La Terre dans le système solaire : une planète habitable

Le système solaire et la place de la Terre (rappels de 6e, unité astronomique) ; planètes telluriques, planètes gazeuses, astéroïdes et planètes naines ; la forme de la Terre, sa rotation et sa révolution ; les conditions de la vie sur Terre et ce qui les explique ; la zone habitable, Vénus, Mars et les exoplanètes.

À propos de cette page

Six problèmes à partir de documents : classer Uranus, Pluton et la Lune, expliquer les saisons à Paris, le bouclier de l’atmosphère et les aurores polaires, les lacs de Titan, l’eau perdue de Mars avec Perseverance et MAVEN, et les sept planètes de TRAPPIST-1.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document et je repère la donnée utile avec son unité (millions de km, UA, g/cm³, °C, heures).
Je compare la donnée à un repère du cours : 1 UA = 150 millions de km, 1 g/cm³ pour l’eau, 0 et 100 °C pour l’eau liquide, 140 à 235 millions de km pour la zone habitable du Soleil.
Je calcule si besoin : une conversion (× 150 ou ÷ 150), une différence, un pourcentage.
Je nomme avec le vocabulaire du cours : tellurique, gazeuse, planète naine, rotation, révolution, effet de serre, zone habitable.
Je conclus en citant la donnée qui le prouve, sans aller plus loin que les documents.

Problème 1 · Planète, planète naine ou satellite ?★★★Facile

Document 1 — Trois astres (fiche planétaire de la NASA, valeurs arrondies).

Astre	Tourne autour de	Diamètre	Masse volumique	Surface
Uranus	du Soleil	51 100 km	1,3 g/cm³	aucune surface solide
Pluton	du Soleil	2 376 km	1,9 g/cm³	solide, glacée
la Lune	de la Terre	3 475 km	3,3 g/cm³	solide, rocheuse

Document 2 — La définition de 2006. Pour l’Union astronomique internationale, une planète tourne autour du Soleil, est assez massive pour être ronde et a « fait le ménage » au voisinage de son orbite. Un astre qui remplit les deux premières conditions, mais pas la troisième, et qui n’est pas un satellite, est une planète naine.

1. L’astre du tableau qui est un satellite est .
La Lune tourne autour de la Terre, pas directement autour du Soleil : c’est un satellite.
2. Uranus, sans surface solide et de faible masse volumique, est une planète .
C’est une planète gazeuse (géante).
3. Pluton est ronde, mais d’autres petits corps circulent près de son orbite : d’après le document 2, c’est une .
Elle remplit les deux premières conditions, pas la troisième, et ne tourne pas autour d’une planète : c’est une planète naine.
4. Pourtant, la Lune est plus grosse que Pluton : son diamètre la dépasse de km.
3 475 − 2 376 = 1 099 km. Ce n’est donc pas la taille qui fait une planète, mais l’astre autour duquel on tourne et l’orbite « nettoyée ».

Problème 2 · Les saisons à Paris★★★Moyen

Document 1 — La durée du jour à Paris (du lever au coucher du Soleil) : environ 16 h 11 min le 21 juin, environ 8 h 15 min le 21 décembre.

Document 2 — La distance Terre-Soleil. La Terre est au plus près du Soleil (environ 147 millions de km) début janvier, au plus loin (environ 152 millions de km) début juillet.

Document 3 — La hauteur du Soleil à midi à Paris : environ 65° au-dessus de l’horizon le 21 juin, environ 18° le 21 décembre.

1. D’après le document 1, la journée du 21 juin à Paris est environ fois plus longue que celle du 21 décembre (arrondi à l’unité).
16 h 11 min = 971 min et 8 h 15 min = 495 min ; 971 ÷ 495 ≈ 1,96 : environ 2 fois plus longue.
2. D’après le document 3, le Soleil de midi est plus haut le 21 juin que le 21 décembre de degrés.
65 − 18 = 47°, à peu près deux fois l’inclinaison de l’axe (2 × 23 = 46).
3. D’après le document 2, la Terre est au plus près du Soleil au mois de , en plein hiver à Paris.
Au plus près du Soleil en janvier, au plus loin en juillet : la distance n’explique pas l’été.
4. Les saisons s’expliquent donc par l’ de l’axe de la Terre, qui change la hauteur du Soleil et la durée du jour.
L’inclinaison de l’axe : en juin, l’hémisphère Nord est penché vers le Soleil, qui monte haut et éclaire longtemps.

Problème 3 · Le bouclier de la Terre★★★Moyen

Document 1 — Avec ou sans atmosphère. Grâce à l’effet de serre naturel, la température moyenne de la Terre est d’environ 15 °C ; sans lui, elle serait d’environ −18 °C. La Lune, presque sans atmosphère, passe d’environ 120 °C au soleil à environ −170 °C la nuit.

Document 2 — Le champ magnétique. Produit dans le noyau de la Terre, il dévie la plus grande partie des particules du vent solaire. Celles qui sont guidées vers les régions polaires font briller la haute atmosphère : ce sont les aurores polaires.

Document 3 — La couche d’ozone. Entre environ 20 et 40 km d’altitude, l’ozone absorbe l’essentiel des rayons ultraviolets du Soleil dangereux pour les êtres vivants.

