SMB - Sciences 9e - Mme Lynn Fisher

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Ordre des planètes

Informations sur les planètes de notre système solaire

Toutes les planètes diffèrent les unes des autres par la taille, le mouvement, la composition, la densité et la température.  Il n'existe pas deux planètes identiques.

Les planètes les plus proches, soit Mercure, Vénus, Terre et Mars sont dites telluriques à cause de leur composition rocheuse.

Les planètes éloignées sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune; elles se ressemblent par leur composition gazeuse.

Rotation vs révolution

La rotation est le mouvement où la Terre tourne sur elle-même, de l'ouest vers l'est, en 1 journée (environ 24 heures).   

La révolution est le mouvement de la Terre autour du Soleil, qui se fait en 1 an (environ 365 jours).  Cette révolution se fait dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

Les points de référence

Un point de référence est un système d'axes de toutes sortes utilisé pour donner les coordonnées de positions ou de mouvement des choses.

P.ex.  L'équateur et le méridien d'origine sont les axes du point de référence utilisé pour localiser les positions sur la Terre.

Les planètes

Le mot planète a comme origine le mot latin planetus, qui désigne « astres en mouvement » (ou « astre errant »), par opposition aux étoiles qui apparaissent immobiles.

Selon la dernière définition de l'Union astronomique internationale (UAI), une planète est un corps céleste : 

Les constellations

La vue des étoiles tournant autour de la Terre incitait les Anciens à observer les mouvements des corps célestes (le Soleil, la Lune, les étoiles et les planètes).

De nombreuses civilisations anciennes telles que celles de la Grèce, de Babylone ou celles des Indes et d’Égypte ont accumulé des masses de connaissances sur les étoiles.  Elles ont révélé certaines choses :

- L’agencement des étoiles reste inchangé dans le ciel.  Leur placement évoque des points dessinant des objets, que les gens ont reliés et nommés.  Ces groupements sont appelés des constellations.

p.ex.

Les signes du zodiaque proviennent même des constellations en ligne avec le Soleil le jour de ta naissance.  Certains gens et cultures associent les traits de personnalités particuliers aux signes du zodiaque.

p.ex.

Les raies spectrales

Lors de son étude scientifique, Isaac Newton a fait passer un rayon de lumière solaire à travers un prisme pour le décomposer en un spectre de couleurs.

L’expérience de Newton a démontré que la lumière solaire, blanche originellement, était décomposable en toutes les couleurs.

Un spectroscope est un appareil qui permet d’obtenir un spectre révélant pleins de couleurs.

Cette appareil était doté de prismes très fins.  Il a remarqué que des centaines de raies noires apparaissaient dans le spectre du Soleil (spectre solaire).

Ces raies noires sont appelées des spectres de raies.

Animation édumédia

La spectroscopie

Les chimistes savaient que certains éléments dégageaient certaines couleurs lorsqu’ils étaient portés à incandescence.

(incandescence : quelque chose est assez chaud pour briller)

P.ex.  Les vapeurs de sodium donnent une couleur jaune,

alors que le mercure donne une couleur bleuâtre.

Le physicien Gustav Kirchoff et le chimiste Robert Bunsen, tous deux Allemands, ont porté différents éléments chimiques à incandescence et examiné leur lumière résultante à travers un spectre.

Ils ont découvert que toutes les couleurs de l’arc-en-ciel n’étaient pas présentes.  Le spectre leur est apparu comme possédant une série de raies colorées séparées d’espaces noirs.

Chacun des éléments qu’ils ont étudiés donnait lieu à une disposition propre des lignes spectrales différentes des autres.

Chaque spectre était unique et identifiait donc l’élément.

p.ex. Le spectre de l’hydrogène

Ces résultats ont permis à la science de faire naître la spectroscopie comme branche de la chimie.

La spectroscopie est l’étude des spectres.

La découverte de trois types de spectres

Kirchoff et Bunsen ont appris qu'il y a avait trois types de spectres :

1.  L'émission d'un spectre de raies lumineuses :

Le spectre provenant d’un gaz chauffé à basse pression.

p.ex. une lampe à vapeur de mercure a un arrangement spectral comprenant seulement certaines couleurs et disposées sur un fond noir.

