Phys. N° 06

Observation de la Terre et du système solaire. Cours.

 

Mots clés : Cours de physique seconde Le système solaire, mercure, vénus, Terre, Mars, jupiter, saturne, uranus, neptune,  Logiciel Stellarium, logiciel Celestia, Satellites SPOT, satellites Météosat, ...

 

I- Observation de la Terre.

1)- Exemples : utilisation du logiciel  STELLARIUM :

a)-  Utilisation du logiciel STELLARIUM pour observer le mouvement de certains satellite par rapport à la Terre.

Télécharger le logiciel STELLARIUM

- Sur cette vidéo, on voit le mouvement de quelques satellites par rapport à la Terre.

Vidéo

- Avec le logiciel STELLARIUM, on peut observer le mouvement de certains satellites par rapport à la Terre.

- On peut sélectionner le lieu d’observation grâce à la fenêtre de positionnement :

- On peut configurer le logiciel grâce à la fenêtre de configuration :

- On demande de charger les satellites au démarrage du logiciel :

- On peu aussi configurer les satellites à afficher en cliquant sur configurer.

- En cliquant sur Satellites, on affiche la liste des satellites.

- En cliquant sur la dénomination du satellite, on peut afficher la description et les caractéristiques du satellite.

- On peut le montrer ou le cacher

- Puis, on peut accélérer l’écoulement du temps et observer le mouvement des différents satellites par rapport à la Terre.

- Il faut taper sur la lettre L du clavier ou sur l’icône

- Pour revenir à l’écoulement normal du temps, on peut taper sur la lettre K du clavier ou sur l’icône .

- Pour revenir à l’heure actuelle on peut taper le chiffre 8 au clavier ou cliquer sur l’icône .

- Remarque :

- En cliquant (clic gauche) sur le satellite, on le sélectionne et on peut faire apparaître les caractéristiques du satellite.

  et  

- Si on fait un clic droit, les indications disparaissent.

- On peut voir sur la vidéo :

   

 

b)-    UARS :   : Ressource Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Upper_Atmosphere_Research_Satellite

- Upper Atmosphere Research Satellite :

- Satellite de recherche sur la couche atmosphérique supérieure

- C’est un satellite d'observation de la Terre de l'agence spatiale américaine de la NASA développé pour étudier l'atmosphère terrestre en particulier la couche d'ozone.

Wikimedia Commons

- Ce satellite lourd pesant 5,9 tonnes et long de 11 mètres a été lancé en 1991 par la navette spatiale américaine au cours de la mission STS-48.

- Il a été placé sur une orbite basse à une altitude de 700 km et avec une inclinaison de 57 degrés.

- La durée de vie prévue était initialement de 3 ans : six de ses 10 instruments fonctionnaient encore lorsqu'il a été désactivé en décembre 2005 soit 14 ans après son lancement.

- En fin de vie, il a été placé sur une orbite plus basse qui devrait aboutir à une rentrée atmosphérique au début des années 2010.

- Il a permis de mieux connaitre les couches atmosphériques comprises entre 80 et 300 km d'altitude.

- La durée de vie du satellite a permis d'effectuer des observations sur un cycle solaire de 11 ans complet.

- L'une des contributions les plus importantes a été la mesure de la distribution et de la concentration des gaz jouant un rôle dans la disparition de la couche d'ozone, le changement climatique et les autres phénomènes climatiques. (Sources Wikipedia)

- Les mesures effectuées ont montré que le chlore présent dans l'atmosphère, dû au CFC produit par les activités humaines, est à l'origine du trou dans la couche d'ozone.

c)-   NOAA 17 :   Cliquer sur le lien suivant  pour aller plus loin ( https://sos.noaa.gov/catalog/datasets/polar-orbiting-noaa-17-satellite-coverage/ )

- Les satellites NOAA  (National Oceanic and Atmospheric Administration : le lient https://www.noaa.gov/satellites) sont des satellites météorologiques américains à orbite polaire observant la Terre depuis une altitude d'environ 850 km.

- Leur période de révolution est de l’ordre de 100 min.

- Ce sont des satellites à défilement, on parle aussi de satellites défilants.

https://www.n2yo.com/?s=28654

- Il faut attendre 26 jours pour que le satellite repasse au-dessus d’un même lieu à la même heure locale.

- Cette durée est le cycle orbital du satellite.

 

- Plusieurs satellites NOAA tournent autour de la Terre, mais sur des orbites décalées.

- On obtient ainsi plusieurs fois par jour des images d’une même zone géographique.

- Ces satellites fournissent des données aux centres météorologiques qui les exploitent pour les prévisions météorologiques.

- Ils appartiennent au dispositif d'observation  mis en place par l'Organisation Météorologique Mondiale.

