Comment les astronomes ont-ils eu l’intuition que la terre est ronde ?

Aujourd’hui, nous avons lu un article qui explique que dès l’antiquité, on a imaginé que la Terre est une boule.
Comment ?

Et bien, en observant une éclipse lunaire, c’est à dire en regardant l’ombre projetée de la terre sur la Lune.

En image et en dessin :

 

 

 

 

Rencontre avec le chercheur Antoine Gusdorf

Questions à Antoine Gusdorf, notre parrain chercheur sur les éclipses

Question 1 : Pourquoi croit-on que la Lune et le Soleil ont la même taille ?

C’est une bonne question, car ce qui manque dans vos recherches, c’est tout ce qui concerne les tailles et les distances.

Essayons de mieux comprendre.
Le rayon de la Terre : 6400 km
Le rayon de la Lune : 1700 km
La distance Terre-Lune : 385 000 km
Mais au fait, comment a-t-on réussi à connaître ces distances ?

Voyons comment a-t-on fait pour mesurer la distance Terre-Lune ?
Précision : en réalité la Lune, et surtout la Terre, émettent un peu de lumière, mais pas dans la gamme qui est visible par l’oeil humain.
Ce qu’on voit, c’est la lumière du Soleil réfléchie par la Lune. Dans les années 1960, des astronautes ont posé des miroirs anguleux.
Pour mesurer la distance Terre-Lune, on envoie de la lumière-laser vers la Lune. La lumière nous revient donc sur Terre.
En utilisant la vitesse de la Lumière (299 792, 458 km par seconde), on a pu ainsi mesurer exactement la distance entre la Terre et la Lune.

Comment connaît-on le rayon de la Terre ?
Il a utilisé le fait qu’au zénith, on n’a pas d’ombre.
Avec l’aide d’un complice, au même moment, dans une autre ville, il a constaté qu’un bâton planté à la verticale avait une ombre.
En faisant des calculs sur les angles, on a pu connaître le rayon de la Terre.

Comment connaît-on le rayon de la Lune ?
On connaît le rayon de la Lune depuis l’antiquité. Comment a-t-on calculé cela ?
Pour cela, il faut s’intéresser aux éclipses lunaires.


Rappelons qu’une éclipse de Lune se produit quand le soleil ne peut pas éclairer la Lune, car la terre fait de l’ombre à la Lune. On s’est intéressé à la durée d’une éclipse lunaire.
On observe “combien de fois on peut mettre la Lune” dans le cône d’ombre de la Terre durant une éclipse. Ceci permet de déduire le rapport entre la taille de la Terre et celle de la Lune.
Les chercheurs ont trouvé : le rayon de la Lune est trois fois plus grand (un peu plus en réalité) que le rayon de la Terre.
Le rayon de la Lune : 1700 km

Ce qu’il faut connaître aussi pour comprendre que le Soleil est beaucoup plus grand que la Terre et très éloigné en réalité, et que toutes les modélisations que nous pouvons faire, même dans la cour, ne peuvent correspondre à la réalité.
Le rayon du Soleil : 700 0000 km
La distance Terre-Soleil : 150 000 000 km

 

Question 2 : Nous croyons avoir compris pourquoi il n’y a pas d’éclipse une fois par mois, c’est que la Lune ne tourne pas dans le même plan que le plan de rotation de la Terre autour du Soleil. Nous avons vérifié que ceci sur un schéma que la maîtresse a trouvé. Puis, nous avons fait l’hypothèse suivante : il y 2 éclipses solaires par an, qui correspondent au parfait alignement dans le plan de rotation de la Terre autour du Soleil, soit environ 1 fois tous les 6 mois. Est-ce vrai ?

Pas tout à fait, c’est délicat. Explication sur une éclipse de Lune.
Il y a un cône d’ombre, mais aussi un cône de pénombre.
Quand la Lune rentre dans le cône de pénombre, il y a une éclipse de Lune totale.
Mais si la Lune ne passe que dans le cône de pénombre, il y a une éclipse de Lune partielle.
D’autre part, le plan de rotation de la Lune varie légèrement.

Question 3 : Nous avons émis trouvé sur Wikipédia que la durée totale d’une éclipse solaire varie entre 2h00 et 4h00. Nous avons émis l’hypothèse que c’est parce que cela dépend de la trajectoire de le Lune. Si elle l’ombre passe plutôt vers les pôles, ce sera plus court, et si elle passe vers l’équateur, ce sera plus long. Est-ce vrai ?

