Activité par les élèves : Utilisation d`un astrolabe de marin

SNC1D/1P Étude de l’Univers / Exploration spatiale Activité par les élèves : Utilisation d’un astrolabe de marin Sujets Durée localiser les objets célestes
faire des observations d’altitude et d’azimut
avec un astrolabe
préparation : 25 min (explication de
l’utilisation des astrolabes)
activité : 15 à 20 min
Attentes particulières SNC1D A1.3 Planifier une expérience (p. ex., concevoir ou adapter un protocole expérimental,
sélectionner le matériel et les instruments de mesure), élaborer une stratégie de recherche ou
adopter une stratégie de résolution de problèmes.
A1.6 Faire des observations et recueillir des données empiriques à l'aide d'instruments ou
sélectionner de l'information selon des critères spécifiques (p. ex., pertinence, production
attendue, fiabilité des sources, actualité).
D2.1 Repérer des étoiles et des corps célestes et examiner leur trajectoire à partir de simulations
à l'ordinateur ou à l'œil nu et à l'aide de cartes du ciel. [ER].
SNC1P A1.3 Planifier une expérience (p. ex., concevoir ou adapter un protocole expérimental,
sélectionner le matériel et les instruments de mesure), élaborer une stratégie de recherche ou
adopter une stratégie de résolution de problèmes.
A1.6 Faire des observations et recueillir des données empiriques à l'aide d'instruments ou
sélectionner de l'information selon des critères spécifiques (p. ex., pertinence, production
attendue, fiabilité des sources, actualité).
D2.1 Repérer des étoiles et des corps célestes et examiner leur trajectoire à partir de simulations
à l'ordinateur ou à l'œil nu et à l'aide de cartes du ciel. [ER]
Introduction Un astrolabe fournit une représentation du ciel quelle que soit l’heure du jour ou le jour de
l’année. On reproduit le ciel (constellations) à l’aide des pièces mobiles de réglage de la date et
de l’heure de l’astrolabe. L’astrolabe à carte du ciel classique permettait de localiser les objets
célestes comme on recherche un endroit sur une carte. L’astrolabe de marin était différent en ce
qu’on s’en servait pour calculer la hauteur au-dessus de l’horizon ou l’altitude du Soleil ou d’une
étoile. L’altitude d’une étoile est sa hauteur angulaire par rapport à l’horizontale, exprimée en
degrés de 0 à 90°. Pour déterminer leur position, les marins devaient mesurer l’altitude du Soleil
ou des étoiles. En connaissant l’altitude du Soleil à midi ou celle de l’étoile Polaire la nuit, ils
savaient quelle était leur latitude (distance vers le nord ou le sud de l’équateur).
L’azimut d’une étoile est sa position angulaire par rapport au nord, mesurée dans le sens des
aiguilles d’une montre. Exemple, une étoile directement située au nord de la Terre a un azimut de
0°, tandis qu’une étoile directement située à l’est a un azimut de 90° et une étoile située au nordouest, un azimut de 315°.
Matériel copies des patrons d’astrolabe et de disque
gradué d’astrolabe
colle
chalumeau
carton ou cartomousse
ficelle (30 cm de longueur)
rondelle de métal
ciseaux
boussole
crayon
Consignes de sécurité •
On ne doit pas regarder directement le Soleil à travers l’ouverture du chalumeau.
Marche à suivre Adaptation autorisée par l’UC Berkeley, Space Sciences Laboratory, Center for Science
Education. (Le lien est reproduit à la rubrique des ressources supplémentaires)
Distribuer les instructions suivantes aux élèves.
Partie A : Construction d’un astrolabe de marin 1.
Collez les patrons de l’astrolabe (pour l’altitude) et du disque gradué (pour l’azimut) sur un
morceau de carton ou de cartomousse.
2.
Découpez les patrons.
3.
Déterminez le Nord à l’aide de la boussole ou de l’étoile Polaire, Polaris, si c’est le soir.
Placez le disque gradué de l’astrolabe, le degré 0° pointant le Nord.
4.
Découpez le chalumeau à la longueur de l’astrolabe puis collez-le sur le côté indiqué sur le
patron de l’astrolabe (altitude).
5.
Perforez avec la pointe du crayon le patron à l’endroit indiqué par le X.
6.
Attachez la rondelle (poids) à une extrémité de la ficelle et passez l’autre extrémité de
celle-ci à travers le trou dans le patron. Réglez la longueur de la ficelle de manière que la
rondelle affleure le bord courbe de l’astrolabe. La ficelle doit pendre du côté où sont
imprimés les degrés.
Partie B : Utilisation de l’astrolabe 7.
