La révolution de la terre

par clea — last modified 2010 Oct 20 15:55

C'est l'observation des mouvements apparents des astres (Soleil, étoiles) qui a permis aux astronomes de comprendre que la Terre tournait autour du Soleil

Les observations

Le Soleil

Au cours de la journée, on voit le Soleil décrire une trajectoire circulaire, plus ou moins haute suivant la date (l'axe de rotation étant toujours le même). La direction du lever et du coucher du Soleil, sa hauteur à midi ainsi que la durée de la journée varient au cours de l'année.

Le mouvement apparent du Soleil au cours de l'année
à la latitude de 47° nord
(les trajectoires observées dépendent de la latitude du lieu) .

Etoiles

Certaines constellations comme la Grande Ourse sont visibles toute l'année. Leur position se modifie en fonction de l'heure et de la date.
D'autres constellations ne sont visibles qu'à certaines dates seulement. Orion est une constellation d'hiver, le Cygne est visible surtout en été.

Planètes

Le mouvement apparent des planètes avec leurs rétrogradations est complexe. La recherche d'un modèle permettant de comprendre et de prévoir leur position joua un rôle important dans le débat sur les mouvements de la Terre.

Un peu d'histoire

Les Grecs pensaient que la Terre était le centre du monde (géocentrisme). En faisant se déplacer le Soleil sur la sphère céleste, ils arrivaient à expliquer de manière assez précise les mouvements observés du Soleil ou des étoiles au cours de l'année.

Au XVIe siècle, Copernic reprend une idée d'Aristarque en plaçant le Soleil au centre du monde (héliocentrisme). Mais il faut attendre Kepler et ses trajectoires elliptiques pour que l'on arrive à un modèle véritablement simple et précis expliquant à la fois les mouvements apparents du Soleil et ceux des planètes.

Un des arguments importants avancés contre le système héliocentrique était que, si la Terre se déplaçait autour du Soleil, on devrait alternativement s'approcher et s'éloigner des constellations donc celles-ci devraient paraître plus grosses à certains moments, ce que l'on n'observait pas. Il faudra attendre 1838 pour observer le déplacement apparent d'une étoile proche au cours de l'année, dû à la révolution de la Terre autour du Soleil.

Mais auparavant, d'autres arguments en faveur de la révolution de la Terre avaient permis de trancher, le principal venant de la gravitation universelle de Newton : le Soleil doit prendre la place centrale dans le système solaire à cause de sa masse.

La révolution de la Terre autour du Soleil

Tout en tournant sur elle-même en un jour, la Terre fait le tour du Soleil en un an, son axe gardant une direction fixe dans l'espace. Pour expliquer les mouvements observés, on peut considérer en première approximation l'orbite de la Terre circulaire. On appelle plan de l'écliptique le plan de son orbite.

Ci-contre, la vue 1 "de haut" ou du nord.

C'est ce que l'on verrait en étant "au-dessus" du plan de l'écliptique (les notions de haut et de bas n'ont pas de sens dans l'espace, on parle ici de haut et de bas en considérant le plan de l'écliptique "horizontal", et le Pôle nord au-dessus).

Les saisons sont indiquées pour l'hémisphère nord.

Ci-dessous, la vue 2 presque "de face".
C'est ce que l'on verrait en étant à peu près dans le plan de l'écliptique.
Le nord est au-dessus.

Sur ce schéma, on peut vérifier que le Soleil est "au-dessus" du plan de l'équateur au printemps et en été. Il est "en dessous" en automne et en hiver. Aux équinoxes, le Soleil est dans le plan de l'équateur.

L'axe de la Terre fait un angle d'environ 23,4° avec la perpendiculaire au plan de l'écliptique.
C'est aussi l'angle que fait le plan de l'équateur avec le plan de l'écliptique.

Voyons comment on peut ainsi expliquer les mouvements observés :

Durée de la journée

Les schémas ci-dessous montrent la Terre le 21 juin et le 21 décembre. Le cercle passant par ABCD est la trajectoire parcourue en une journée par une personne habitant à la latitude de 47° nord (A : midi ; B : coucher du Soleil ; C : minuit ; D : lever du Soleil).

Au solstice d'été (21 juin)

Vue 1 "de haut" Vue 2 "de face" Au solstice d'hiver (21 décembre)

Vue 1 "de haut" Vue 2 "de face"

Ces schémas montrent bien que la journée est plus longue au solstice d'été et plus courte au solstice d'hiver.
Hauteur du Soleil à midi

Le Soleil à midi est au plus haut au solstice d'été (66°) et le plus bas au solstice d'hiver (20°) (hauteurs données pour une latitude de 47°)

Au solstice d'été Au solstice d'hiver

C'est l'inclinaison de l'axe de la Terre sur le plan de son orbite qui est la cause des changements de hauteur du Soleil et des variations de la durée de la journée.
Pour expliquer de manière plus précise les observations (comme la durée inégale des saisons), il faut apporter quelques modifications aux modèles simplifiés présentés ci-dessus. Kepler montra par exemple que l'orbite terrestre était une ellipse. (voir les lois de Kepler)