Champ: Soleil Terre Lune

Niveau: **

Temps: 3 heures

Coupe de la maquette

Coupe schématique de la maquette.

Crédit : ASM/Noël Robichon

• 1. Percer le socle en son centre avec une mèche du diamètre de la tige T1. Percer le dessous du socle, sur la profondeur de la tête de la vis T1, avec une mèche de diamètre légèrement inférieur à celui de la tête de la vis T1. Sertir la tige T1 dans le socle en forçant la tête à entrer dans le trou (avec un petit coup de marteau).
• 2. Tordre les pattes P1 et P2 pour leur donner un angle représentant l'inclinaison de l'orbite lunaire (environ 5 degrés). Toutefois, pour des problèmes d'échelle, exagérer cette valeur à environ 15 degrés. Fixer la tige T2 sur la patte P1 et le tout sur la tige T1. Les deux pattes doivent être tordues du même angle pour que la tige T3 soit bien verticale.
• 3. En tordant les pattes, veiller à ne pas les gauchir. Il faut, en effet, que les axes T2 et T3 soient dans un même plan vertical ainsi que les tiges T2 et T4.
• 4. Fixer la tige T5 sur la patte P4.
• 5. Fixer la patte P4 avec la Lune puis la patte P2 sur la tige T2. Fixer la tige T3 sur la patte P2.
• 6. Tordre la patte P3 pour lui donner un angle représentant l'obliquité de l'écliptique (environ 25 degrés). Attention à ne pas la gauchir. Fixer la tige T4 sur la patte P3 puis l'ensemble sur la tige T3.
• 7. Percer de part en part la boule de polystyrène (B1), par exemple avec une pique en bois, en faisant bien attention de passer par le centre de la boule (opération délicate). Passer une tige filetée dans la boule pour agrandir le trou. Passer ensuite une paille de longueur égale au diamètre de la boule (10 cm) dans le trou pour que la boule tourne librement autour de T4.
• 8. Placer l'écrou de butée sur la tige T4 qui retiendra la boule de polystyrène représentant la Terre de manière à ce que le centre de la boule passe par l'axe défini par la tige T3 (c'est-à-dire à 5 cm de l'intersection entre la tige T4 et l'axe T3).
• 9. Régler la hauteur de la patte P3 sur la tige T3 pour que le centre de la Terre soit situé sur l'axe T2 de révolution de la Lune. Si la vis T3 est trop courte, c'est que les angles des pattes P1 et P2 ou P3 sont trop faibles. Il faut alors retordre les pattes à la bonne valeur (15° pour P1 et P2 et 25° pour P3). Placer ensuite une rondelle plate sur l'écrou de butée puis la boule de polystyrène.
• 10. Glisser la perle représentant la Lune (B2) et tordre une extrémité de la tige T5 pour empêcher la perle de glisser. Tordre la tige T5 pour que la Lune orbite dans un plan passant par le centre de la Terre à une distance d'environ 40 centimètres.

Détail de montage à l'étape 6.

Crédit : ASM

Réglage final de la hauteur de la Lune.

Crédit : ASM

Une maquette

Crédit : ASM/Noël Robichon

La maquette est finie et permettra d'illustrer le mécanisme des saisons, des éclipses, la précession des équinoxes, le cycle du Saros...

Poser une lampe à environ un mètre de la maquette et de manière à ce qu'elle soit dans le plan de révolution de la Terre (à la même hauteur). Faire le maximum d'obscurité dans la pièce.

Matérialiser l'orbite de la Terre autour du Soleil par un cercle autour de la lampe et y indiquer la position du point vernal et éventuellement la position des constellations zodiacales. La Terre pourra ainsi être déplacée sur le cercle au cours de son trajet annuel en maintenant l'intersection du plan équatorial et de l'écliptique parallèle à la direction Soleil-point vernal.

Pour étudier la durée des jours au cours de l'année en fonction de la latitude prendre une épingle et un petit morceau de bristol circulaire de quelques centimètres de diamètre que l'on fixera sur la boule de polystyrène représentant la Terre. Le morceau de papier représentera l'horizon à l'endroit où sera plantée l'épingle et l'ombre de l'épingle sur le papier sera comparable à l'ombre d'un gnomon planté dans le sol. On pourra ainsi représenter directement la hauteur et la position du Soleil dans le ciel au cours d'une journée et au cours de l'année. On pourra ainsi vérifier, par exemple, que le Soleil se lève plutôt au nord-est en été et au sud-est en hiver à la latitude de Paris. On pourra également regarder ce qui se passe aux pôles ou à l'équateur.

Matérialisation de l'horizon en un point de la Terre.

Crédit : ASM

Matérialisation de l'horizon en un point de la Terre. L'ombre de l'épingle permet de connaître la direction du Soleil et sa hauteur au dessus de l'horizon.

Crédit : ASM

La différence entre jour sidéral et jour solaire se montre facilement en combinant le mouvement diurne et le mouvement annuel de la Terre. On voit ainsi qu'en un point de la Terre, une étoile se retrouvera au méridien plus rapidement que le Soleil.

En faisant tourner la Lune autour de la Terre, les phases sont clairement visibles. La maquette est utile pour se rendre compte des moments de la journée où l'on peut voir ces différentes phases (toute la nuit pour la pleine Lune, l'après-midi et le début de nuit pour un premier quartier...).

Il y a éclipse lorsque la ligne des noeuds de la Lune (intersection du plan d'orbite de la Lune avec l'écliptique) est alignée avec la direction Terre-Soleil. Il ne peut donc pas y avoir éclipse tout les mois. On vérifiera aisément qu'une éclipse de Soleil ne peut se produire qu'à la nouvelle Lune et qu'une éclipse de Lune ne peut se produire que lors d'une pleine Lune. De même, il est évident avec la maquette qu'une éclipse de Soleil est un phénomène local pour un observateur situé à un endroit privilégié alors qu'une éclipse de Lune est un phénomène global visible de n'importe quel endroit où l'on voit la Lune.

Maquette mise en configuration d'éclipse de Soleil.

Crédit : ASM

Il est également possible d'illustrer la précession des équinoxes en modifiant la position du point γ le long des constellations zodiacales.