2.  Le spectre continu

Si tu chauffes un solide, un liquide ou un gaz à haute pression, les spectres qui en résulteront contiendront toutes les couleurs se mélangeant les unes aux autres. 

3.  Le spectre de raies noires OU le spectre d'absorption

Lorsque de la lumière de spectre continu passe à travers une substance plus froide, le spectre observé est continu avec des espaces sombres de séparation.

Les réseaux de diffraction

Une onde est un moyen particulier de transférer de l’énergie à travers un support quelconque.

Pense à n’importe quelle source lumineuse – le Soleil, par exemple.  C’est une des sources d’ondes lumineuses de l’univers.  Le Soleil est comme la pierre frappant l’eau du bassin.

Toutes les ondes produites par cet impact, l’énergie lumineuse du Soleil se propage par vagues à travers l’espace.  Une partie d’entre elles atteignent la Terre.

Certains spectroscopes sont pourvus de prismes décomposant la lumière en un spectre.  Un autre moyen existe toutefois : le recours à un réseau de diffraction à la place d’un prisme.

Un réseau de diffraction est un dispositif composé de milliers de petites fentes très rapprochées les unes des autres.

Un réseau de diffraction produit un spectre doté de bien plus de détails que celui produit par un prisme.  Les réseaux de diffraction remplacent les prismes dans les spectroscopes modernes pour décomposer la lumière en spectres.

La spectroscopiepour les astronomes

Le passage d’une lumière à travers un gaz provoque l’absorption de certaines de ses parties par le gaz.

Des raies noires en résultent dans le spectre, comme dans le spectre solaire.

Si le spectre solaire renferme aussi des raies noires, cela doit signifier que la lumière du Soleil passe à travers certains gaz.  On en conclut que ces gaz dans l’atmosphère du Soleil absorbent la lumière, ce qui se traduit par une rétention visible dans le spectre solaire.

Quels gaz existe-t-il donc dans l’atmosphère solaire ?

Lorsqu’ils font face à de telles questions, les astronomes ont recours aux analyses spectrales.

Si l’agencement des raies noires dans le spectre solaire correspond aux raies lumineuses produites par différents éléments, alors ces éléments sont présents dans l’atmosphère solaire.

Les astronomes ont eu recours à la même méthode pour découvrir des milliers d’étoiles.  Ils ont installé des spectroscopes pour examiner les spectres de raies produits par différentes étoiles.

Comme elles sont moins éclatantes que le Soleil, les astronomes peuvent identifier les centaines de lignes que leurs spectres respectifs renferment.

Le peu de raies qui ont été observées leur a quand même permis de tirer des conclusions au sujet de la composition des étoiles.

L'effet Doppler

Les spectroscopes remplissent une autre fonction importante en astronomie.

Ils peuvent informer de la vitesse à laquelle un corps céleste, comme une étoile, s’avance ou s’éloigne de nous.

La sirène d’une ambulance ou d’un camion de pompiers ont un son différent suivant que le véhicule s’approche de toi, passe devant toi ou s’éloignent de toi.

Le changement de tonalité de la sirène s’appelle effet Doppler et est le résultat du changement de la longueur d’onde sonore.

p.ex.  Mettons que le point noir au centre est un camion de pompiers.  Les lignes autour du point représentent les ondes sonores.

La tonalité du son de la sirène du camion de pompiers immobile est la même dans toutes les directions, car les ondes sonores sont pareils autour de la source du son.

Maintenant, imagine encore que le point noir représente toujours le camion de pompiers.  Cette fois-ci, il se déplace vers la droite.  Les longueurs d'ondes changent en fonction du mouvement.  Les ondes sont plus distancées à la gauche et plus comprimés à la droite.

Quelqu'un qui se tient du côté gauche interpretera les ondes plus larges comme un son grave, comparativement à une personne qui se tient du côté droit, où les ondes sont comprimés.  Les ondes comprimés donne un son plus aïgu.

