Système solaire : force centrifuge et saisons

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Système solaire : force centrifuge et saisons

Bonsoir,

Je vous écris pour 3 questions en lien avec l'espace ou le système solaire.

1) La Terre est confrontée à 2 forces (gravité et centrifuge), c'est d'ailleurs ces 2 forces qui font que la Terre ne s'écarte pas de son orbite révolutionnaire autour du soleil. Si la Terre accélère (elle tourne sur elle-même en 16h à la place de 24h, c'est la force centrifuge qui l'emporterait et est-ce que la planète bleue finirait par sortir de son orbite révolutionnaire et irait dans l'espace ?

2) Même condition que la première question, mais cette fois-ci la Terre décélère, elle se dirigerait vers le soleil ou Jupiter (la plus grosse planète du système solaire)(force de gravité qui l'emporte) ?

3) Selon l'orbite révolutionnaire annuelle de la Terre autour du soleil, la Terre passe assez proche du soleil pendant l'hiver dans l'hémisphère nord, et pourtant il fait froid en hiver, comment expliquer ce paradoxe : on est plus proche du soleil et il fait froid ?

Mes meilleurs messages, au plaisir de vous lire.

SV

Je ne réponds que sur le point 3 : dans l'hémisphère sud, c'est l'été quand nous sommes en hiver, et réciproquement. Ce qui compte, c'est la forte différence d'inclinaison des rayons du soleil, et non pas la différence relativement faible de distance au soleil.

Pierre Chavel, CNRS / Institut d'Optique - Graduate School

Bonjour
vous confondez les deux "rotations" de la Terre : celle sur elle-même en 24h, et celle autour du Soleil. La rotation diurne (en 24h) n'influence en rien la rotation ("révolution") autour du Soleil, elle pourrait tourner plus vite, moins vite, ou dans l'autre sens comme Vénus, ça ne changerait rien à son orbite. En revanche si par un moyen ou par un autre (des fusées extrêmement puissantes par exemple) on l'accélérait, ou on la décélérait, sur son orbite, effectivement l'orbite deviendrait plus elliptique en s'éloignant plus à l'apogée dans un cas, et en se rapprochant au périgée dans l'autre cas.

Sur votre deuxième question : les saisons ne sont pas principalement dues à la distance Terre Soleil (sinon les deux hémisphères auraient leur été et leur hiver au même moment ! ). Elles sont dues à l'inclinaison de l'axe par rapport à la perpendiculaire au plan de l'orbite : l'axe de rotation fait un angle d'environ 23,5 ° par rapport à cette perpendiculaire. A certains endroits de l'orbite (donc à une période de l'année), l'axe pointe vers le Soleil dans l'hémisphère Nord, et s'éloigne du Soleil dans l'hémisphère Sud. A d'autres, c'est le contraire. On peut voir géométriquement que quand l'axe pointe vers le Soleil dans un des hémisphères, cela a deux conséquences :
a) le jour dure plus longtemps que la nuit
b) le Soleil est plus haut dans le ciel.

ces deux effets font qu'il fait bien plus chaud, c'est l'été. Dans la période opposée, c'est l'inverse, et c'est l'hiver. La distance intervient peu dans le bilan de chauffage, néanmoins elle module un peu la rigueur des saisons. La Terre étant effectivement un peu plus près du Soleil quand c'est l"hiver dans l'hémisphère Nord, et un peu plus loin quand c'est l'été, le contraste des saisons tend à etre moins fort au Nord qu'au Sud.

Bonjour,

Pour répondre à vos interrogations 1 et 2 : la vitesse de rotation de la terre sur elle-même n'a pas d'impact sur sa révolution autour du soleil.
La force centrifuge qui la maintient en orbite est celle liée à la rotation en un an autour du soleil. Si elle ralentit (et je crois bien que c'est le cas, mais de façon infime), elle tombera vers le soleil.

Pour la question 3 : les saisons n'ont que très peu à voir avec la distance au soleil (d'ailleurs, dans l'hémisphère sud, elles sont inversées). S'il fait plus froid, c'est parce que l'angle d'incidence des rayons du soleil fait qu'ils doivent traverser une couche d'atmosphère plus épaisse, et donc ils sont largement filtrés : c'est comme ça qu'on a une chaleur de plomb sous les tropiques quand le soleil est au zénith, et des températures qui restent glaciales aux pôles, même en été lorsque le soleil brille 24h/24. Le soleil reste très bas sur l'horizon et les rayons qui arrivent au sol sont très filtrés par l'atmosphère.
C'est une première approximation des saisons, pour affiner les choses en climatologie, ça devient beaucoup plus complexe dépasserait vite mes petites connaissances!

Bonjour,

Permettez-moi de répondre en 3 points

1- Tout d'abord, la Terre ne tombe effectivement pas sur le soleil car elle file à environ 30km/s (soit 108 000 km/h) sur son orbite : ce n'est donc pas la période de rotation qu'il faut utiliser dans cette comparaison (un tour sur soi en 24h) mais la période de révolution (un tour d'orbite en 365,25j)

2- L'énergie totale de la planète en mouvement se compose d'une portion d'énergie cinétique et d'une portion d'énergie gravitationnelle (énergie potentielle). Les deux se compensant, si on éloigne la planète de son étoile (elle perd de l'énergie potentielle) alors elle ira moins vite sur son orbite ; inversement, si on la rapproche elle ira plus vite.