Oui, prenons le cas d’une éclipse de Lune, selon l’endroit où la Lune passe dans le cône d’ombre, si la lune passe en plein milieu, cela sera plus long, et si elle passe en haut du cône d’ombre, cela sera plus court.

Question 4 : Pourquoi y a-t-il  une auréole très lumineuse ? Est-ce réel ?
D’une part, Soleil et Lune n’ont pas tout à fait la même taille apparente.
D’autre part, le Soleil n’est pas rocheuse, c’est une surface gazeuse en perpétuelle agitation.
Enfin, la Lune aussi a du relief, comme la Terre. Les rayons du Soleil passent donc autour malgré tout.

Question 5 : Pourquoi voit-on toujours le même cratère sur la Lune ?
Cela a été un grand mystère pendant longtemps.
La période de révolution de la Lune autour de la Terre est égale a sa période de rotation sur elle même, ce qui explique qu’elle nous présente toujours sa même face.
Les premiers à avoir vu l’autre côté de la Lune sont les russes.

Question 6 : Alma


Pourquoi les appelle-t-on comme ça ?
ALMA est un acronyme : Alacam Large Millimeter Array
En réalité, ce sont les journalistes qui disent  »oreilles », mais il faudrait simplement dire ALMA.
Il y a 54 télescopes de 12 m de long et 12 télescopes de 78 m de long.

Pourquoi avoir mis ces télescopes au Chili ?
Parce qu’il y a moins de perturbations pour observer le ciel (comme quand on regarde du fond d’une piscine) :
– il y a moins d’atmosphère au-dessus de nous du fait de l’altitude ;
– l’air est plus pur, moins pollué ;
– l’air est plus sec (il y a un beau ciel bleu la plupart du temps).
On peut orienter les télescopes pour choisir l’endroit qu’on veut observer.

Flottent-ils ? Ces télescopes ne flottent pas, mais on les déplace avec des véhicules spéciaux (très lents).

Emettent-ils des ondes ? Oui, ils en émettent et en reçoivent.

Le plan de l’écliptique

Aujourd’hui, nous avons vérifié deux hypothèses.

L’hypothèse du groupe Saturne :
On pense que la Lune ne tourne pas dans le même plan que la Terre.

Pour cela, nous avons observé un document que la maîtresse nous a donné :

Nous avons constaté que ces hypothèses étaient tout à fait exactes.

Observons :

Le plan orange est le plan de rotation de la Terre autour du Soleil.

Le plan bleu est le plan de rotation de la Lune autour de la Terre.

Nous avons même repéré à quels endroits on a une éclipse de soleil. Nous avons repéré que c’est en 1 et en 3, à l’endroit où la Lune est entre la Terre et le Soleil.

A vérifier avec notre chercheur : en tenant compte du fait que la Terre fait le tour du Soleil en une année, nous avons fait l’hypothèse suivante : il y a probablement deux éclipses par an, à chaque fois qu’on est dans la position 1 et 3.

Par la même occasion, on a imaginé qu’il y a une éclipse de Lune en 1 et 3 aussi, quand la Terre est entre la Lune et le Soleil.

L’hypothèse du groupe des savantes de l’Univers : la Lune fait le tour de la Terre en 30 jours.

En s’aidant d’un spot, nous avons pu placer les phases de la Lune suivant l’endroit où la elle se situe par rapport à la Terre.
Oui, les Savantes de l’Univers avaient bien raison : la Lune tourne autour de la Terre en 30 jours environ.

Le mouvement de la Lune

Pour mieux comprendre les éclipses, il faudra comprendre comment tourne la Lune autour du Soleil.

Car ce que l’on trouve étrange, c’est qu’il n’y a pas d’éclipses tous les jours ou tous les mois ? Bref, on ne comprend pas pourquoi il y a 2 ou 3 éclipses de soleil par an.

Nous avons déjà utilisé l’application qui permet de voir les phases de la Lune jour après jour et fait un relevé des formes obtenues. Et aujourd’hui, nous avons essayé de modéliser tout ceci.

Puis, nous avons imaginé en combien de temps tourne la Lune autour de la Terre; nos hypothèses : 1 jour / 1 an / 3 ou 4 ans.

