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Structure du système solaire et de l’Univers

3èmePhysique-ChimieOrganisation de la matière dans l’UniversStructure du système solaire et de l’Univers~7 min de lecture

Structure du système solaire et de l'Univers

La Terre est une petite planète qui tourne autour d'une étoile, le Soleil ; le Soleil n'est qu'une étoile parmi des milliards dans notre galaxie, la Voie lactée, elle-même une galaxie parmi des milliards dans l'Univers, qui est surtout fait de vide.

Objectifs

  • Décrire le système solaire : le Soleil, les planètes, les satellites et les petits corps.
  • Classer les planètes en planètes telluriques et planètes géantes gazeuses.
  • Situer le système solaire dans la Voie lactée et dans l'Univers.
  • Utiliser l'unité astronomique, l'année-lumière et les puissances de 10 pour comparer des distances.

1. Le système solaire

Notions clés

Le système solaire est formé d'une étoile, le Soleil, et de tous les corps qui tournent autour de lui sous l'effet de la gravitation.

  • Une étoile produit sa propre lumière (le Soleil est une boule de gaz très chaude). Le Soleil contient à lui seul environ 99,8 % de la masse du système solaire.
  • Une planète ne produit pas de lumière : elle renvoie celle du Soleil. Il y a 8 planètes.
  • Un satellite naturel tourne autour d'une planète : la Lune est le satellite de la Terre.
  • Les petits corps : planètes naines (comme Pluton), astéroïdes (rochers, nombreux entre Mars et Jupiter dans la ceinture d'astéroïdes) et comètes (boules de glace et de poussière).

Les deux familles de planètes

  • Planètes telluriques (rocheuses, petites, proches du Soleil) : Mercure, Vénus, Terre, Mars.
  • Planètes géantes gazeuses (très grosses, surtout faites de gaz, loin du Soleil) : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.

Place les noms sur le schéma (les distances ne sont pas à l'échelle) :

Schéma simplifié du système solaire avec le Soleil, des planètes sur leurs orbites et la ceinture d'astéroïdes, distances non à l'échelle

La Lune est :

  1. une planète
  2. un satellite naturel de la Terre
  3. une étoile
  4. une comète
La Lune tourne autour de la Terre et ne produit pas de lumière : c'est un satellite naturel. Elle brille parce qu'elle renvoie la lumière du Soleil.

2. Mesurer les distances dans l'espace

Notions clés

  • L'unité astronomique (ua) est la distance moyenne Terre–Soleil : \(1\ \mathrm{ua} \approx 150\) millions de km \(= 1{,}5 \times 10^{8}\ \mathrm{km}\). On l'utilise dans le système solaire.
  • L'année-lumière (al) est la distance parcourue par la lumière en une année. La lumière va à environ \(300\,000\ \mathrm{km/s}\) dans le vide. On l'utilise pour les étoiles et les galaxies.

Exemple résolu 1 : la valeur de l'année-lumière

Nombre de secondes dans une année : \(365{,}25 \times 24 \times 3\,600 \approx 3{,}16 \times 10^{7}\ \mathrm{s}\).
Distance = vitesse × durée : \(d = 3 \times 10^{5}\ \mathrm{km/s} \times 3{,}16 \times 10^{7}\ \mathrm{s}\).
\(d \approx 9{,}5 \times 10^{12}\ \mathrm{km}\) : une année-lumière vaut environ 9 500 milliards de kilomètres.

Exemple résolu 2 : la lumière du Soleil

Combien de temps met la lumière du Soleil pour arriver jusqu'à nous ? Cherche d'abord avec \(d = 1{,}5 \times 10^{8}\ \mathrm{km}\) et \(v = 3 \times 10^{5}\ \mathrm{km/s}\).

Voir la solution \[t = \frac{d}{v} = \frac{1{,}5 \times 10^{8}}{3 \times 10^{5}} = 500\ \mathrm{s}\]

Soit 8 minutes et 20 secondes. Quand tu regardes le Soleil se coucher sur la plage de Lomé, tu le vois tel qu'il était il y a plus de 8 minutes.

L'étoile la plus proche du Soleil, Proxima du Centaure, est à environ 4,2 années-lumière. Cela signifie que :

  1. il faut 4,2 ans pour y aller en fusée
  2. elle est née il y a 4,2 ans
  3. sa lumière met environ 4,2 ans pour nous parvenir
Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an : la lumière de Proxima voyage donc environ 4,2 ans. Une fusée actuelle mettrait des milliers d'années.

