La Terre dans l’UniversCours

I

La controverse sur le mouvement de la Terre

Dès l'Antiquité, des théories sur la position et le mouvement de la Terre sont apparues. Le modèle le plus répandu était alors géocentrique et plaçait la Terre au centre de l'Univers. C'est au Moyen Âge que, malgré une forte répression menée par l'Église, le modèle héliocentrique plaçant le Soleil au centre de l'Univers va s'imposer. Il laissera place au modèle actuel selon lequel ni la Terre ni le Soleil ne sont au centre de l'Univers.

A

Le modèle géocentrique

Dès l'Antiquité, des théories sur la position et le mouvement de la Terre sont apparues. Elles placent la Terre au centre de l'Univers et attribuent aux planètes autour de la Terre des trajectoires complexes.

Même si certains savants, comme Ératosthène (astronome, mathématicien et philosophe grec, 276−194 av. J.-C.), avaient compris en observant le ciel que la Terre était en mouvement autour du Soleil, le modèle le plus populaire a longtemps été le géocentrisme.

Un modèle scientifique est une représentation simplifiée, et souvent idéale, de la réalité d'un phénomène permettant d'élaborer une théorie plus ou moins précise adhérant aux observations et de prévoir ce qu'il se passerait dans certaines conditions.

Géocentrisme

Le géocentrisme est un modèle ancien, réfuté aujourd'hui, selon lequel la Terre est immobile au centre de l'Univers. 

Ce modèle a notamment été utilisé par Ptolémée (astronome, mathématicien et géographe romain, 100−168) pour élaborer sa vision du système solaire.

Reproduction du système géocentrique de Ptolémée

Reproduction du système géocentrique de Ptolémée

À l'époque de Ptolémée, les astronomes considéraient que les « planètes » qui tournaient autour de la Terre étaient la Lune, Mercure, Vénus, le Soleil, Mars, Jupiter et Saturne.

Dans le modèle géocentrique, les trajectoires des planètes par rapport à la Terre sont assez complexes.

Épicycles des planètes dans le système géocentrique

Épicycles des planètes dans le système géocentrique

© Wikipédia

Les trajectoires des planètes présentent notamment des portions de courbe où leur mouvement vers la Terre change de sens : les épicycles.

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B

Le modèle héliocentrique

Au Moyen Âge, malgré les pressions et les condamnations de l'Église qui plaçaient l'homme au centre du monde et après de nombreux débats, un autre modèle va pouvoir s'imposer : l'héliocentrisme qui place le Soleil au centre de l'Univers et définit des trajectoires circulaires pour les planètes du système solaire.

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Héliocentrisme

L'héliocentrisme est un modèle dans lequel le Soleil est au centre de l'Univers.

Nicolas Copernic (astronome, mathématicien et médecin polonais, 1453−1543) est le premier à répandre ce modèle, mais seulement parce qu'il le trouve géométriquement plus simple que le modèle géocentrique (en évitant notamment les épicycles).

Système héliocentrique de Copernic

Système héliocentrique de Copernic

Grâce à la lunette astronomique qu'il a conçue, Galilée remarque que quatre petites « lunes » tournent autour de Jupiter, preuve que tous les astres ne gravitent pas autour de la Terre.

Il est alors convaincu que la Terre est une planète comme les autres, qui tourne autour du Soleil, et défend le modèle de Copernic contre l'Église.

Grâce aux données récoltées par l'astronome Tycho Brahe (1546−1601), Johannes Kepler (astronome, mathématicien et philosophe autrichien, 1571−1630) établit une relation entre la durée de révolution des planètes et leur distance au Soleil.

Il découvre aussi que leurs trajectoires ne sont pas des cercles mais des ellipses et que leur vitesse n'est pas constante.

Le système solaire tel qu'il est défini depuis 1846 (année de la découverte de Neptune)

Le système solaire tel qu'il est défini depuis 1846 (année de la découverte de Neptune)

C

Le modèle actuel

Aujourd'hui, on sait que le Soleil n'est pas non plus au centre de l'Univers. C'est l'une des 100 milliards d'étoiles que contient la galaxie de la Voie lactée, elle-même étant seulement l'une des 200 milliards de galaxies de l'Univers connu.

Organisation de l'Univers

Organisation de l'Univers

La controverse sur le mouvement de la Terre est liée au choix du référentiel par l'observateur, car la description du mouvement d'un corps dépend du référentiel dans lequel on l'observe. Le référentiel héliocentrique est plus adapté pour décrire le mouvement des astres dans le système solaire que le référentiel terrestre, utilisé spontanément par les observateurs situés à la surface de la Terre.

II

Le mouvement de la Terre

Dans un référentiel héliocentrique, on peut approximer que la Terre tourne autour du Soleil avec une vitesse uniforme en décrivant un cercle et en tournant autour d'elle-même. Cependant, pour des calculs plus précis, il faudra prendre en compte que la trajectoire réelle de la Terre autour du Soleil est une ellipse.

Dans le référentiel héliocentrique, le mouvement de la Terre est circulaire et uniforme.

En même temps qu'elle tourne autour du Soleil (mouvement de révolution qui dure une année), la Terre tourne sur elle-même autour de son axe des pôles (mouvement de rotation qui dure une journée).

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La trajectoire de la Terre n'est pas un cercle parfait, mais plutôt une ellipse. Sa distance au Soleil n'est donc pas constante et varie entre 147 millions et 152 millions de kilomètres.

Orbite elliptique de la Terre autour du Soleil

Orbite elliptique de la Terre autour du Soleil

III

Le satellite de la Terre : la Lune

Pour étudier le mouvement de la Lune, le référentiel le plus adapté est le référentiel fixe attaché au centre de la Terre : le référentiel géocentrique. On remarque alors que son mouvement est circulaire et uniforme et que la surface de la Lune éclairée par le Soleil dépend de la position de la Lune par rapport à la Terre, on parle des phases de la Lune.

Observé depuis la surface de la Terre, dans le référentiel terrestre, le mouvement de la Lune est assez complexe.

Ceci est dû au mouvement de rotation de la Terre sur elle-même. Pour étudier le mouvement de la Lune, le référentiel le plus adapté est celui qui est fixe par rapport au centre de la Terre : le référentiel géocentrique.

Observé dans le référentiel géocentrique, le mouvement de la Lune est quasiment circulaire et uniforme.

En même temps qu'elle tourne autour de la Terre (mouvement de révolution qui dure un peu plus de 29 jours), la Lune tourne sur elle-même autour de son axe des pôles (mouvement de rotation qui dure un peu plus de 27 jours).

Les durées de ces deux mouvements étant pratiquement égales, la Lune présente toujours la même face à la Terre. On parle de mouvements synchronisés.

Mouvement de la Lune autour de la Terre

Mouvement de la Lune autour de la Terre

Les récents clichés de la première mission chinoise sur la face cachée de la Lune (janvier 2019) ont montré que sa surface présente notablement plus de cratères météoritiques car elle n'est pas « protégée » par la Terre.

Selon la position de la Lune par rapport à la Terre et pour un observateur terrestre, la surface éclairée par le Soleil n'a pas le même aspect, on parle des différentes phases de la Lune.

Les différentes phases de la Lune

Les différentes phases de la Lune