Physique du primaire et du collège · Grades 1–9
33Les étoiles et le ciel nocturne
Loin des lampadaires de la ville, par une nuit claire et sans lune, le ciel est bondé : des milliers d’étincelles, faibles ou vives, blanches ou orangées. Les marins s’y sont guidés, les paysans y ont réglé leurs semailles, et toutes les sciences ont commencé par s’en émerveiller. Que sont-elles — et pourquoi tournent-elles si sagement au-dessus de nos têtes pendant que nous dormons ?
33.1 Ce qu’est une étoile
Exemple 33.1 (Des soleils innombrables)
Chaque étoile est un soleil : une gigantesque boule de matière incandescente qui déverse sa propre lumière — beaucoup sont plus puissantes que notre Soleil. Elles n’ont l’air que de modestes étincelles pour une seule raison : la distance. Le Soleil est notre étoile d’à côté ; les autres sont si loin que même la lumière, la championne de la course qui traverse une pièce en un rien de temps, passe des années sur la route depuis la plus proche d’entre elles. Le ciel nocturne est une foule de soleils, rapetissés par la distance jusqu’à n’être que des paillettes.
Exemple 33.2 (Les couleurs des étoiles)
Regarde attentivement : les étincelles ne sont pas toutes blanches. Certaines brûlent d’un orange rougeoyant, d’autres sont jaunes comme notre Soleil, d’autres encore blanc-bleu. La couleur est un message sur la chaleur — et il va à l’inverse des robinets et des pots de peinture : les étoiles orangées sont les plus froides de la famille, et les blanc-bleu les plus chaudes, bien plus chaudes que le Soleil. Un charbon incandescent et une lame d’acier chauffée à blanc racontent la même histoire ici, sur Terre : plus c’est chaud, plus c’est blanc.
Remarque 33.3 (Où vont les étoiles le jour)
Les étoiles ne s’en vont jamais. Elles brillent au-dessus de toi à midi exactement comme à minuit — mais le ciel du jour est inondé de lumière solaire diffusée par l’air, un éclat bleu bien plus vif que n’importe quelle étincelle. Une bougie est invisible à côté d’un feu de joie. Quand le Soleil se couche et que l’éclat s’écoule, la foule permanente du ciel redevient tout simplement visible.
33.2 Des cartes faites d’étoiles
Définition 33.4 (Constellation)
Une constellation est une figure d’étoiles brillantes portant un nom — un chasseur, un cygne, une grande ourse — inventée il y a très longtemps par les observateurs du ciel comme carte et aide-mémoire. Les étoiles d’une constellation ne sont pas de vraies voisines ; elles ne font que s’aligner vues depuis la Terre. Mais les figures sont stables : tes grands-parents ont appris exactement les mêmes.
Méthode 33.5 (Trouver l’étoile Polaire)
Le ciel offre une boussole gratuite :
- repérer la Grande Ourse — sept étoiles brillantes, une casserole au long manche, facile à trouver toute l’année ;
- prendre les deux étoiles du bord avant de la casserole — les pointeuses ;
- prolonger la droite qui va de l’une à l’autre, en travers du ciel, sur environ cinq fois leur écartement ;
- la modeste étoile où l’on arrive est l’étoile Polaire — laisse tomber un fil à plomb depuis elle jusqu’à l’horizon, et voilà le nord.
Vérifie avec ta boussole : l’aiguille et l’étoile sont d’accord. Les marins ont joué leur vie sur cet accord pendant des siècles.
33.3 Le ciel qui tourne
Proposition 33.6 (Le ciel tourne autour de l’étoile Polaire)
Au fil de la nuit, toute la foule des étoiles tourne lentement à travers le ciel en grands cercles — tous autour d’un point presque immobile : l’étoile Polaire. Rien, là-haut, ne bouge vraiment avec une telle discipline ; c’est notre Terre qui tourne, comme elle fait défiler le Soleil dans le ciel du jour. L’étoile Polaire bouge à peine parce qu’elle se trouve presque exactement au-dessus de l’axe de rotation de la Terre — la seule direction que la rotation laisse en paix.
Exemple 33.7 (Notre ville d’étoiles)
Les nuits les plus noires, une faible bande laiteuse s’arque en travers du ciel : la Voie lactée. Des jumelles dissolvent le lait en vérité : d’innombrables étoiles, trop faibles et trop serrées pour être séparées à l’œil. C’est notre ville natale d’étoiles vue de l’intérieur — une île plate et tourbillonnante comptant plus de soleils qu’il n’y a de grains de sable sur une plage, notre Soleil habitant dans une banlieue tranquille. Chaque étoile que tu vois à l’œil nu est une voisine de cette même ville.
Remarque 33.8 (Continue de lever les yeux)
L’astronomie est la plus vieille des sciences, et la seule dont le laboratoire ouvre gratuitement chaque nuit claire. Une couverture, un coin sombre loin des lampadaires, de la patience pendant que les yeux s’éveillent à l’obscurité — voilà toute la liste du matériel. La Grande Ourse, l’étoile Polaire, une planète ou deux et la Voie lactée font une belle première expédition ; les lois plus profondes de la lumière des étoiles te trouveront bien préparé, dans quelques années, vers la fin de ce cours.
