Etapes   1 2 3 4 Pratiquer des démarches scientifiques Domaine du socle : 4 * Concevoir, créer, réaliser S’approprier des outils et des méthodes Domaine du socle : 2 Pratiquer des langages Domaine du socle : 1 Mobiliser des outils numériques Adopter un comportement éthique et responsable Domaine du socle : 3 Se situer dans l’espace et dans le temps Domaine du socle : 5

Deuxième parcours : Mystérieuse Lune. Etape 1 : Le mystère de la lumière cendrée. Distinguer une source primaire d’un objet diffusant. Etape 2 : Tir laser. Le modèle du rayon lumineux. Etape 3 : Ballades à la Lune. Exploiter expérimentalement la propagation rectiligne de la lumière dans le vide. Etape 4 : Quelle est l’origine de la Lune ? Décrire la structure du système de l’Univers.

Etape 1. Le mystère de la lumière cendrée. Naissance 15 février 1564 Pise Décès 8 janvier 1642 (à 77 ans) Arcetri près de Florence Domicile Grand-duché de Toscane Nationalité Florentin

Sidereus nuncius (traduit en français sous le titre Le Messager des étoiles) est un court traité d'astronomie, écrit en latin par Galilée en mars 1610 et publié le mois suivant. C'est le premier ouvrage scientifique reposant sur des observations effectuées grâce à une lunette astronomique. Il contient les résultats des premières observations astronomiques de Galilée, portant sur la Lune, les étoiles, et les satellites de Jupiter.

Je vais ici donner l'explication d'un autre phénomène lunaire admirable. Bien que ne l'ayant pas observé récemment mais il y a de nombreuses années, et que je l'ai montré et expliqué à quelques amis et disciples, j'ai pensé qu'il était intéressant d'en parler dans cette partie. En effet son observation est plus facile et plus évidente grâce à la lunette et cela montrera encore la ressemblance qui existe entre la Lune et la Terre. Lorsque la Lune,

(…), se trouve proche du Soleil, son globe se présente non seulement sous la forme d'un fin croissant très brillant mais aussi on observe un cercle très fin, peu lumineux qui semble délimiter le contour de la partie sombre, celle qui est cachée des rayons du Soleil, et la séparer du fond plus obscur de 1'éther lui-même.

Si maintenant nous observons ce phénomène de façon plus précise, nous observerons que le bord externe de la partie sombre et cette partie non éclairée elle-même luit d'une clarté qui n'est pas faible. (…) J'ai découvert aussi que cette lumière secondaire (si je puis dire) de la Lune est d'autant plus forte que celle-ci est moins distante du Soleil. (…)

Certains ont dit que c'était une clarté propre et naturelle à la Lune elle-même, d'autres qu'elle lui venait de Vénus, d'autres de toutes les étoiles, d'autres enfin du Soleil qui traverserait de ses rayons l'épaisseur du corps de la Lune. Mais ces explications doivent être rejetées et il est facile de démontrer leurs erreurs. En effet

Figure 1 : photo d’ambiance du croissant de Lune dans en fin de journée Olivier Gayrard.

Figure 2 : une heure plus tard, photographie de la Lune faite à la lunette. Olivier Gayrard.

A propos de cette mystérieuse lumière de la Lune, (lumière cendrée), et avant le travail de Galilée, quelles hypothèses avaient été proposées ? Certains pensaient que cette lumière venait: De la Lune elle-même. De Vénus. Des étoiles. Des rayons du Soleil qui traversaient la Lune.

Malheureusement, votre copie de la lettre de Galilée a été recouverte d’encre. Votre mission, retrouver l’explication du célèbre Pisan. Pour cela vous devez réaliser un protocole élémentaire en suivant le plan de la … … démarche scientifique.

Quelle hypothèse faites-vous à votre tour ? Je pense que … - …

Ecrivez la liste du matériel. Deux boules de polystyrène, une grosse, (qui modélise la Terre) et une plus petite, (qui modélise la Lune). Le Soleil est modélisé par une lampe.

Schématisez l’expérimentation.

Appelez le professeur pour lui présenter votre protocole. Réalisez votre expérimentation avec l’accord du professeur.