Un bang sonique a lieu lorsque la source du son (soit un avion) se déplace à la même vitesse des ondes (appelée mur du son). 

p.ex.

Un bang supersonique a lieu lorsque la source du son dépasse le mur du son.

p.ex.

La lumière, comme le son, se déplace en ondes.  L’effet Doppler nous permet donc de mesurer la vitesse et la direction des objets émettant de la lumière, comme les étoiles.

Alors que les ondes sonores provenant d’un objet en mouvement semblent changer de tonalité, les ondes lumineuses produites par un objet en mouvement se modifient chromatiquement.  C'est-à-dire que leur spectre changera en fonction de leur mouvement.

p.ex.  Si une étoile s’approche de toi, ses longueurs d’onde de lumière sont compressées.

Il en résulte que les raies noires dans le spectre de l’étoile glisseront vers l’extrémité des longueurs d’onde les plus courtes du spectre – la bleue.

Si l’étoile s’éloigne de toi, son spectre de raies décalera vers le rouge – en allant vers la partie de plus grande longueur d’onde (extrémité rouge) du spectre.

Dans l'image ci-dessus, la Terre est à la gauche et un corps céleste à la droite.  On peut voir par le déplacement de la bande noir (raie) dans le spectre le déplacement relatif du corps céleste à la Terre.

Questions de révision

Corrigé

De plus gros microscopes ont permis aux astronomes de découvrir de nouveaux objets astronomiques.

Par exemple, en 1773, sir William Herschel, un astronome anglais, a construit en Grande-Bretagne un grand télescope réflecteur.  Grâce à ce télescope, il a découvert la planète Uranus. 

À la fin du XIXe siècle, le plus grand télescope réflecteur du monde était celui de Yerkes, près de Chicago. 

À l’aide de ce télescope, Gerald Kuiper a découvert du méthane dans les anneaux de Saturne, Titan et deux nouvelles lunes d’Uranus.

Voir l'histoire du télescope

Les télescopes

On utilise un télescope pour grossir des objets se situant à de grandes distances.  Un télescope simple grossit des objets avec un objectif et une lentille oculaire.

L’objectif est la lentille la plus grosse située à l’avant du tube optique.

L’oculaire est la lentille par laquelle tu peux voir l’objet grossi.

Le télescope a été inventé en 1608.  Plus tard ce siècle, Galilée, un astronome italien, a perfectionné le télescope et l’a tourné vers le ciel.  

Les détails rapportés de ses observations des corps célestes on aussi requis de nouvelles explications. 

Les photographies modernes des corps célestes révèlent des détails similaires à ceux que Galilée a lui-même observés.

Galilée a insisté sur le fait que l’observation devait évaluer la justesse des modèles.

Et les observations qu’il a faites privilégiaient dans tous les cas le modèle de Copernic centré sur le Soleil et non celui d'Aristote et Ptolémée, centré sur la Terre.

Le pouvoir de résolution

Pour construire un télescope puissant, tu dois améliorer son pouvoir de résolution.  Le pouvoir de résolution équivaut à la précision des détails que le télescope peut rendre d’un objet visé.  Il dépend du diamètre de la lentille de l’objectif.

Un télescope dont l’objectif est de petit diamètre peut grossir un objet autant de fois que tu veux, mais tu n’en verras qu’une image plus large sans plus de détail.

Un télescope à grand-angle, est doté d’un objectif de plus large diamètre, lequel produit  une plus grande précision de détails lors de l’observation.  De ce fait, les objectifs de diamètre plus large sont ce qui améliore le pouvoir de résolution du télescope.

Réfraction et réflexion

Le télescope a pour fonction principale de faire la collecte de la lumière émise par les astres et généralement de former les images le plus fines possible de ceux-ci.

Afin de combler ces deux rôles, les télescopes sont munis de lentilles et/ou de miroirs qui concentrent la lumière (ou l'image créer par la lumière de l'astre).

