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Éducateurs
Module1
Introduction au ciel diurne et au ciel nocturne - Contenu
Module 1 : Introduction au ciel diurne et au ciel nocturne
88 constellations différentes Plan des leçons
Applets interactifs
» La sphère céleste » Le mouvement circumpolaire » Les constellations estivales
» Les constellations hivernales
Module 2 : Le Soleil et les étoiles
Module 3 : La Terre et la Lune
Module 4 : Les planètes
Module 5 : Les comètes, les météores et les astéroïdes
Module 6 : La Voie lactée et au-delà
Module 7 : Les astronomes et leurs outils
Information générale
Information pour les professeurs et les parents
Résultats du programme pancanadien
Tableau du programme pancanadien
Plans des leçons
À propos des applets
Glossaire d'astronomie
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Information de recherche
Introduction au ciel
Le jour et la nuit
La sphère céleste
La rotation de la Terre
Le cadran solaire
Le mouvement relatif
Les constellations, figures célestes
Les civilisations anciennes et le ciel nocturne
L'écliptique et le zodiaque
1. Introduction au ciel
Le ciel captive les peuples depuis des milliers d'années. Le Soleil, par sa luminosité, domine le ciel diurne en marquant le début et la fin de la journée par des levers et des couchers d'une grande splendeur. Avec la disparition du Soleil, toutefois, le ciel nocturne devient un tableau vivant. La Lune est l'astre le pluslumineux et le plus facilement reconnaissable dans la nuit, et c'est le corps céleste situé le plus près de la Terre. À la pleine lune, les
étoiles sont moins brillantes, mais un ciel sans lune dévoile des milliers d'étoiles. À partir d'un lieu sombre, loin des lumières de la ville, il est possible d'apercevoir 3000 étoiles (comparativement à quelques centaines en ville). En plus de la Lune et des étoiles, quelques
planètes sont clairement visibles dans notre ciel. Parce qu'elles sont beaucoup plus loin que la Lune, les planètes apparaissent comme des points lumineux, à l'instar des étoiles lointaines. Après le Soleil et la Lune, Vénus est l'objet le plus brillant dans le ciel et est visible juste avant le lever et après le coucher du Soleil; elle ressemble à une étoile, très bas dans le ciel. Mars, Jupiter et Saturne sont aussi facilement visibles à l'œil nu (sans télescope). Mercure l'est aussi, bien qu'elle soit plus difficile à situer. Il existe de nombreux corps célestes dans le ciel nocturne qui se trouvent à des distances vertigineuses et qui sont trop faibles pour être vus sans jumelles ou
télescope. Le télescope révèle l'incroyable Univers que nous ne pouvons soupçonner en observant le ciel dans notre cour. Il existe des milliards d'étoiles, de petits astéroïdes, des boules de neige sale (comètes), des gaz qui brillent grâce à la lumière dégagée par les étoiles voisines (nébuleuses), de même que des milliards de galaxies. Il est impossible de s'imaginer les trésors que recèle le ciel nocturne du fait de leur éloignement et de la faible luminosité.
2. Le jour et la nuit
À cause du Soleil, le ciel de jour est complètement différent du ciel de nuit. Durant le jour, la brillance du Soleil inonde le ciel et fait disparaître la lumière provenant d'autres corps célestes. La lumière du Soleil a une couleur blanche jaunâtre, mais couvre l'ensemble du spectre. Notre
atmosphère réfracte la composante bleue de la lumière du Soleil vers la surface, mais reflète les autres couleurs vers l'espace. C'est pourquoi le ciel diurne apparaît bleu. Par contraste, le ciel nocturne est privé de la lumière du Soleil. Par conséquent, il fait noir, ce qui permet aux milliers d'étoiles de scintiller dans notre ciel. Les étoiles sont toujours présentes durant la journée (les plus brillantes sont visibles à l'aide d'un télescope), mais ne peuvent être vues, car le Soleil leur fait concurrence.
