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De la course du Soleil aux cadrans solaires

Activités pour chercher

1. Pourquoi vend-on les globes terrestres « inclinés » sur leur socle ? Est-ce la même inclinaison dans tous les pays du monde ?

2. Pour chacune des quatre positions de la Terre à la figure 1, imaginez les parties éclairées par le Soleil et les parties non éclairées.

Fig. 1

3. Sur la même figure 1, indiquez approximativement où se situe la Terre le 21 août, le 21 mars et au printemps.

Mise en scène : La danse du Soleil et de la Terre (activité à deux personnes)

4. a) L’un (S) tient le Soleil (une boule), un autre (T) tient la Terre (avec axe) et la promène autour du Soleil en nommant les saisons.

b) On change de point de vue. T est fixe. Comment doit « bouger » le soleil pour que, des deux points de vues, celui de T et de S, cela semble se passer comme quand le Soleil est fixe ? Mêmes questions mais avec les balles sur un plan horizontal (plaque). Réalisez un schéma des mouvements.

c) Redressez le plan pour positionner verticalement l’axe de rotation de la Terre. Décrivez le mouvement apparent du Soleil sur l’année en considérant la Terre comme fixe (bien qu’en rotation sur elle-même). Réalisez un schéma des mouvements.

d) Tracez la trajectoire apparente du Soleil en un an sur la sphère céleste des étoiles fixes (figure 2) en y indiquant les quatre jours particuliers.

Fig. 2

5. Déterminez, sur les figures 3 et 4, la trajectoire du Soleil le 21 juin sur la sphère céleste, si la Terre est considérée comme fixe et immobile. Sur la figure 4, situez approximativement le lever et le coucher du Soleil à cette date.

Fig. 3

Fig. 4

6. Quelle est la hauteur maximale des rayons solaires au-dessus de l’horizon ce jour-là ?

7. Reprenez les questions 5 et 6 pour le 21 décembre.

8. La Terre fait un tour complet sur elle-même en un jour. Mais que signifie « faire un tour complet » ?

Dépassement

9. Je regarde le ciel à minuit le 1er juillet. Je repère une étoile pile au sud. Je regarde le ciel à minuit le 1er août, mais je vois la même étoile plus à l’ouest. Pourquoi ?

10. Même contexte que la question 9. A quelle heure aurais-je dû regarder le ciel pour voir cette étoile pile au sud ?

11. Comment peut-on déduire de l’observation du ciel le sens de révolution de la Terre autour du Soleil ?

12. Calculez le lieu du lever du Soleil à notre latitude le 21 juin et le 21 décembre.

13. Calculez la longueur du jour pour ces deux dates-là.

 

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Activités pour structurer

1. Complétez la figure 5 en y indiquant les équinoxes et les solstices, ainsi que les saisons dans notre hémisphère.

La Terre tourne sur un cercle (c’est un modèle) autour du Soleil. Elle accomplit un tour en un an. Cette révolution se fait dans un plan appelé plan de l’écliptique. La direction de l’axe de révolution de la Terre (parfois appelée la verticale de l’écliptique) fait avec celle de son axe de rotation un angle de 23,44°.

Fig. 5

2. Même consigne pour la figure 6, où la Terre est au centre (mais en rotation) et l’axe des pôles vertical.

Fig. 6

Complétez la figure 6 en traçant la sphère céleste, incluant la course du Soleil. Placez-y l’étoile polaire et l’équateur céleste.

3. Sur la figure 7 où la Terre est au centre mais en rotation, tracez le trajet du Soleil sur une année.

Fig. 7

4. Sur la figure 8 où la Terre est considérée comme fixe, ébauchez le mouvement du Soleil sur une année.

Fig. 8

5. Sur la figure 9 représentant notre ciel, tracez la trajectoire apparente du Soleil aux équinoxes et aux solstices.

Fig. 9

Travail en 3D sur demi-sphère transparente

6. Sur une demi-sphère transparente représentant la sphère céleste (avec les étoiles en mouvement), tracez la trajectoire apparente du Soleil aux équinoxes et aux solstices.

7. Expliquez les saisons en utilisant le modèle qui vous convient. Pourquoi fait-il plus chaud en été ?

8. Il existe une différence entre le jour sidéral et le jour solaire. Laquelle ? Pourquoi cette différence ?

Mouvement apparent du Soleil sur une année sur la sphère des étoiles fixes.
Dans ce modèle, la Terre est considérée comme fixe, mais tourne sur elle-même. Les étoiles sont fixes. Le Soleil parcourt la courbe de l’écliptique en un an.

Fig. 10

Mouvement apparent du Soleil sur une année et une journée.
Dans ce modèle, la Terre est considérée comme fixe et immobile. Les étoiles tournent autour de l’axe des Pôles. Le Soleil aussi, mais en plus parcourt la courbe de l’écliptique en un an. Celle-ci est « accrochée » à la sphère des étoiles, mais semble tourner autour de l’axe des Pôles.

Fig. 11

Fig. 12

 

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Activités pour appliquer

1. Une amie vit en Australie. Elle est très contente car elle vient d’acquérir une maison avec terrasse située plein Nord. C’est un peu spécial, non ?

2. Où le Soleil monte-t-il le plus haut dans le ciel : au pôle Nord le 21 juin ou à La Marlagne le 21 décembre ?

3. Quelles sont les régions de la Terre où le Soleil passe au zénith ?

4. Quelles sont les régions de la Terre qui connaissent le Soleil de minuit ?

5. Dans quelles régions le Soleil se lève-t-il à l’ouest ?

6. Y a-t-il des régions où le Soleil passe parfois au nord à midi, parfois au sud ?

Dépassement

7. Quelle partie du ciel (du globe céleste) un habitant d’une ville située à 50° de latitude Nord voit-il à minuit (solaire) le 21 mars ? Et le 21 décembre ? Et le 21 août ? Représentez la situation en utilisant le modèle qui vous convient. Vérifiez sur la carte du ciel.

8. A quoi ressemble la course du Soleil dans le ciel pour un observateur de l’île Campbell en Nouvelle Zélande (latitude 50° Sud, longitude 166° Est) ?

9. Quelle partie du ciel (du globe céleste) un habitant de Libreville (Gabon) voit-il à minuit (solaire) le 21 mars ? Et le 21 décembre ? Représentez la situation en utilisant le modèle qui vous convient.

10. Calculez le lieu des lever et coucher du Soleil d’une ville située à 50° de latitude Nord pour plusieurs moments de l’année.

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