Les lentilles accomplissent ce rôle par le principe de réfraction.  Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une lentille, il change de direction.   La raison pour ce phénomène est que la vitesse de la lumière n'est pas la même dans l'air et dans la lentille. En fait, chaque fois qu'un rayon lumineux change de milieu, il change de direction, si la vitesse de la lumière dans ce milieu change. 

Le miroirs réussissent à concentrer la lumière grâce à un revêtement métallique.  Un rayon lumineux qui frappe une surface métallique bien polie, change de direction et prend une direction symétrique.

La raison de cette réflexion est liée au fait que la surface métallique conduit l'électricité ! Les électrons libres de la surface métallique absorbent le rayon et le ré-émettent aussitôt. 

Les réflecteurs et les réfracteurs

Depuis l’époque de Galilée, de nombreux types de télescopes optiques ont été inventés. 

1 ) Les réfracteurs possèdent une lentille comme objectif.

Les réfracteurs donnent de meilleures images que les réflecteurs de même taille, mais ces derniers peuvent avoir de plus grandes dimensions.

2) Les réflecteurs ont recours à des miroirs.

   OU              

Isaac Newton a conçu les réflecteurs afin d’apporter la solution au problème que posaient les premiers réfracteurs.

Le télescope réfracteur ne pouvait pas concentrer différentes couleurs au même endroit, alors que les miroirs le peuvent.  Plus tard, ce problème a été résolu pour les réfracteurs et les deux types de télescopes sont couramment utilisés de nos jours.

Les conceptions les plus récentes combinent des éléments communs aux deux types : des télescopes hybrides.

Avec de puissants ordinateurs, il est aujourd’hui possible de combiner des images provenant de deux ou de plusieurs télescopes.  Il en résulte un télescope équivalent d’une taille égale à la distance totale séparant les deux.  Ce processus de combiner des images obtenues de plusieurs petits télescopes pour obtenir un image qui proviendrait d'un méga-télescope s'appelle l'interférométrie.

En utilisant cette méthode, les télescopes jumeaux de Keck ont un pouvoir de résolution capable de distinguer chaque phare d’une automobile de 800 km !

L'optique adaptive

Les étoiles scintillent car le mouvement de l’atmosphère terrestre réfracte aléatoirement leur lumière.

Ce phénomène empêche les astronomes d’obtenir une vue claire des étoiles.  Les astronomes connectent de nos jours des ordinateurs aux télescopes pour régler ce problème.

Des logiciels commandent à l’ordinateur de capter les mouvements de l’atmosphère terrestre lorsqu’ils se produisent.

Cette technologie s’appelle optique adaptive – « adaptive », car les ordinateurs qui commandent l’image que tu vois adaptent constamment le miroir aux modifications de l’atmosphère terrestre.

Le télescope de technologie nouvelle à La Silla (Chili) utilise l’optique adaptive.  Les astronomes munissent également des télescopes plus anciens de cette technologie.  Des logiciels informatiques traitent les images pour leur enlever l’effet de brouillage introduit par l’atmosphère.

Avantages et désavantages des différents types de télescopes

Vous connaissez déjà les trois types de télescopes de base suivants ci-dessous.  Voici quelques avantages/désavantages pour chacun.  

1) Le télescope réfracteur

avantages : 

- Ils n'ont pas d'obstruction centrale (causée par un miroir secondaire);

- Il est plus facile de préparer une bonne lentille qu'un miroir donc la qualité optique devrait être supérieur à celle d'un télescope réflecteur.

désavantages :

- Des lentilles de mauvaises qualité ne focalisent pas nécessairement tous les rayons de la même façon, donnant une image moins précise;

- Plusieurs modèles ont des champs de vision étroits;

- Le pouvoir collecteur de la lumière est assez restreint avec les instruments dont l'objectif a un petit diamètre.

2) Le télescope réflecteur

avantages : 

- Offre des images claires et précises;

- Présentent un bon pouvoir collecteur de lumière;

- Les modèles ouverts offrent un grand champ de vision.

désavantages : 

- Il y a une perte de lumière due aux multiples réflexions;

- L'obstruction introduite par le miroir secondaire produit de la diffraction et une perte de contraste.