3. Notre place dans l'Univers

Notions clés

  • Le Soleil est une étoile parmi plus de 100 milliards d'étoiles de notre galaxie, la Voie lactée (la bande blanchâtre visible les nuits sans lune).
  • Une galaxie est un immense ensemble d'étoiles, de gaz et de poussières, lié par la gravitation.
  • Les galaxies se regroupent en amas de galaxies. L'Univers observable contient des milliards de galaxies.
flowchart LR
A[Terre] --> B[Système solaire]
B --> C[Voie lactée]
C --> D[Amas de galaxies]
D --> E[Univers]

Exemple résolu 3 : le système solaire en maquette

On représente le Soleil (diamètre réel environ \(1{,}4 \times 10^{6}\ \mathrm{km}\)) par un ballon de football de 22 cm. La Terre a un diamètre d'environ \(12\,700\ \mathrm{km}\) et se trouve à \(1{,}5 \times 10^{8}\ \mathrm{km}\) du Soleil. Quelle taille et quelle distance dans la maquette ?

Rapport entre le Soleil et la Terre : \(\dfrac{1{,}4 \times 10^{6}}{12\,700} \approx 110\). La Terre est environ 110 fois plus petite : \(\dfrac{22\ \mathrm{cm}}{110} = 0{,}2\ \mathrm{cm} = 2\ \mathrm{mm}\), un grain de mil.
Rapport entre la distance Terre–Soleil et le diamètre du Soleil : \(\dfrac{1{,}5 \times 10^{8}}{1{,}4 \times 10^{6}} \approx 107\).
Distance dans la maquette : \(107 \times 22\ \mathrm{cm} \approx 2\,350\ \mathrm{cm}\), soit environ 24 m.
Conclusion : un grain de mil à 24 m d'un ballon, et presque rien entre les deux. Le système solaire est surtout fait de vide.

Quel classement va du plus petit au plus grand ?

  1. Terre, système solaire, Voie lactée, Univers
  2. Système solaire, Terre, Univers, Voie lactée
  3. Voie lactée, système solaire, Terre, Univers
La Terre fait partie du système solaire, qui est dans la Voie lactée, qui n'est qu'une galaxie parmi des milliards dans l'Univers.

4. Quelques grandes découvertes

  1. 1543Copernic propose que la Terre et les planètes tournent autour du Soleil.
  2. 1610Galilée observe à la lunette quatre satellites de Jupiter.
  3. 1781Découverte d'Uranus par William Herschel.
  4. 1846Découverte de Neptune, dont la position avait été prédite par le calcul.
  5. 1969Premiers pas d'êtres humains sur la Lune (mission Apollo 11).
  6. 2006Pluton est reclassée « planète naine » : le système solaire compte 8 planètes.

Erreurs fréquentes

  • Dire que le Soleil est une planète : c'est une étoile, il produit sa lumière.
  • Croire que la Lune produit sa propre lumière.
  • Prendre l'année-lumière pour une durée.
  • Confondre système solaire et galaxie : la Voie lactée contient des milliards d'étoiles, le système solaire n'en a qu'une.
  • Compter encore Pluton parmi les planètes.

Récapitulatif

  • Système solaire : le Soleil, 8 planètes (4 telluriques, 4 géantes gazeuses), leurs satellites et des petits corps.
  • La gravitation maintient les planètes en orbite autour du Soleil.
  • Unités : 1 ua ≈ \(1{,}5 \times 10^{8}\ \mathrm{km}\) ; 1 al ≈ \(9{,}5 \times 10^{12}\ \mathrm{km}\).
  • Terre, système solaire, Voie lactée, amas de galaxies, Univers : une structure lacunaire, surtout faite de vide.
Étoile
Astre qui produit sa propre lumière, comme le Soleil.
Planète
Astre qui tourne autour d'une étoile et renvoie sa lumière ; 8 dans le système solaire.
Satellite naturel
Astre qui tourne autour d'une planète, comme la Lune autour de la Terre.
Galaxie
Ensemble immense d'étoiles, de gaz et de poussières ; la nôtre est la Voie lactée.
Année-lumière
Distance parcourue par la lumière en un an, environ 9 500 milliards de km.
Structure lacunaire
La matière est concentrée en petits îlots séparés par beaucoup de vide.

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