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La Terre dans l'Univers · L'Univers et le système solaire

Le système solaire

Chaque été, on sent la chaleur du Soleil sur la plage de Biarritz ou sur les pentes du Mont-Blanc. Cette énergie nous arrive depuis près de 4,6 milliards d'années à travers le vide : d'où vient-elle, et pourquoi la Terre est-elle la seule planète connue à abriter la vie ?

Le système solaire s'est formé il y a environ 4,57 Ga (milliards d'années) par l'effondrement gravitationnel d'un nuage de gaz et de poussières, déjà enrichi en éléments lourds par des générations d'étoiles précédentes. Ce nuage s'est aplati en un disque en rotation : le Soleil s'est formé au centre, les planètes et les autres corps dans le disque.

Le Soleil, une étoile

Le Soleil brille dans le vide, où il n'y a pas de dioxygène : ce ne peut donc pas être une combustion chimique, comme un feu de bois.

Coupe schématique du Soleil : dans le cœur, la fusion de l'hydrogène en hélium libère de l'énergie qui sort sous forme de lumière et de chaleur. cœur lumière et chaleur fusion : H → He + énergie
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Énumérer les composants du système solaire et expliquer en une phrase ce qu'est chaque type de corps.

Énumérer les composants du système solaire et expliquer en une phrase ce qu'est chaque type de corps.

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Les planètes : telluriques et géantes

La Terre a une masse volumique de $5{,}5\ \text{g·cm}^{-3}$, alors que Saturne n'en a que $0{,}7\ \text{g·cm}^{-3}$ : elle flotterait sur l'eau ! Pourquoi les quatre planètes proches du Soleil sont-elles des boules de roche, et les quatre autres d'immenses sphères de gaz ?

Comparaison des planètes telluriques, petites et rocheuses, et des planètes géantes, beaucoup plus grosses, dessinées à la même échelle ; le Soleil est à gauche, sans échelle. Soleil Mercure Vénus Terre Mars telluriques : rocheuses, denses, petites Jupiter Saturne Uranus Neptune géantes : gazeuses ou glacées, grosses Planètes à la même échelle ; Soleil sans échelle

Pour retenir l'ordre à partir du Soleil : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.

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Le schéma montre le système solaire à une échelle qualitative (les orbites et les tailles ne sont pas réelles). Nommer les planètes repérées par les numéros de 1 à 8, de…

Le schéma montre le système solaire à une échelle qualitative (les orbites et les tailles ne sont pas réelles). Nommer les planètes repérées par les numéros de 1 à 8, de la plus proche à la plus éloignée du Soleil.

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Expliquer la différence entre une planète tellurique et une planète gazeuse, et classer les huit planètes du système solaire dans l'un de ces deux groupes.

Expliquer la différence entre une planète tellurique et une planète gazeuse, et classer les huit planètes du système solaire dans l'un de ces deux groupes.

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Planètes naines et petits corps

Pendant longtemps, on a compté neuf planètes. Mais depuis les années 1990, les télescopes ont découvert, au-delà de Neptune, des centaines de mondes glacés comparables à Pluton. Où placer la frontière entre planète et petit corps ?

Schéma du système solaire : le Soleil au centre, la ceinture d'astéroïdes en anneau intérieur, la ceinture de Kuiper en anneau extérieur en pointillés, et une comète dont la queue est opposée au Soleil. Soleil comète ceinture de Kuiper (extérieure) ceinture d'astéroïdes (intérieure)
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En 2006, Pluton a été reclassée comme planète naine. Expliquer quel critère de la définition d'une planète elle ne remplit pas et nommer une autre planète naine du…

En 2006, Pluton a été reclassée comme planète naine. Expliquer quel critère de la définition d'une planète elle ne remplit pas et nommer une autre planète naine du système solaire.

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Que sont la ceinture d'astéroïdes et la ceinture de Kuiper ? Indiquer où se trouve chacune et quel type de corps elle contient.

Que sont la ceinture d'astéroïdes et la ceinture de Kuiper ? Indiquer où se trouve chacune et quel type de corps elle contient.

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Mouvements et zone habitable

Animation de la révolution de la Terre autour du Soleil, l'axe restant incliné dans la même direction, tandis qu'un point sur l'équateur tourne vite pour montrer la rotation. rotation : sur elle-même révolution : autour du Soleil

La Terre réunit d'autres conditions favorables à la vie : une atmosphère qui limite les écarts de température et filtre une partie des rayonnements nocifs, et de l'eau liquide en abondance.

Minéraux et roches

Le granite des côtes bretonnes et le quartz des roches terrestres sont-ils faits de la même façon que les roches des autres corps rocheux du système solaire ?