3. La sphère céleste
Les étoiles dans notre ciel nocturne sont demeurées inchangées depuis de nombreuses années. Bien qu'elles aient leur propre mouvement dans l'espace, elles sont si éloignées que nous ne pouvons le détecter, à moins de les observer pendant beaucoup d'années. Leur position l'une par rapport à l'autre ne changera pas de façon notable durant notre vie. Les configurations que nous voyons de nos jours ne sont pas différentes de celles que nos ancêtres apercevaient lorsqu'ils observaient le ciel. Les premiers astronomes croyaient que les étoiles étaient fixes dans une sphère céleste entourant la Terre. Nous savons aujourd'hui que cela est faux (l'Univers est tridimensionnel et les étoiles sont situées à diverses distances de la Terre), mais cette conception nous permet de mieux visualiser et comprendre notre ciel nocturne. Avec cette représentation, les étoiles ne bougent pas l'une par rapport à l'autre, mais elles se déplacent dans notre ciel nocturne en raison du
mouvement diurne, en l'occurrence, la rotation de la Terre sur son axe. Du fait de la rotation de la Terre dans la sphère céleste, les étoiles se lèvent à l'est et traversent notre ciel d'est en ouest. Les astronomes utilisent un système de coordonnées semblable à celui de la Terre pour la sphère céleste. L'ascension droite est le pendant de la latitude, tandis que la déclinaison équivaut à la longitude terrestre. L'ascension droite est divisée en 24 heures, comprenant des minutes et des secondes. Bien qu'il ne s'agisse pas d'une mesure temporelle, l'ascension droite est liée au temps, car la rotation dans le ciel s'effectue en 24 heures. La déclinaison se mesure en degrés, comme sur la Terre, mais on parle de valeur négative ou positive, plutôt que du nord ou du sud.
Les étoiles semblent faire le tour du
pôle céleste nordique, qui se trouve près de l'étoile Polaire (appelée aussi étoile du Nord). De la même façon que le pôle Nord terrestre est fixe pendant que la Terre effectue une rotation, le pôle Nord céleste l'est également. On peut facilement distinguer ce phénomène avec les photographies intermittentes du ciel nocturne prises sur une période de quelques heures; les étoiles laissent en effet des traces qui font le tour de l'étoile Polaire. Ce mouvement peut être vu simplement en regardant une étoile reconnaissable ou proéminente tôt dans la soirée. Après quelques heures, on peut voir comment la position de l'étoile a changé dans le ciel. Plus on s'éloigne de l'équateur vers le nord, plus haute nous apparaît l'étoile du Nord. Au pôle Nord, l'étoile Polaire est située directement au-dessus de la tête, au zénith. Plus la position apparente du pôle Nord céleste semble s'élever dans le ciel du fait d'une plus grande latitude sur la Terre, plus le ciel devient circumpolaire. Les étoiles circumpolaires sont celles qui ne descendent jamais sous l'horizon durant une année.
Télécharger l'applet Flash
La sphère céleste (format SWF, 87 ko)
Le mouvement circumpolaire (format SWF, 53 ko)
4. La rotation de la Terre
Les changements nocturnes dans le ciel sont occasionnés par la rotation de la Terre, qui est elle-même simultanément en orbite autour du Soleil. De ce fait, chaque fois que la Terre termine une rotation sur son axe (par rapport à la sphère céleste), elle a légèrement avancé sur sa trajectoire autour du Soleil. Lorsque le Soleil revient au même endroit dans le ciel, la rotation que nous aurons effectuée sera légèrement supérieure à une rotation par rapport à la sphère céleste, de sorte que les étoiles sembleront s'être déplacées. La même étoile se lèvera quatre minutes plus tôt chaque soir, et durant une année, le Soleil semblera s'être déplacé par rapport aux étoiles situées en arrière-plan. À cause de la progression du Soleil en fonction des étoiles, certaines étoiles ne seront visibles qu'à certaines périodes de l'année. Nous pouvons imaginer qu'à n'importe quel moment dans l'année, la moitié des étoiles dans la sphère céleste sont visibles, tandis que l'autre moitié se trouvent dans notre champ de vision durant la journée. Une étoile qui est dans la moitié visible du ciel sera dans l'autre moitié du ciel dans six mois, car la Terre se trouve de l'autre côté du Soleil.Télécharger l'applet Flash
5. Le cadran solaire
La façon la plus facile de détecter la rotation de la Terre consiste à observer la trajectoire du Soleil dans le ciel durant un jour entier. C'est de cette manière précisément que les anciens ont découvert qu'en repérant le Soleil dans le ciel, ils pouvaient décoder l'heure du jour. Pour ce faire, ils ont inventé le cadran solaire. Ce dispositif est composé d'un gnomon tenu à la verticale, sur une base hémisphérale. En alignant le cadran solaire avec l'axe de rotation de la Terre, la progression du Soleil dans le ciel crée une ombre qui correspond à l'heure du jour. Le plus gros cadran solaire au Canada est situé à Lloydminster, en Alberta, et a une largeur de plus de 60 mètres. Le plus gros cadran solaire du monde*, quant à lui, a été construit vers 1724 à Jaipur, en Inde; il s'élève à plus de trente mètres et occupe près d'un acre de terrain. Les astronomes allèguent que le cadran solaire de Jaipur est précis à quelques fractions de seconde près. Au-dessus du gnomon, il y a un observatoire.