Utilisez l’astrolabe et son disque gradué pour déterminer, depuis trois endroits différents de
la pièce, l’altitude et l’azimut d’un objet fixé au plafond. Consignez vos observations.
a. Regardez un objet se trouvant au-dessus de la hauteur de l’œil dans la salle de
cours. Pour en mesurer l’altitude, fermez un œil et de l’autre regardez l’objet à
travers le chalumeau. Notez l’angle indiqué par la ficelle (fig.1). L’altitude est
l’angle par rapport à la ligne horizontale partant des yeux.
Fig.1 Mesure de l’altitude à l’aide d’un astrolabe
b. Pour mesurer l’azimut de l’objet, déterminez-en la position angulaire par rapport au
Nord à l’aide du disque gradué de l’astrolabe. Vous devez regarder le disque gradué
en vous plaçant directement au-dessus. Souvenez-vous que le 0° du disque gradué
doit coïncider avec le Nord.
Image reproduite avec la permission de la National Oceanic and Atmospheric
Administration
Fig.2 Mesure de l’altitude et de l’azimut à l’aide de l’astrolabe et du disque gradué
combinés
[h = altitude mesurée par rapport à l’horizon // z = angle zénithal mesuré par rapport à la verticale // A = angle
d’azimut par rapport au Nord, mesurée dans le sens des aiguilles d’une montre // Haut // Nord]
8.
Lisez les questions suivantes et répondez-y de votre mieux en petits groupes.
a. Que se passe-t-il avec l’altitude et l’azimut lorsque vous regardez un objet depuis
des endroits différents?
b. L’altitude et l’azimut d’un objet céleste peuvent changer à la longue. Qu’est-ce que
cela révèle à propos du déplacement de la Terre dans l’espace? De quelle façon ces
valeurs pourraient-elles changer au cours d’une année?
c. Pourquoi deux personnes se trouvant dans des endroits différents du globe
obtiennent-elles des valeurs d’altitude et d’azimut différentes du même objet que
les deux observent?
Nettoyage Les élèves peuvent conserver les astrolabes qu’ils ont fabriqués. Ils peuvent également les jeter
dans un bac de récupération, s’ils sont faits de carton, ou à la poubelle, s’ils sont faits de
cartomousse.
Qu’est-­‐ce qui se produit? Les observations de l’altitude et de l’azimut d’un objet fixe donneront des résultats différents
selon l’endroit où se trouve l’observateur.
Comment ça fonctionne? •
•
Lorsque vous vous trouvez loin de l’objet, l’astrolabe sera peut incliné et l’altitude mesurée
sera moindre que si vous étiez plus rapproché de l’objet, qui semblera alors plus haut. Dans
ce cas, vous devrez incliner davantage l’astrolabe et l’angle (altitude) sera plus ouvert.
L’azimut, quant à lui, peut changer, car même si l’orientation du disque gradué de
l’astrolabe ne change pas, la position relative de l’objet peut changer.
Les changements de l’altitude et de l’azimut observés au cours de cette activité sont
beaucoup plus grands que les changements, sur de petites distances, de l’altitude et de
l’azimut d’une étoile ou de la Lune puisque l’objet en question se trouve très près des
élèves.
Suggestions/ conseils pour l’enseignante ou l’enseignant 1.
L’observateur doit prendre soin de bien centrer l’objet dans le chalumeau pour obtenir une
lecture précise de l’altitude. Chaque élève doit faire ses propres mesures, car celui qui
mesure 140 cm obtiendra une valeur d’altitude différente de l’élève qui mesure 170 cm,
depuis le même point d’observation.
Prochaines étapes Les élèves pourraient recueillir à l’aide de leurs astrolabes des données sur les changements de
position de la Lune, de Polaris et d’autres objets célestes visibles le soir. Selon la saison, en hiver
par exemple, vous pourriez proposer aux élèves d’observer des corps célestes particuliers, tels
que Jupiter, Bételgeuse, et d’autres étoiles de la constellation d’Orion. Pour être en mesure de
détecter le déplacement de la Terre, les élèves doivent faire des observations nocturnes de
l’altitude et de l’azimut d’objets célestes, et ce, à la même heure du soir durant cinq jours
consécutifs.
Extension : Observez la Lune durant un mois et transposez les données recueillies dans un
diagramme afin de suivre la Lune dans son cycle complet.
Ressources supplémentaires 1.
Instructions pour la fabrication et l’utilisation d’un astrolabe de marin :
http://www.marinersmuseum.org/education/activity-two-students-create-astrolabe (en
anglais seulement)
2.
3.
Brève histoire des astrolabes et adresses des collections d’astrolabes :
http://www.astrolabes.org/astrolab.htm (en anglais seulement)
At Home Astronomy, UC Berkeley, Space Sciences Laboratory, Center for Science
Education – Making a Simple Astrolabe:
http://cse.ssl.berkeley.edu/AtHomeAstronomy/activity_07.html (en anglais seulement)
Patron principal [Placer le chalumeau sur ce côté // Astrolabe (altitude)]
Patron principal [Nord // Sud // Disque gradué d’astrolabe
(azimut) // O // E]