Nos expérimentations
Nous avons essayé de modéliser les phases de la Lune avec un spot (lumière), et deux boules (Terre et Lune) pour essayer de trouver comment la Lune tourne autour de la Terre.

Groupe Saturne (Kelyann – Léopoldine – Lucas L et Manon L)

On pense que la Lune ne tourne pas dans le même plan que la Terre.

Pourquoi ? Parce que les rayons éclairent plus la Lune et cela expliquerait qu’il n’y ait pas trop d’éclipse.

Groupe Iris (Joseph – Nicolas – Nathan – Louann)

Nous pensons que la Lune change tout le temps son parcours.La Lune tourne en même temps que la Terre, elle suit la Terre.

Groupe Jupiter (Enoal – Lucas G – Valentin B – Malo)

On pense qu’elle a un orbite ovale, en zigazg. On a remarqué que le gros cratère apparent de la Lune avance puis retourne. On pense que la pleine Lune, c’est quand la Lune est de l’autre côté par rapport à la Terre.

Groupe Vénus (Johan- Valentin C – Gabriel – Léa)

On pense que la nouvelle Lune, c’est quand la Lune est entre la Terre et le Soleil. On a fait un dessin vu d’en haut, en ne dessinant que les rayons de Soleil.

Cats Avanturiers (Léane – Lana – Baptiste – Mattéo)

On pense que la Lune fait le tour de la Terre en 23 heures. On a regardé que le 11 mai 20117, la Lune est visible pendant 9h47 (pleine Lune). Pleine Lune : c’est quand la Lune est entre le Soleil et la Terre. A vérifier, selon certains.

Les savantes de l’Univers (Eva – Manon A – Cholë – Nihal)

Pleine Lune → 15 jours + tard, c’est la nouvelle Lune (elle a fait la moitié) → Pleine Lune 9 juin (le tour entier). La Lune fait le tour de la Terre en 30 jours. Une autre modélisation : une personne simule la Terre.

A chercher la prochaine fois

  • Pourquoi voit-on toujours le cratère de la Lune, est-ce que c’est parce que la Lune suit la Terre ?
  • Où est la Lune quand c’est la pleine lune ?
  • Où est la Lune quand c’est la nouvelle lune ?
  • La nouvelle Lune, est-ce une éclipse ?
  • Est-ce que la Lune tourne dans un autre plan que le plan de rotation de la Terre ?

Eclipses totales, partielles et annulaires

Après avoir vu des vidéos d’éclipses totales, nous nous sommes demandé quelles étaient les autres éclipses. La maîtresse nous a montré d’autres vidéos d’éclipses partielles et annulaires. Nous avons cherché les différences entres ces éclipses.

Puis, nous avons cherché à se placer du point de vue d’un terrier qui observe ces éclipses. Nous avons pris un anneau pour modéliser la Lune et un cerceau pour modéliser la Terre. Les cordes servent pour trouver l’alignement.

Sur cette photo, le terrien place les cordes devant ses yeux. Celui qui tient le cerceau du Soleil s’arrange pour bien tendre les cordes. Et celui qui tient l’anneau de la Lune doit chercher où placer l’anneau pour que le terrier voit les deux cercles se superposer.

Avec un frisbee pour la Lune, c’est encore mieux !

 

Ce qui nous a donné cette idée, c’est qu’en plaçant une petite boule devant un gros spot de lumière, nous arrivions à faire une éclipse du spot ! Conseil : il faut fermer un oeil, ça marche mieux !

Et voilà ce que nous avons conclu de ces modélisations :

Pour simuler une éclipse totale, on doit faire toucher le petit disque aux deux cordes.

Pour simuler une éclipse annulaire, on doit reculer la lune, de sorte qu’elle ne touche pas la corde.

Pour simuler une éclipse partielle, on doit mettre le disque de la lune un peu plus haut ou un peu plus bas.

Vérifications de nos hypothèses

 

Vérifions nos hypothèses avec deux vidéos de l’éclipse totale.

Ce que nous avons vu :
La Lune s’est déplacée jusqu’à se trouver devant le soleil, puis elle a suivi sa route.
C’était de jour, le ciel s’est obscurcit (il a fait nuit en plein jour). Pendant ce moment, il a fait plus froid.
Il y a eu une auréole très lumineuse autour du Soleil.