*Tiré de encyclopedia.com
Quelques-uns des plus gros cadrans solaires
Bud Miller All Seasons Park, City of Lloydminster
Image courtesy of Alan Levy
6. Le mouvement relatif
Les étoiles ne changent pas de position l'une par rapport à l'autre, car elles sont très éloignées de la Terre. Par contre, la Lune et les planètes sont relativement près et sont en mouvement constant dans leurs orbites respectives, en l'occurrence la Terre et le Soleil. Par conséquent, leur emplacement dans le ciel varie sur une base nocturne et annuelle. La Lune se lève environ une heure plus tard chaque jour pour recommencer son cycle environ 27,3 jours plus tard. Elle se lève ainsi une heure plus tard chaque jour, car sa progression dans le ciel modifie son emplacement par rapport au Soleil (ce phénomène est expliqué plus en détail dans le module 3). La position des planètes dans notre ciel varie également de jour en jour et d'année en année. Un planète peut n'être visible que durant l'été pendant une année donnée, alors qu'elle n'était visible qu'en hiver les années auparavant. L'orbite des planètes, combinée à notre propre orbite autour du Soleil, fait qu leur position dans notre ciel varie constamment.Télécharger l'applet Flash
7. Les constellations, figures célestes
Lorsque l'on observe le ciel, on discerne des figures que l'on appelle constellations. Selon les cultures, on a vu différentes formes et raconté diverses histoires à propos de leur origine. Les Grecs de l'Antiquité ont représenté les constellations telles que nous les voyons aujourd'hui, et nous utilisons encore leur nom latin. En regardant dans le ciel nocturne, il peut être très difficile de discerner une constellation. En effet, le ciel ressemble à un casse-tête pêle-mêle fait de centaines de points lumineux, et la plupart des constellations ne ressemblent presque pas à leur définition. De plus, les lignes imaginaires que l'on dessine pour joindre les étoiles (appelées astérismes) diffèrent souvent d'une source à une autre. Les constellations les plus évidentes et les plus faciles à reconnaître au Canada sont le Grand chariot (astérisme au sein de la constellation de la Grande Ourse) et Orion. Pour repérer d'autres étoiles ou constellations, nous pouvons utiliser une étoile-repère. Le meilleur exemple consiste à se servir des deux étoiles situées à droite du Grand chariot pour pointer vers l'étoile Polaire, l'étoile du Nord. Outre les quelques constellations faciles à repérer, il en existe plusieurs autres qui sont pratiquement impossibles à identifier. En 1930, les astronomes ont divisé le ciel en 88 constellations, officiellement reconnues aujourd'hui. Au Canada, il n'est toutefois pas possible de les observer toutes, car nous n'apercevons jamais les étoiles qui se trouvent dans la sphère céleste méridionale; la Terre bloque littéralement notre vue du ciel méridional. Les étoiles visibles dans l'hémisphère Sud ne sont pas les mêmes que celles que l'on voit dans l'hémisphère Nord, car les deux hémisphères font face à divers endroits dans la sphère céleste. Les anciennes civilisations qui ont été les premières à nommer les constellations vivaient dans l'hémisphère Nord et ne pouvaient pas voir le ciel du sud. Les constellations dans cette portion du ciel n'ont donc pas été découvertes et nommées avant que les explorateurs européens ne voyagent dans les régions de cet hémisphère. Alors que les constellations du nord tirent leur origine de la mythologie, les constellations du sud ont été nommées au cours du XVIIe et du XVIIIe siècle en fonction d'importantes découvertes que l'on a fait durant cette période. C'est ce qui explique pourquoi les constellations du sud n'ont pas l'attrait de celles du nord; par exemple Antlia, la machine pneumatique, ou Caelum, le burin. Les 88 constellations peuvent être détectées à l'aide d'atlas du ciel qui indiquent la position de nombreuses étoiles et les divisions entre les constellations. Les cartes du ciel peuvent être très simples et ne montrer que les étoiles les plus brillantes, ou être plus détaillées et indiquer de petites parties du ciel avec la position de milliers d'étoiles. Il existe également beaucoup de programmes informatiques avec lesquels on peut retracer la position de millions d'étoiles. Les étoiles, et les configurations qu'elles créent, peuvent être d'une grande complexité, mais muni d'un bon atlas et d'un peu de patience, il n'est pas difficile d'identifier de nombreuses constellations.