3) Le télescope hybride

Les télescopes hybrides combinent les avantages des télescopes réfracteurs et réflecteurs.

Visionner le documentaire

Émission

La taille grandissante des télescopes a permis aux astronomes d’observer des étoiles plus éloignées.

Ces télescopes localisent avec une plus grande précision les positions des étoiles.

Cette photo prise par le télescope spatial Hubble est parsemée de lointaines étoiles et galaxies.

La mesure par triangulation

Une des façons les plus courantes pour mesurer indirectement une distance inconnue est appelée la triangulation.

C’est la même méthode que les astronomes utilisent pour mesurer l’éloignement des objets célestes.

Il est important de noter que lorsqu’on mesure des distances par la triangulation, plus la base du triangle est longue, plus précis les résultats seront.

La triangulation sur une étoile (parallaxe)

Les astronomes utilisent le parallaxe pour déterminer la distance des étoiles à proximité.  La technique est similaire à la triangulation.

Les années lumières

L’étoile la plus proche de la Terre est la Proxima centauri, distante du Soleil de plus de 272 000 unités astronomiques (U.A.).

Une unité astronomique est la distance séparant la Terre du Soleil (150 000 000 km).

1 U.A. = 150 millions de kilomètres

Comme les distances interstellaires sont bien plus grandes que celles du système solaire, les unités astronomiques deviennent inappropriées (aussi inappropriées que le fait de vouloir mesurer le Canada d'un océan à l'autre en millimètres).  Les astronomes ont donc créé l'année-lumière.

Une année-lumière représente la distance que la lumière parcourt en un an, distance égalant environ 63 240 U.A. ou 9,5 x 10¹² kilomètres.

1 année lumière = 63 240 unités astronomiques = 9 500 000 000 000 km

À cette échelle de mesure, la Proxima centauri est distante de 4,28 années-lumière.

Fait intéressant : Savais-tu que la lumière voyage à une vitesse d'environ 300 000 km/s ?

Exemple

La lumière parcourt  63 240 U.A. en une année-lumière.  Avec cet ordre de grandeur, détermine en combien d'années-lumière une étoile est éloignée du Soleil de 543 000 U.A. ?

Solution...

Si 63 240 U.A. = 1 année-lumière  

donc :

  543 000 U.A. = ? années-lumière

Tu peux effectuer une multiplication croisée :

1 année-lumière x 543 000 U.A. ÷ 63 240 U.A. = 8,59 années-lumières

En autres mots, 543 000 U.A. représentent 8,59 années-lumières.

Questions de révision - les mesures astronomiques

Corrigé - Les mesures astronomiques

Allez aussi faire l'activité "triangulation"

A)  Le propergol et fusée

Une fusée est un engin spatial propulsé par la combustion d'un carburant.  Le propergol est un carburant utilisé pour propulser les fusées.  C'est un mélange de comburant et de combustible qui produit une énorme force qui pousse la fusée hors de l’atmosphère de la Terre.

B)  La fusée V2

La fusée V2 est un missile allemand utilisé à la fin de la deuxième guerre pour bombarder des villes alliées.  La fusée a été créée comme un modèle plus avancé de la fusée V1. Puisque la fusée V1 pouvait être facilement interceptée par des avions de guerre, les ingénieurs de la fusée V2 ont créé une fusée qui monte jusqu’aux couches supérieures de la mésosphère (très proche de l’espace), puis retomber à une vitesse plus vite que le son sur la cible. À cause de l’altitude de vol et de la vitesse de descente, le seul moment que la fusée est vulnérable n’est que quelques secondes pendant le décollage. Les américains et les russes ont utilisé la fusée comme modèle pour leurs propres fusées après la guerre.

C)  Les dispositifs à transfert de charge (DTC)

Les dispositifs à transfert de charge sont des appareils qui prennent tout simplement des photos.   L’image est créée en se servant de la charge d’électrons transférée sur une pellicule.