- Leurs missions sont principalement orientées vers :

► L’observation des phénomènes météorologiques

► La cartographie de la structure thermique superficielle des océans

► L’agro-météorologie

► L’étude de l’évolution de l’environnement marin et côtier

- Le premier d'entre eux fut mis sur orbite en 1970, et depuis cette date, 18 satellites NOAA furent lancés.

- Au fil des ans, l'instrumentation embarquée a évolué du point de vue technologique et les performances offertes actuellement sont évidemment bien supérieures à celles du début de la filière.

- Le satellite NOAA 17 a été lancé le 24 juin 2002 à 18:23:00 UTC par une fusée Titan 2,

- Masse en orbite sans carburant : 1457 kg,

- Altitude de 833 km,

- Inclinaison de 98.7°,

- Période de 101,3 min,

- Il est toujours opérationnel.

d)-   HST :

- Le télescope Hubble (Hubble Space Telescope) est le premier satellite du NASA's Great Observatories Program.

- Il a été conçu pour faire des observations dans le domaine de la lumière visible et dans une partie des bandes ultraviolettes et infrarouges (Nicolas Rosseels)

- Grâce à son orbite basse et à sa structure modulaire, il peut être récupéré par les navettes américaines pour remplacer des pièces défectueuses ou obsolètes.

- Jusqu'à présent, quatre missions de maintenance ont été effectuées.

- La mission du HST a été divisée en trois phases : la première a servi à vérifier que tous les systèmes du satellite fonctionnaient, la seconde a permis de tester les instruments scientifiques et la dernière est la phase d'observation.

- Hubble tourne autour de la Terre sur une orbite basse (environ 600 kilomètres d'altitude), inclinée d'un angle de 28,5 degrés par rapport à l'équateur.

- Il fait une révolution toutes les 97 minutes à une vitesse de 27.200 km/h.

- A une telle altitude, le HST se trouve toujours dans la haute atmosphère.

- Il est donc soumis aux forces de frottements avec l'air, ce qui a pour effet de lui faire perdre progressivement de l'altitude.

-  Hubble ne disposant pas de propulseur, les corrections d'altitudes doivent être effectuées par la navette lors des missions de maintenance.

-  Masse: 11.600 kg
Développement: NASA, ESA
Date de lancement: 25 Avril 1990
Lieu de lancement: Cape Canaveral
Lanceur: Discovery (STS-31)

- Il permet aux scientifiques de disposer d'équipements d'observation en permanence dans l'espace.

- Pour étudier :

► La composition et les caractéristiques physiques et dynamiques d'objets célestes.

► L'histoire et l'évolution de l'univers.

► La formation, la structure et l'évolution des étoiles et des galaxies.

- On peut observer aussi :

 

- GENESIS 2  Ressource Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Genesis_II

- C’est le second habitat spatial gonflable expérimental développé par la firme américaine privée Bigelow Aerospace.

- Il a été lancé en 2007.

- La conception de cet engin spatial exploite les résultats du premier habitacle GENESIS 1 conçu sur le même plan et placé en orbite auparavant.

- L'objectif de GENESIS 2 est de continuer à tester la viabilité sur de longues durées des structures spatiales gonflables.

- Comme GENESIS 1 et les autres modules élaborés par la suite par Bigelow Aerospace, GENESIS 2 est basé sur le concept Transhab développé par la NASA : grâce à une structure gonflable, cela permet une augmentation du volume intérieur et une réduction du diamètre au lancement avec une masse réduite par rapport aux structures rigides traditionnelles (sources Wikipedia).

 

- SEASAT 1 : Ressource Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Seasat

- Seasat est un satellite de télédétection océanographique de la NASA lancé en 1978 en orbite basse terrestre.

- C'est le premier satellite dont la mission est d'étudier les océans.

- Il utilise à cet effet un radar à ouverture de synthèse reprenant une technique mise au point pour les sondes spatiales.

- Développé par le Jet Propulsion Laboratory, Seasat devait valider l'utilisation de satellites pour surveiller les phénomènes océanographiques et permettre de définir les caractéristiques opérationnelles d'instruments permettant de collecter les données depuis un satellite.

- Des objectifs plus spécifiques comprenaient la collecte de données sur les vents de surface, sur la température à la surface des océans, la hauteur des vagues, l'humidité atmosphérique, la banquise et la topographie de l'océan (sources Wikipedia).

SEASAT (NASA/JPL-Caltech)

2)- Les satellites SPOT.

- Mouvement dans le référentiel géocentrique.

- Ils tournent autour de la Terre, à une altitude de 820 km, sur une orbite circulaire.

- Leur période de révolution est de 101,4 min.

- Ces satellites ne repassent pas au-dessus du même point de la surface de la Terre à chaque tour car la Terre tourne autour de l’axe des pôles.

- Ce sont des satellites défilants.

- Il faut attendre 26 jours pour que le satellite repasse au-dessus d’un même lieu à la même heure locale.

- Cette durée est le cycle orbital du satellite.

 

3)- Les satellites Météosat.