Montre-moi les constellations hivernales (format SWF, 57 ko)
Montre-moi les constellations estivales (format SWF, 57 ko)
Télécharger le tableau des constellations
88 constellations différentes
8. Les civilisations anciennes et le ciel nocturne
Les étoiles et les figures qu'elles forment exercent une grande fascination et nous permettent de nous orienter. Elles permettent de s'orienter dans l'exploration du ciel et de trouver l'emplacement de certains corps (l'étoile Betelgeuse se trouve dans la constellation Orion). De nos jours, les constellations ont peu d'importance pour nous, contrairement à nos ancêtres pour qui la compréhension des configurations du ciel était une condition essentielle à la vie. Les étoiles (particulièrement l'étoile du Nord) permettaient aux explorateurs de naviguer. Les calendriers étaient établis en fonction du mouvement des étoiles et jouaient un rôle essentiel dans la production agricole.
Dans l'ancienne Égypte, l'arrivée de l'étoile Sirius annonçait le débordement annuel du Nil. Les constellations aussi avaient une grande importance, car elles témoignaient d'histoires anciennes prépondérantes. Les Grecs entretenaient des histoires de dieux mythologiques, de héros et de créatures, et croyaient que les héros et les créatures prenaient place dans les cieux lorsqu'ils périssaient. Les deux héros grecs les plus connus que l'on voit représentés dans le ciel sont Orion, le chasseur, et Hercule, le guerrier.
9. L'écliptique et le zodiaque
Comme nous l'avons déjà expliqué, l'orbite de la Terre fait que le Soleil suit une ligne droite dans le ciel. Cette trajectoire que décrit le Soleil dans la sphère céleste s'appelle l'écliptique. Puisque les corps dans le système solaire gravitent autour du Soleil sur le même plan horizontal, ils ne dévient jamais loin de cette ligne imaginaire. Anciennement, l'écliptique était un élément essentiel à l'astronomie et constituait la base de l'origine du zodiaque. Le zodiaque est le terme collectif désignant les 12 constellations par lesquelles passe l'écliptique. En réalité, le Soleil traverse 13 constellations, mais on pense que l'on n'en a retenu que 12 en raison des 12 mois de l'année. Le zodiaque revêtait la plus haute importance pour les anciens astronomes, car le Soleil, la Lune et les planètes passaient par le zodiaque, et le désir d'en savoir davantage sur notre système solaire était la pierre angulaire de la compréhension de notre place dans l'Univers. Parce que nous avons une grande connaissance du système solaire aujourd'hui, les constellations du zodiaque sont plus connues de nos jours du fait de l'astrologie et de l'horoscope. Bien qu'elle ne soit pas une science, l'astrologie a contribué à l'avancement de l'astronomie, car les astrologues ont consigné beaucoup de données sur le ciel nocturne. Les astrologues n'observent plus le ciel comme jadis ils le faisaient; cette activité est dorénavant scientifique et laissée aux soins des astronomes.
10. Résumé
La propre rotation de la Terre, combinée à son orbite autour du Soleil, nous permet de voir de magnifiques changements dans notre ciel sur une base quotidienne et annuelle. Le ciel de jour est dominé par le Soleil, mais le ciel nocturne, en l'absence du Soleil, nous dévoile la Lune, les planètes et des milliers d'étoiles. Les planètes sont en constante évolution par rapport aux étoiles, et leur emplacement dans le ciel dévie continuellement le long de l'écliptique. Les étoiles semblent aussi se déplacer d'est en ouest dans notre ciel durant la nuit et à mesure que la Terre avance sur l'orbite solaire, nous découvrons de nouvelles étoiles tout au long de l'année. Les configurations que l'on voit dans le ciel sont le fruit de l'imagination de populations anciennes pour qui les constellations revêtaient une importance beaucoup plus grande qu'aujourd'hui. Les constellations par lesquelles passe le Soleil étaient particulièrement prisées, d'où la grande connaissance du zodiaque. Les dessins formés par les étoiles peuvent être difficiles à déceler, mais ils suscitent l'intérêt et nous permettent de nous familiariser avec le ciel. Le ciel nocturne évolue sans cesse; la constellation d'Orion n'est visible que durant les mois d'hiver, tandis que Scorpion ne l'est qu'en été. Avec toute cette diversité céleste, il n'est pas étonnant que l'astronomie représente un superbe défi... qui peut aussi devenir une grande passion.
Milieu scientifique
Musées, Centres de sciences et Villes