1. D’après le document 1, l’effet de serre naturel réchauffe la Terre d’environ °C.
15 − (−18) = 15 + 18 = 33 °C.
2. Sur la Lune, l’écart de température entre le jour et la nuit atteint environ °C.
120 − (−170) = 120 + 170 = 290 °C : sans atmosphère, rien ne retient la chaleur la nuit.
3. D’après le document 2, les particules du vent solaire guidées vers les pôles produisent les polaires.
Ce sont les aurores polaires, signe visible du champ magnétique qui protège l’atmosphère.
4. Sans atmosphère, la Lune n’a ni effet de serre ni couche d’ pour arrêter les ultraviolets.
Ni couche d’ozone : sa surface reçoit tous les ultraviolets du Soleil.

Problème 4 · Titan, un monde à l’atmosphère épaisse★★★Moyen

Document 1 — Fiche de Titan. Titan tourne autour de Saturne. Son diamètre est d’environ 5 150 km, un peu plus que celui de Mercure (4 900 km). Il est entouré d’une atmosphère épaisse, faite à environ 98 % de diazote ; la pression au sol vaut environ 1,5 fois celle de la Terre.

Document 2 — Des lacs étranges. La température au sol de Titan est d’environ −179 °C. Les sondes ont pourtant photographié des lacs liquides près de ses pôles : ils sont faits de méthane et d’éthane, des gaz chez nous, liquides à ces températures.

1. Titan tourne autour de Saturne : malgré sa taille, c’est un .
C’est un satellite de Saturne, plus gros que la planète Mercure.
2. Comme l’air de la Terre, l’atmosphère de Titan est faite surtout de .
De diazote : environ 98 % pour Titan, environ 78 % pour l’air de la Terre.
3. À −179 °C, l’eau de Titan ne peut être qu’à l’état .
−179 °C est bien en dessous de 0 °C : l’eau y est solide (de la glace).
4. Les lacs de Titan sont liquides, mais ils ne sont pas faits d’eau : ils sont faits de méthane et d’.
De méthane et d’éthane. Une atmosphère épaisse ne suffit pas : sans eau liquide, les conditions de la vie telle qu’on la connaît ne sont pas réunies.

Problème 5 · Mars, une planète qui a perdu son eau liquide★★★Difficile

Document 1 — Un ancien lac. Le robot Perseverance s’est posé le 18 février 2021 dans le cratère Jezero : ce cratère a abrité un lac permanent, alimenté par des rivières dont on voit encore les deltas.

Document 2 — Une atmosphère qui s’échappe. Mars n’a pas de champ magnétique global. La sonde MAVEN a mesuré que le vent solaire lui arrache encore aujourd’hui environ 100 g de gaz par seconde.

Document 3 — Mars et la Terre.

	Mars	Terre
Diamètre	6 800 km	12 700 km
Pression de l’air au sol	plus de 150 fois plus faible	référence
Température moyenne	environ −60 °C	environ 15 °C

1. D’après le document 1, de l’eau à l’état a coulé autrefois à la surface de Mars.
Un lac et des rivières : de l’eau liquide.
2. Le diamètre de la Terre est environ fois celui de Mars (arrondi au dixième).
12 700 ÷ 6 800 ≈ 1,87, soit environ 1,9 fois : Mars, plus petite, retient moins bien ses gaz.
3. D’après le document 2, Mars perd environ kg de gaz par jour (une journée de 24 h).
24 h = 24 × 3 600 = 86 400 s ; 100 × 86 400 = 8 640 000 g = 8 640 kg par jour.
4. Pour que l’eau redevienne liquide en surface, Mars aurait besoin d’une atmosphère plus .
Plus épaisse : elle retiendrait davantage de chaleur, comme celle de la Terre. Petite et sans champ magnétique global, Mars a perdu l’essentiel de la sienne.

Problème 6 · Le système TRAPPIST-1★★★Difficile

Document 1 — Une étoile froide. TRAPPIST-1 est une petite étoile, beaucoup plus froide que le Soleil. En 2017, les astronomes ont annoncé qu’elle avait sept planètes rocheuses, nommées de b à h.

Document 2 — Distance de chaque planète à son étoile (en millions de km, valeurs arrondies).

b	c	d	e	f	g	h
1,7	2,4	3,3	4,4	5,8	7,0	9,3

Document 3 — Sa zone habitable (estimation simplifiée) : d’environ 4 à 7,5 millions de km de l’étoile.

1. Le nombre de planètes de TRAPPIST-1 situées dans sa zone habitable est .
e (4,4), f (5,8) et g (7,0) sont entre 4 et 7,5 millions de km : 3 planètes.
2. Mercure est à 58 millions de km du Soleil : c’est environ fois plus loin que g de son étoile (arrondi à l’unité).
58 ÷ 7 ≈ 8,3, soit environ 8 fois : beaucoup plus froide que le Soleil, TRAPPIST-1 envoie bien moins d’énergie, et sa zone habitable est bien plus proche d’elle.
3. D’après le document 1, ces sept planètes ressemblent aux planètes du système solaire.
Rocheuses, comme Mercure, Vénus, la Terre et Mars : elles ressemblent aux planètes telluriques.
4. Pour savoir si l’eau peut être liquide sur les planètes de la zone habitable, il faut encore connaître leur .
Leur atmosphère : sans elle, rien ne retient la chaleur. Et même habitables, ces planètes ne seraient pas forcément habitées.

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