent sur la Terre sont lies sa distance au soleil et sa masse. A leur tour, ces conditions permettent une particularit terrestre: lexistence de grande quantit deau sous ses trois formes (liquide, solide, et gazeuse) (4)1 - On utilise une valeur moyenne qui ne veut pas dire grand-chose pour une plante (le temprature moyenne de la Terre est de, mais les tempratures relles schelonnent entre 50 et + 50C...) mais qui permet de les comparer entre elles. 2 - Ce qui est facile comprendre (vous avez peut-tre mme fait un TP l dessus): plus on sloigne de la source de chaleur, moins on reoit de chaleur. Pour une mme unit de surface, la diminution de la quantit dnergie reue dpend du carr de l'accroissement de la distance (si votre distance au soleil double, vous recevrez 22= 4 fois moins dnergie par unit de surface, si elle triple, vous recevrez 32, soit 9 fois moins dnergie sur la mme surface...). 3 - Cest ce qui se passe pour la plante Vnus qui, deux fois plus loigne du soleil que Mercure, est pourtant 2,5 fois plus chaude que Mercure, alors quelle devrait tre 4 fois plus froide (si vous avez bien lu ce qui prcde....)

De haut en bas: Mars, Titan, Vnus sont des plantes ou des satellites du systme solaire pourvus dune atmosphre. Photos NASA/JPL.

RETENIRLa Terre est une plante tellurique appartenant au systme solaire. La position et la masse de Terre permettent lexistence dune atmosphre et deau liquide sa surface. Les mmes conditions peuvent exister sur dautres plantes, autour dautres toiles, qui possderaient des caractristiques voisines. Toutefois, on ne peut tre actuellement certain que des formes de vie y soient prsentes.Le 21 novembre 2009, la sonde Cassini a repr ces jets de vapeur deau schappant des profondeurs dEncelade, satellite de Saturne. Ceci montre que de leau liquide peut exister dans les profondeurs de satellites situes pourtant grande distance du soleil. Photos NASA/JPL.

Latmosphre terrestre, une signature de la Vie.Une pression qui permet l'existence de leau liquide En 1638, les fontainiers (1) de la ville de Florence, en Italie, essayent de rsoudre un vieux problme: ils narrivent pas pomper de leau d'une profondeur suprieure une dizaine de mtres. Pourtant, ils appliquent la mthode explique par le scientique grec Aristote deux mille ans plus tt: ils plongent un tuyau dans leau, puis une pompe chasse lair du tuyau. Comme lafrme Aristote, la Nature a horreur du vide, alors leau monte dans le tuyau pour remplacer lair et empcher ce fameux vide horrible de se former. Mais malgr cette horreur, ds que le tuyau dpasse dix mtres de long, impossible de pomper leau: elle commence monter dans le tuyau, mais s'arrte toujours aprs dix mtres, sans arriver la pompe. Les fontainiers font donc appel au scientique le plus clbre de lpoque, Galile. Ce dernier tudie le phnomne, conrme que les ides dAristote ne sont pas satisfaisantes, mais ne trouve pas de meilleures explications, alors mme quil a reu, en 1630, une lettre du scientique Jean