Les questions que nous nous posons, les remarques que nous avons faites :
→ Ce qu’on voit, est-ce réel ?
→ On croirait que la Lune a la même taille que le Soleil.
→ Est-ce de nuit ou de jour que cela se produit ? Il est indiqué que l’éclipse d’Indonésie s’est passée à 1h00 environ du matin, donc la nuit. Mais on croirait que c’est de jour, parce qu’on voit le Soleil. C’est lumineux au début dans la ville, puis le ciel s’obscurcit. Nous pensons que c’est parce qu’il ont donné l’heure française mais pas l’heure là-bas, en Indonésie.
→ Comment est-ce possible qu’une petite Lune cache exactement le Soleil ?
→ On a l’impression que la Lune et le Soleil ont la même taille.
→ On voit la Lune se déplacer petit à petit, se rapprocher du Soleil, et puis, au moment de l’éclipse, on a l’impression que la Lune s’arrête un peu devant le Soleil. Est-ce juste une impression ?

Conclusion :
La vidéo nous convainc tous : ce qu’on pensait presque tous être une éclipse lunaire s’appelle solaire. Seul un groupe avait raison.

Essayons de comprendre pourquoi nous avons fait des erreurs :
Pour réussir, il fallait s’imaginer à la place d’un être humain sur la Terre.
Voici quatre idées retenues pour modéliser correctement :
→ idée 1 : mettre une punaise pour symboliser l’endroit où on se situe.
→ idée 2 : mettre une personne pour représenter la Terre, une personne pour représenter la Lune, et une lampe pour le Soleil.
→ idée 3 : se mettre face à la lumière (le soleil), tendre son bras avec une boule représentant la Lune, et essayer, en cachant un œil, de cacher le Soleil. On voit bien une auréole autour de la boule-Lune.
→ idée 4 : utiliser une corde pour faire apparaître l’alignement.

Voici nos définitions de l’éclipse solaire :
a – Lors d’une éclipse, le Soleil est occulté par la Lune : les rayons du Soleil ne viennent plus jusqu’à nous.
b – Lors d’une éclipse, la Terre, la Lune et le Soleil sont parfaitement alignés.
c – Une éclipse, c’est quand la Lune passe devant le Soleil. Alors elle nous fait de l’ombre.

Attention : Nous avons remarqué que tous les habitants sur Terre ne voient pas l’éclipse, mais seulement ceux qui se trouvent dans l’ombre de la Lune. La Lune ne fait pas de l’ombre sur toute la Terre mais sur une partie de la Terre.
Et quand la Lune bouge, l’ombre se déplace à la surface de la Terre.

Premières hypothèses sur les éclipses

Nous allons essayer de répondre à la question : « Comment se forme une éclipse ? »

Nous avons aussi des sous-questions sur les éclipses :
– Combien de temps maximum dure une éclipse ?
– Quand (à quelles dates) se passent les éclipses ?
– Pourquoi y a-t-il deux types d’éclipses (des éclipses lunaires et solaires) ?
– Existe-t-il des éclipses terrestres (Un astronaute sur la Lune peut-il voir une éclipse de la Terre ?)
– De quelle taille est la Lune par rapport à la Terre ?

Nos expériences :
– Utiliser une lampe pour modéliser le Soleil.
– Utiliser une boule pour la Terre et une autre boule plus petite pour la Lune.

Nos observations :
– Nous avons observé que quand on met la Lune entre la Terre et le Soleil, il y a de l’ombre sur la Terre. L’ombre n’est pas partout sur la Terre. C’est facile à observer.
– C’est très difficile de remarquer quelque chose quand on met la Terre entre le Soleil et la Lune.
– Tous les groupes pensent que l’éclipse lunaire, c’est quand la Lune est entre la Terre et le Soleil. Seul un groupe pense le contraire (équipe Vénus), c’est à dire que quand la Lune est entre la Terre et le Soleil, cela s’appelle éclipse solaire.
– Nous pensons que chaque jour, la Lune fait le tour de La Terre. Mais, c’est bizarre, car il devrait y avoir une éclipse lunaire et une éclipse solaire tous les jours.
– On a observé que la taille de la Lune change selon la distance.

Ce que nous aurons à faire la première fois :
– Il faudra vérifier ce qu’est exactement une éclipse solaire et une éclipse lunaire.
– Il faudrait voir comment se déplace la Terre autour du Soleil , la Terre tourne sur elle-même…
– On a besoin de savoir la taille de la Lune par rapport à celle de la Terre.