Module de Formation PE "Astronomie" - Documentation scientifique

Le système solaire : les saisons

 

Il est aisé de montrer que l’évolution de la durée du jour au cours de l’année est corrélée aux paramètres suivants :
  • Hauteur du soleil au zénith
  • Position  du lever et du coucher de Soleil
(Voir l'animation ESPE)
 
L’évolution de la durée du jour correspond à un phénomène périodique qui présente quatre points remarquables : deux extrema (un maximum appelé solstice d’été le 21 juin, un minimum appelé solstice d’hiver le 21 décembre), deux équinoxes (le 21 mars et le 22 septembre).
 Le soleil se lève à l’est et se couche à l’ouest précisément seulement deux jours par an, les jours d’équinoxe. Le reste de l’année, la position de lever évolue approximativement entre le nord-est (solstice d’été) et le sud-est (solstice d’ hiver), la position du coucher entre le nord-ouest (solstice d’été) et sud-ouest (solstice d’hiver).




On peut tester 3 modèles :

Modèle 1 :
L'axe de Rotation de la Terre est parallèle aux rayons du Soleil
(i.e parallèle au plan de l'écliptique). 
Conséquences : pas d'alternance jour-nuit.

Modèle 2 :
L'axe de rotation de la Terre est perpendiculaire aux rayons du Soleil.
Conséquences :  il y a bien alternance jour-nuit mais la durée du jour
est égale à celle de la nuit quelque soit le jour de l'année.


Il ne reste plus qu'une seule possibilité : l'axe de rotation de la Terre est incliné par rapport aux rayons du Soleil.

Modèle 3

Cette position correspond à un jour de solstice d'été dans l'hémisphère Nord et solstice d'hiver dans l'hémisphère Sud.
On remarque que tous les points compris entre le cercle polaire et le Pôle Nord verront le Soleil faire un tour complet dans le ciel.


Cette position correspond à un jour de solstice d'hiver dans l'hémisphère Nord et solstice d'été dans l'hémisphère Sud.
On remarque qu'aucun des points compris entre le cercle polaire et le Pôle Nord ne verront le Soleil: c'est la nuit polaire.

La figure ci-dessous représente les 4 positions de la Terre au cours de l'année vue selon un axe perpendiculaire aux rayons du Soleil (au plan de l'écliptique). Le point rouge figure le Pôle Nord. Le cercle intérieur est le cercle polaire. Le cercle  extérieure figure  la  trajectoire d'un point  à la latitude d'environ 50°
On remarque que :

  • l'axe de rotation pointe toujours dans la même direction.

  • lors des équinoxes le pôle se trouve pile à la séparation jour-nuit

  • lors des solstices,  le cercle polaire définit la zone  maximum de jour/nuit polaire.