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La Terre est, pour le moment, la seule planète connue abritant la vie. Expliquer trois caractéristiques de la Terre qui la rendent propice à la vie, comme sa distance au…

La Terre est, pour le moment, la seule planète connue abritant la vie. Expliquer trois caractéristiques de la Terre qui la rendent propice à la vie, comme sa distance au Soleil, la présence d'eau liquide ou son atmosphère.

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Un télescope spatial a détecté trois exoplanètes rocheuses en orbite autour d'une naine rouge plus froide et plus petite que le Soleil, dont la zone habitable se situe…

Un télescope spatial a détecté trois exoplanètes rocheuses en orbite autour d'une naine rouge plus froide et plus petite que le Soleil, dont la zone habitable se situe entre $0,15\ \text{UA}$ et $0,30\ \text{UA}$ :

• Planète A : distance à l'étoile : $0,06\ \text{UA}$. Masse : $1,1$ masses terrestres. Atmosphère dense riche en vapeur d'eau.

• Planète B : distance à l'étoile : $0,22\ \text{UA}$. Masse : $0,9$ masses terrestres. Champ magnétique détectable et atmosphère contenant $N_2$, $CO_2$ et de la vapeur d'eau.

• Planète C : distance à l'étoile : $0,25\ \text{UA}$. Masse : $0,02$ masses terrestres (semblable à la Lune). Pas d'atmosphère notable.

  1. a) Analyser en raisonnant laquelle est la candidate idéale pour abriter de l'eau liquide et la vie, en justifiant pourquoi vous écartez les deux autres.
  2. b) Expliquer pourquoi se situer dans la « zone habitable » est une condition nécessaire mais non suffisante pour qu'une planète soit habitable.
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Ordres de grandeur et échelles

Les distances du système solaire sont si grandes que les schémas sont toujours trompeurs. Pour s'en rendre compte, construisons une maquette à une seule échelle.

Comparaison à l'échelle d'une bille : le Soleil, d'environ 218 cm de diamètre, et la Terre, un point minuscule de 2 cm. Soleil (échelle bille) ≈ 218 cm Terre : 2 cm (point agrandi) Diamètres à l'échelle ; la distance, non
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Vous allez concevoir une maquette à l'échelle du système solaire dans le couloir de votre lycée, qui mesure $50\ \text{m}$ de long. Vous décidez de représenter le Soleil…

Vous allez concevoir une maquette à l'échelle du système solaire dans le couloir de votre lycée, qui mesure $50\ \text{m}$ de long. Vous décidez de représenter le Soleil par un ballon de basket de $24\ \text{cm}$ de diamètre (le diamètre réel du Soleil est d'environ $1\,390\,000\ \text{km}$).

  1. a) À cette même échelle, calculer quel diamètre devrait avoir la Terre (diamètre réel : $12\,742\ \text{km}$) et le comparer à un petit objet du quotidien (comme une tête d'épingle ou un grain de sable).
  2. b) Sachant que la distance moyenne Terre-Soleil est de $1,5 \times 10^8\ \text{km}$ et que celle de Neptune au Soleil est d'environ $4,5 \times 10^9\ \text{km}$, calculer à quelle distance du ballon il faudrait placer ces deux planètes.
  3. c) À partir des résultats, justifier si la maquette complète tient dans le couloir en respectant simultanément l'échelle des tailles et celle des distances, et expliquer pourquoi les schémas du système solaire des manuels induisent souvent en erreur.
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Une sonde robotique explore Neptune, à $30\ \text{UA}$ du Soleil ($1\ \text{UA} = 150\ \text{millions de km}$). À un moment où la Terre et Neptune sont alignées du même…

Une sonde robotique explore Neptune, à $30\ \text{UA}$ du Soleil ($1\ \text{UA} = 150\ \text{millions de km}$). À un moment où la Terre et Neptune sont alignées du même côté par rapport au Soleil (distance minimale de $29\ \text{UA}$), la sonde détecte un rocher en route de collision qui l'atteindra dans $6\ \text{heures}$.

  1. a) Calculer le temps minimal (en heures) que mettrait un signal d'alarme pour aller de la sonde à la Terre et l'ordre correctif pour revenir vers Neptune, sachant que les signaux radio se propagent à $300\,000\ \text{km/s}$.
  2. b) À partir de votre calcul, prévoir si la sonde survivrait si elle dépendait d'un ordre envoyé depuis le centre de contrôle terrestre et justifier pourquoi les engins du système solaire externe doivent fonctionner avec des systèmes de navigation autonomes en temps réel.
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Retour au début : l'énergie du Soleil vient de la fusion nucléaire de son cœur, et la Terre est propice à la vie car elle se trouve dans la zone habitable, avec de l'eau liquide et une atmosphère.

L'essentiel

Voir tous les exercices de cette partie