- Ils évoluent autour de la Terre, dans le plan de l’équateur, à une altitude proche de 36000 km.

- Leur période de révolution est égale à la période de rotation de la Terre.

- Ces satellites sont immobiles dans un référentiel terrestre. Ce sont des satellites géostationnaires.

- Les instruments d’observation embarqués dans les satellites fournissent des données utilisées dans différents domaines.

► La cartographie : réalisation de cartes de plus en plus précises.

► La prévention des risques et la gestion des crises : surveillance des incendies de forêt, des éruptions volcaniques…

► La surveillance de l’environnement : la pollution, la déforestation, l’érosion,  les prévisions météo.

Animation CabriJava

Satellite Géostationnaire.

 

II- Exploration du système solaire.

1)- Introduction.

- L’exploration du système solaire constitue l’un des événements scientifique et technique majeurs de la seconde partie du XX^e siècle.

- Le système solaire est composé du Soleil et des objets qui gravitent autour de lui :

- Les huit planètes :  Le Système Solaire

► Mercure, Vénus, La Terre (Lune), Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune et leurs satellites.

► Les planètes naines,

► Les petits satellites,

► Les astéroïdes,

► Les comètes.

2)- Utilisation du logiciel CELESTIA :

 a)-   Premier voyage : vers Jupiter

- Cliquer sur l’icône :

- La fenêtre suivante s’ouvre :

- Puis cliquer sur Rendu et dans le menu déroulant Options :

- Cocher les cases pour afficher le nom et les orbites des planètes et des lunes.

- Pour naviguer vers Jupiter :

- Puis :

- Cliquer sur Aller à : et le voyage commence.

- On peut s’approcher ou s’éloigner de Jupiter grâce à la molette de la souris.

- Fermer la fenêtre en cliquant sur .

- À l’aide de la molette, régler la distance d ≈ 8 152 600 km.

- Pour faire apparaître la distance, il faut sélectionner la planète Jupiter.

- Il se peut que la valeur affichée diffère un peu, cela dépend du réglage de la molette de la souris.

- Le but est da faire apparaître les différentes lunes de Jupiter sur la vue.

- On peut agrandir la fenêtre ou travailler en mode plein écran.

- On obtient la vue suivante :

- On voit apparaître les différentes lunes de Jupiter.

- On va faire défiler le temps pour observer le mouvement de Jupiter.

- On peut utiliser l’icône Temps .

- Il faut cliquer sur la lettre  « L » du clavier pour accélérer le temps (à chaque clic, le temps est multiplié par 10).

- Pour ralentir le temps, en clique sur la lettre « K » du clavier.

- Pour mettre en pause, on clique sur la touche « espace » du clavier.

- Vidéo :  Jupiter05d.avi

Vidéo

3)- Voyage dans le système solaire :

a)-  Observation des différentes planètes :

- Première étape :

- Partons vers le Soleil :

- Cliquer sur , puis sur  et sur  et Aller vers.

- On peut s’approcher du Soleil à l’aide de la molette de la souris.

- Deuxième étape : voyage vers Mercure :

- Cliquer sur , puis sur  et sur  Mercure et Aller vers.

- Troisième étape : voyage vers Vénus :

- Cliquer sur , puis sur  et sur Vénus et Aller vers.

-    Quatrième étape : voyage vers la Terre :

- Cliquer sur , puis sur  et sur Terre et Aller vers.

- Pour la Terre, on peut développer et aller sur quelques satellites de la Terre :

- Cinquième étape : voyage vers Mars :

- Cliquer sur , puis sur  et sur Mars et Aller vers.

- Ici aussi, on peut développer et aller sur Phobos et Démos les deux satellites de Mars.

- Sixième étape : voyage vers Jupiter :

- On peut développer et aller sur les satellites de Jupiter : Amalthée, Io, Europe, Ganymède, Callisto, …

- Septième étape : voyage vers Saturne :

- Huitième étape : voyage vers Uranus :

- Neuvième étape : voyage vers Neptune

4)- Mouvement des différentes planètes dans le référentiel héliocentrique.

- Cliquer sur , puis sur  et sur Soleil et Aller vers.

- Cliquer sur Rendu, puis cocher  Orbites. On obtient la vu suivante :

- S’éloigner du Soleil et maintenir le clic droit et déplacer la souris en arrière pour changer l’orientation et faire apparaître les orbites des différentes planètes.

- Régler de façon à observer les orbites des 4 premières planètes (Mercure, Vénus, Terre et Mars).

- Faire défiler le temps en appuyant 6 fois sur la touche « L » du clavier (facteur 1 000 000).

- Vidéo : mouvement de Mercure, Vénus, Terre et Mars :

Vidéo

- Régler de façon à observer les orbites des 4 dernières planètes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune).

- Faire défiler le temps en appuyant 7 fois sur la touche « L » du clavier (facteur 10 000 000).

- Vidéo : mouvement de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune :

Vidéo