Appelez le professeur pour lui présenter vos résultats et rédigez vos observations. J’observe que lorsque la lampe est allumée en direction de la boule Terre, celle-ci renvoie la lumière en direction de la Lune qui est alors éclairée. A son tour la boule Lune renvoie vers la Terre cette lumière.

Votre hypothèse est-elle validée ?

Conclusion. Ecrivez les définitions de source primaire de lumière et de source secondaire de lumière.

Une source primaire de lumière produit sa propre lumière. Une source secondaire de lumière ou objet diffusant ne produit pas sa lumière mais diffuse la lumière provenant d’une autre source.  Par diffusion il est possible d’éclairer un objet avec un autre objet.

Exercice 1 Suivez ce lien. Le classe source.

Exercice 2 Réaliser un tableau à deux colonnes, sources primaires et sources secondaires ou objets diffusants. sources primaires objets diffusants

Exercice 3 Lire l’introduction et le premier chapitre, la naissance de Phos.

Etape 2 : Tir laser. 20 juillet 1969. L'aigle a atterri, et avec lui mon plus grand regret de n'avoir pas été né pour vivre cette aventure, comme 500 millions de personnes derrière leur poste de radio ou de télévision.

Un peu plus de 6 heures plus tard, Neil Armstrong pose pour la première fois le pied sur la Lune. Rejoint par Buzz Aldrin, ils resteront 2h30min hors du module lunaire et effectueront quelques expériences scientifiques, comme : - L'installation d'un capteur de particules du vent solaire. - La récupération d'échantillons de sol lunaire. - L'installation d'un sismomètre. - L'installation d'un réflecteur LASER.

Mais à quoi peut donc bien servir un réflecteur LASER sur la Lune ? Figure 3 : Source : NASA, Réflecteur déposé sur la Lune par les astronautes de la mission Appolo XV. C'est le plus grand des réflecteurs déposés sur la lune (dimensions 1 m x 0,6 m).

L'expérience « laser-lune » de l'Observatoire de la Côte d’Azur (OCA) a pour but la détermination précise de la distance Terre Lune et de ses variations. Elle est située sur le plateau de Calern, près de Grasse. Le principe est la mesure de la durée T d'aller-retour d'une impulsion laser émise du sol terrestre vers un réflecteur lunaire. On en déduit la distance Terre Lune.

Figure 4 : laser de l'observatoire du CERGA

Questions préliminaires. Donner un synonyme de « réflecteur ». Un réflecteur est un miroir, il réfléchit la lumière.

Le rôle du réflecteur lunaire est de réfléchir la lumière d’un laser provenant de la Terre. Le but est de mesurer la distance de la Terre à la Lune.

Réalisez un schéma décrivant cette situation. Figure5 : La télémétrie « Laser-Lune »: la méthode actuelle de mesure à très grande précision Observatoire de la Côte d’Azur, Plateau de Calern.

L’objectif. Pour que cette méthode de mesure soit efficace, il faut que la lumière se propage en ligne droite. Elaborez un protocole permettant de le vérifier.

Allumer un laser. Ce mettre dans le noir. Saupoudrer le laser de farine.

Dans un milieu homogène et transparent, comme par exemple le vide ou l’air, la lumière se propage en ligne droite. La lumière a un sens de propagation. Son trajet peut-être représenté par une demi-droite fléchée appelée rayon lumineux. Conclusion 1

Un faisceau de lumière est invisible, mais on peut le visualiser à l’aide de petites particules, comme de la poussière, qui diffuse la lumière jusqu’à nos yeux. Conclusion 2

Exercice 4 Schématisez la situation suivante avec le modèle du rayon lumineux.

Exercice 5 Schématisez au choix l’une des situations suivantes. Modèle du rayon lumineux.

Exercice 6 Travail de recherche évalué et noté. Réalisez sur une feuille de format A4 une fiche de prévention sur l’usage du laser. Les plus réussies seront affichées.

Grille d’évaluation d’un panneau De 1 à 5 Organisation de l’espace : panneau aéré, sans vide inutile, agréable à regarder. Images ou illustrations : lisibles, claires, en rapport avec la problématique, référencées. Ecrit : commentaire pertinent, en rapport avec les illustrations, répondant à la problématique et correctement orthographié. Aspect du panneau : typographie, couleurs appropriées, propreté, écriture et dessins soignés.

Exercice 7 Lire le deuxième chapitre, où l’on découvre comment voir Phos.