33.4 Exercices
Exercice 33.1 ★
Qu’est-ce qu’une étoile ? Pourquoi les étoiles ressemblent-elles à de minuscules étincelles alors que beaucoup surpassent notre Soleil ?
Exercice 33.2 ★
Les étoiles sont-elles encore dans le ciel à midi ? Pourquoi ne pouvons-nous pas les voir ?
Exercice 33.3 ★
Une étoile orangée et une étoile blanc-bleu brillent côte à côte. Laquelle est la plus chaude ? Quelle lueur de tous les jours raconte la même histoire de couleurs ?
Solution
Solution de Exercice 33.3.
La blanc-bleu — les couleurs des étoiles vont de l’orangé (le plus froid) au blanc-bleu (le plus chaud), en passant par le jaune. Un charbon rougeoyant face à de l’acier chauffé à blanc raconte la même histoire.
Exercice 33.4 ★
Qu’est-ce qu’une constellation ? Ses étoiles sont-elles vraiment proches les unes des autres ?
Exercice 33.5 ★
Décris, étape par étape, comment trouver l’étoile Polaire à partir de la Grande Ourse.
Solution
Solution de Exercice 33.5.
Repérer la Grande Ourse ; prendre les deux étoiles pointeuses du bord avant de sa casserole ; prolonger leur droite d’environ cinq écartements à travers le ciel ; l’étoile atteinte est l’étoile Polaire, et le nord se trouve au-dessous d’elle, sur l’horizon.
Exercice 33.6 ★
Qu’a de particulier la place de l’étoile Polaire dans le ciel qui tourne, et quel instrument de tous les jours remplace-t-elle ?
Solution
Solution de Exercice 33.6.
Elle se tient presque exactement au-dessus de l’axe de rotation de la Terre : la rotation du ciel la laisse donc quasiment immobile — un repère fixe du nord, qui remplace la boussole.
Exercice 33.7 ★
Les étoiles tournent dans la nuit en cercles bien rangés. Qu’est-ce qui tourne réellement ? Que fait encore défiler cette même rotation dans le ciel du jour ?
Solution
Solution de Exercice 33.7.
C’est la Terre qui tourne, en nous emportant une fois par jour. La même rotation fait défiler le Soleil dans le ciel du jour — une seule rotation, deux défilés.
Exercice 33.8 ★
Que se révèle être la bande laiteuse des ciels les plus noirs, vue aux jumelles ? Qu’est-ce vraiment ?
Solution
Solution de Exercice 33.8.
D’innombrables étoiles faibles, trop serrées pour être séparées à l’œil : la Voie lactée — notre propre ville plate d’étoiles, vue par la tranche, de l’intérieur.
Exercice 33.9 ★★
Laissé seul toute la nuit, un appareil photo pointé sur l’étoile Polaire enregistre des cercles ; pointé sur l’horizon est, il enregistre des traînées obliques qui montent. Explique les deux images avec une seule Terre qui tourne.
Solution
Solution de Exercice 33.9.
La Terre qui tourne fait pivoter tout le ciel autour de l’axe qui passe par l’étoile Polaire. Près de ce point immobile, les étoiles décrivent de petits cercles — l’appareil enregistre des anneaux. Vers l’est, la rotation fait monter les étoiles au-dessus de l’horizon le long de trajets obliques — l’appareil enregistre des traînées qui montent. Une seule rotation, deux façons de la voir.
Exercice 33.10 ★★
Une naufragée, par une nuit claire, n’a ni boussole, ni téléphone — et aucune raison de se presser. Explique comment le ciel lui donne à la fois une direction et, avec de la patience, une horloge. (Deux idées du chapitre, un seul ciel qui tourne.)
Solution
Solution de Exercice 33.10.
La direction : les pointeuses de la Grande Ourse lui donnent l’étoile Polaire, et avec elle le nord — sans aucune aiguille. L’horloge : la Grande Ourse elle-même tourne autour de l’étoile Polaire comme l’aiguille d’une immense horloge, un tour complet par jour ; observer de combien elle a pivoté lui dit comment la nuit avance.
Exercice 33.11 ★★
La lumière d’une étoile lointaine passe des années sur la route jusqu’à ton œil. Quand tu regardes cette étoile ce soir, la vois-tu telle qu’elle est maintenant ? Que regardes-tu en réalité — et pourquoi cela fait-il de tout télescope une sorte de machine à remonter le temps ?
Solution
Solution de Exercice 33.11.
Non : tu vois l’étoile telle qu’elle était, il y a des années, quand la lumière de ce soir l’a quittée — le messager, pas l’expéditeur. Tout télescope regarde donc dans le passé : plus l’étoile est lointaine, plus la nouvelle est vieille — ce qui est précisément ce qui rend la lumière lointaine si précieuse aux astronomes.