D)  Le télescope spatial Hubble

Le télescope spatial Hubble sert à capter des images de l’espace d’une incomparable netteté. Grâce à son angle, il n’est pas affecté par la déformation de l'atmosphère.  Ces images sont ensuite transmises à des stations de réception ici sur Terre. 

E)  Les satellites artificiels

Un satellite artificiel est un objet fabriqué par l'être humain, envoyé dans l'espace à l'aide d'un lanceur et placé en orbite autour d'une planète.   La Lune est un exemple de satellite naturel.

F)  La télédétection

La télédétection est une méthode de prendre des photos de la Terre de l’espace.  Ce processus exige l’utilisation de satellites qui absorbent l’énergie solaire, réfléchir cet énergie de la surface de globe terrestre pour former des images. C’est un peu comme un appareil de photo en espace qui prend des images et les transmet aux stations de réception à tous les jours, et plusieurs fois par jour.

G)  Le système de positionnement global (GPS)

Le système GPS est un système de géolocalisation fonctionnant au niveau mondial.  Il était Initialement conçu pour le Département de la Défense des États-Unis.  Cependant, sa simplicité fait en sorte qu’il s’est prouvé très utile pour le grand public.  

Un ensemble de satellites envoie et reçois des données très rapidement.  Une personne munie d’un récepteur peut ainsi se localiser et s'orienter sur terre, sur mer, dans l'air ou dans l'espace au voisinage proche de la Terre.

H) Vostok 1

Le Vostok 1 est le premier vol spatial habité d’un humain.  Le but était d’envoyer, pour la première fois, un humain en orbite autour de la Terre.  En 1961, les Russes ont atteint leur but.  L’orbite a pu être complété en un peu moins de 1 heure et 30 minutes.

I)  Vaisseau spatial Freedom 7

Le Freedom 7 a été envoyé en espace en 1961 afin de mesurer/ observer les effets des conditions spatiales sur l’être humain.  La durée du vol était 15 minutes et 22 secondes à une altitude de 116,5 km.

J)  La mission Apollo 11

Apollo 11 est une mission du programme spatial américain.  Elle est très connue car c’est la première fois que des hommes se sont posés sur la Lune, le 20 juillet de l’année 1969.  Les astronautes ont put marcher sur la Lune, ainsi que ramener des roches lunaires.

K)  La navette spatiale

Une navette spatiale est un véhicule spatial pouvant revenir sur Terre en effectuant un atterrissage contrôlé et pouvant être réutilisé pour une prochaine mission.

L)  La station spatiale internationale

La station spatiale internationale est un laboratoire de recherche en orbite autour de la Terre.  Le Canada, en collaboration avec les États-Unis, la Russie, l'Europe et le Japon, se sert de la SSI pour Depuis le lancement de son premier module en 1998

M) Les satellites Anik

Les satellites Aniks sont un ensemble de satellites canadiens servant à la télécommunication à travers le pays.  Grâce aux satellites Aniks, les régions les plus éloignées du Canada peuvent profiter de services tels que la télémédecine, téléapprentissage, télétravail et n’importe quel commerce nécessitant des services Internet.  Les premiers satellites ont été lancés 1972.  De nouveaux modèles plus modernes orbitent toujours la Terre.

N) La mission Apollo 13

Une mission élaborée par les États-Unis.  Le but de la mission était d’explorer la Lune et ramener des échantillons du sol lunaire.  Malheureusement, l’explosion d’un des réservoirs d’oxygène a gravement endommagé le module, le rendant inhabitable.  Ce fut reconnu comme un « échec réussi » car malgré tout, les 3 astronautes ont pu retourner sains et saufs sur Terre.

O) La Canadarm

La Canadarm est un bras mécanique attaché à la navette spatiale.

Il sert à manipuler des charges utiles pour les extraire de la baie de stockage et les déployer, ou inversement. Il peut également servir de support pour les astronautes lorsqu'ils effectuent des sorties extra-véhiculaires ou bien permettre l'inspection de certaines parties de la navette qui sont inaccessibles à l'équipage.