2b- (je triche un peu sur le nombre de points, veuillez m'en excuser) Accélerer ou ralentir brusquement ne va pas instantanément changer l'altitude. En réalité cela va modifier l'excentricité de l'orbite, la rendre moins circulaire. Une accélération suffisante pourra libérer la planète de l'attraction de son étoile (l'orbite devient hyperbolique), alors qu'une décélération fulgurante finira par laisser l'orbite croiser la surface de l'étoile. (la Terre ne pourrait percuter Jupiter que si elle accélérait suffisamment pour que sa nouvelle orbite croise l'orbite de celui-ci, la masse jovienne étant 1000 fois moindre que la masse solaire)

3- L'idée que nous sommes significativement plus proche du soleil en hiver (nord) est une surinterprétation des représentations de l'orbite terrestre (un ovale bien marqué, comme le dictent les lois de la perspective). L'orbite est elliptique, certes, mais au pire la distance Terre-Soleil ne varie que de 3%! C'est l'inclinaison de la Terre sur son axe de rotation qui explique la différence hiver/été. Sinon, les deux hémisphères connaîtraient les mêmes saisons au même instant. C'est un point que nous illustrons dans le projet thématique "Calendriers, miroirs du ciel et des cultures" (il vous faudra être inscrit sur le site du projet pour accéder à la séquence 1 - séance 6 qui en traite).

En espérant que cela vous aide,

Bien cordialement,

 M H

 

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Dr Mathieu HIRTZIG
Webmestre - Médiateur Scientifique
Fondation La Main à la Pâte

Qu'ajouter de plus aux réponses précédentes ...il n'y a pas de lien de cause à effet entre les deux mouvements de rotation et de révolution. Quant à l'influence de la distance Terre/Soleil sur les saisons, elle est négligeable, les éléments dominants étant la hauteur du soleil dans le ciel (double effet : quand le soleil est bas, la quantité d'énergie reçue par unité de surface est plus faible et le rayonnement solaire a traversé une plus grande épaisseur d'atmosphère) et la durée relative jour/nuit.
Cordialement

Michel Ouliac
ex-formateur IUFM

Juste un petit mot complémentaire sur les forces : la planète n'est soumise qu'à une seule force, la gravitation et la pseudo force dite centrifuge (et pourtant ressentie) est liée au mouvement non rectiligne (accélération) comme une pierre attachée à sa fronde et qui tournoie.
C'est un peu compliqué d'en dire plus sans avoir d'interaction avec vous.

1) La Terre est confrontée à 2 forces (gravité et centrifuge), c'est d'ailleurs ces 2 forces qui font que la Terre ne s'écarte pas de son orbite révolutionnaire autour du soleil. Si la Terre accélère (elle tourne sur elle-même en 16h à la place de 24h, c'est la force centrifuge qui l'emporterait et est-ce que la planète bleue finirait par sortir de son orbite révolutionnaire et irait dans l'espace ?

La seule force qui permet d’expliquer la mécanique des systèmes solaires et des galaxies est la gravitation. Cette attraction gravitationnelle est liée à la déformation de l’espace-temps par la masse des objets qui constituent le système observé. Ainsi, le soleil déforme l’espace-temps dans lequel se déplace la planète Terre. Cette déformation courbe la trajectoire de la Terre qui se meut à une vitesse constante. L’accélération causée par cette courbure entraine donc la Terre sur une trajectoire ellipsoïdale autour du soleil, comme toutes les planètes du système solaire.
Si la masse du soleil disparaissait, alors la courbure de l’espace qui en résulte disparaitrait ; la trajectoire du mouvement de la terre deviendrait rectiligne et la Terre « sortirait » du système solaire

2) Même condition que la première question, mais cette fois-ci la Terre décélère, elle se dirigerait vers le soleil ou Jupiter (la plus grosse planète du système solaire)(force de gravité qui l'emporte) ?

En effet si la vitesse de déplacement de la terre diminuait, alors elle « glisserait » sur la courbure de l’espace provoqué par la masse solaire. Vous pouvez utilisez l’analogie d’une bille lancée parallèlement au bord d’un évier, la vitesse de la bille diminue et celle-ci se déplace vers le centre de l’évier marqué par le siphon. Ainsi la terre « tomberait » sur le soleil, en glissant sur la pente de l’espace courbe.

3) Selon l'orbite révolutionnaire annuelle de la Terre autour du soleil, la Terre passe assez proche du soleil pendant l'hiver dans l'hémisphère nord, et pourtant il fait froid en hiver, comment expliquer ce paradoxe : on est plus proche du soleil et il fait froid ?

Pour cette question, il ne faut pas confondre proximité du soleil et échauffement de la surface de la planète. C’est la quantité d’énergie reçue par la planète qui est important pour répondre aux cycles des saisons et non la distance Terre-Soleil dont la variation trop minime n’a pas ou peu d’incidence. L’inclinaison de l’axe imaginaire de rotation induit un angle entre la surface de la terre et les rayons d’énergie lumineuse du soleil. Plus cet angle est important, moins la quantité d’énergie reçue par la surface de la planète est importante. C’est ce qui se passe dans l’hémisphère Nord en hiver. On observe l’inverse en été. En revanche sur l’équateur, les rayons solaires sont quasiment perpendiculaires à la surface toute l’année et c’est bien la même quantité d’énergie que reçoit la surface terrestre.

Thierry Chevallier