Ressource supplémentaire : les mouvements rétrogrades de Mars

Cette section sera davantage utile pour les classes de secondaires, comme nous l’avons suggéré dans la partie “Revoir la théorie” : les mouvements rétrogrades, bien qu’utiles pour prouver la théorie héliocentrique, sont difficiles à aborder en raison des lois de Kepler.


En quoi les mouvements rétrogrades de Mars sont-ils un argument ?

Une des faiblesses du modèle géocentrique de Ptolémée est qu’il explique mal les mouvements rétrogrades de la planète Mars. Selon son modèle, il faudrait que les planètes décrivent dans le ciel un arc de cercle, de façon continue. Or, comme on peut le constater au fil des jours, après une révolution sidérale de la terre (23h 56 min et 4s), Mars suit sa route, puis, soudain, semble aller en arrière pour enfin continuer son bonhomme de chemin (Pour des photos du mouvement rétrograde, rendez-vous sur ce site : http://clea-astro.eu/avec-nos-eleves/observations/retro-mars-2020-documents/suivez-la-retrogradation-de-mars-en-2020 ).  

Le  modèle géocentrique étant remis en question, Ptolémée met en place les épicycles qui seraient à l’origine de ces retours en arrière. Les erreurs de calculs s’accumulent.
Le modèle héliocentrique, lui, permet d’expliquer bien plus efficacement, avec moins de marge d’erreurs, les mouvements de mars dans le ciel nocturne.

La terre met environ 365,25 jours pour faire une révolution complète autour du soleil. La révolution de Mars étant plus lente (car plus éloignée du soleil), elle se fait en 687 jours.

Durant leur révolution respective, la terre finit par « dépasser » Mars, ce qui crée l’illusion du phénomène de rétrogradation lorsque nous l’observons.

→ En toute rigueur, les orbites sont des ellipses, présentant deux foyers, dont l’un est occupé par le soleil, ce que Kepler a d’ailleurs découvert.

La Terre va donc plus vite que Mars, car sa durée de révolution est plus courte. De plus, plus la planète est proche du foyer (le soleil), plus sa vitesse augmente.

→ vidéo sur le mouvement (apparent) rétrograde de mars, avec vues multiples depuis l’espace et la terre: https://www.youtube.com/watch?v=hOjrPcD6Iuc&feature=emb_logo

Les mouvements des astres sont généralisé par Kepler (1571-1630), dont il tira trois grandes lois, à l’aide de l’astronome Sophie Brahe (1556/59-1643) et son frère, qui consignèrent 20 années d’observations, relevant des centaines d’étoiles et de comètes de notre système solaire. Sans eux, Kepler n’aurait jamais eu les données pour théoriser les mouvements des astres. 

Les lois de Kepler décrivent donc de manière générale les mouvements, et plus tard, les lois de Newton (1643-1727) en expliqueront la cause (gravité et dynamique des corps célestes). 

   Les trois lois de Kepler et leurs conséquences

1ère loi: Les planètes décrivent une ellipse dont le Soleil occupe l’un des foyers.
2ème loi: Le rayon Soleil-Planète balaie des aires égales pendant des intervalles de temps égaux.
Cette loi permet de comprendre l’accélération des planètes lorsqu’elles s’approchent du foyer et rend obsolète les épicycles de mars.
Elle permet également de prouver que c’est la raison pour laquelle nous voyons le phénomène de rétrogradation. 
3ème loi : Le carré de la période de révolution est proportionnel au cube du demi grand-axe de l’orbite.
Précision: le grand axe est le diamètre le plus long de l’ellipse, soit le plus grand axe qui traverse l’ellipse en son centre. Le demi-grand axe est sa moitié, soit petit a rouge sur le graphique de la 1ère loi. Cette loi met en évidence la relation entre la période de révolution et le demi grand axe permettra ensuite de calculer la masse de l’astre en se servant des lois de Newton. 

Remarque: si vous en venez à échanger sur les mouvements rétrogrades de Mars avec vos élèves, il peut être intéressant de mentionner que la planète ne se trouve pas sur le même plan que la Terre. Cette notion peut être introduite à ce moment, car elle reviendra plus tard pour expliquer la différence entre les phases de la lune et le phénomène d’éclipse. 

En classe, il est possible de répliquer les observations des mouvements rétrogrades de Mars sur plusieurs mois, en utilisant l’outil numérique “Winstar 3”. Rendez-vous à la section: “Fabriquer certains objets/Réaliser certaines manipulations numériques”.

Aide(s):