Préparation   (avant le 8 avril)

Étape 0   : Activation des connaissances

Phases   de la Lune et les ombres

Qu’est-ce qu’une ombre ?

Comment se forme une ombre ?

Quelle est la différence entre une éclipse de Lune et une éclipse de Soleil ?

Étape 1   : Modélisation au choix

Modèle   de l’éclipse à l’échelle

Dérouler une partie des trombones, ou utiliser des cure-dents et les insérer dans la balle de        styromousse qui représente la Terre et dans la boule de pâte à modeler qui représente la Lune.

Sur la règle, installer les balles à l’aide des trombones à une distance de 75 cm en les collant à l’aide du ruban adhésif, ou en fixant une pince. Ceci donne un modèle à l’échelle du système Terre-Lune.

À l’extérieur, une journée ensoleillée, l'idée est d’aligner la Terre et la Lune du modèle pour créer des éclipses solaires et lunaires grâce au vrai Soleil. Poser les questions suivantes aux jeunes : Comment les astres devraient-ils être placés pour former une éclipse lunaire ? Et une éclipse solaire ? Pour une éclipse solaire : la Lune est entre le Soleil et la Terre, l’ombre de la Lune tombe sur la Terre. Pour une éclipse lunaire : la Terre est entre le Soleil et la Lune, l’ombre de la Terre tombe sur la Lune). Attention, il ne faut pas créer d’ombre avec vos mains. Assurez-vous de dérouler les trombones complètement (de prendre des cure-dents suffisamment longs). Pour aider l’alignement, il est possible de prendre les ombres des balles au sol comme points de repère (mais attention, les ombres au sol ne représentent rien, dans le modèle!).

Modèle   avec les cerceaux :

Inspiré   de : Rosvick, J. (2008). An Interactive Demonstration of Solar and Lunar Eclipses. Astronomy   Education Review, 7(2), 112‑121. https://doi.org/10.3847/AER2008031

Le but de cette démonstration est d’aider les élèves à visualiser l’orientation des orbites impliquées, à observer comment la Lune orbite autour de la Terre et comprendre pourquoi les éclipses ne sont pas observées à chaque nouvelle lune et à chaque pleine lune.

Fabrication

Percer des trous au centre des deux balles.

Repérer la section où le cerceau semble avoir été assemblé. Séparer le cerceau à ce point et y        enfiler la boule qui représente la Terre.

Si le cerceau de l’orbite de la Lune est un anneau solide, il est possible de trancher à mi-chemin        du trou percé la boule pour la glisser dans le cerceau et ensuite recoller les faces coupées.

Passer une des extrémités du cerceau de la Terre à travers l’orbite de la Lune.

Recoller le cerceau de l’orbite de la Lune qui a été précédemment coupé.

Modélisation

Demander aux élèves de tenir le cerceau horizontalement au-dessus de l’ampoule solaire, en        s’assurant que le soleil est au centre du cerceau et dans le même plan.

Orienter le cerceau de l’orbite de la Lune avec une inclinaison exagérée par rapport au plan de        l’orbite terrestre, puis montrer avec vos doigts l’intersection des orbites et demander aux élèves de visualiser une ligne.

Commencer la démonstration  avec la Terre sur le côté du cerceau le plus proche des élèves. L’élève        qui tient le cerceau se tient d’un côté. Orienter le cercle d’orbite de la Lune de manière à ce que la Lune se trouve dans une nouvelle phase lunaire, mais en dessous du plan de l’orbite terrestre. Tout en maintenant l’orientation et l’inclinaison du cerceau de l’orbite de la Lune, faire tourner le cerceau de la Lune jusqu’à ce que la Lune soit dans une phase de pleine lune; la Lune est maintenant au-dessus du plan de l’orbite de la Terre. En effectuant cette partie de la démonstration, expliquer que pour ces deux phases, les éclipses ne seront pas possibles parce que la Lune est au-dessus ou au-dessous de la Terre. Par conséquent, l’ombre de la Lune ne tombera pas sur la Terre, dans le cas d’une éclipse solaire, ni la Lune ne passera dans l’ombre de la Terre, dans le cas d’une éclipse lunaire.

Ensuite, l’élève fait tourner le cerceau dans le sens antihoraire (vu d’en haut) d’un quart de tour; maintenant, la Terre est du côté droit du cerceau, vu par la classe. Au cours de cette rotation, faire pivoter l’orbite lunaire autour d’un quart de tour, en veillant à ce que l’orientation de l’orbite ne soit pas modifiée pendant la rotation. Cette fois, lorsque les phases de la nouvelle lune et de la pleine lune sont démontrées, les élèves sont en mesure de voir que des éclipses sont possibles pour cet arrangement.

Étape 3 : Calculer les distances entre le Soleil-Terre et Terre-Lune

Activité de : https://www4.obs-mip.fr/wp-content-omp/uploads/sites/45/2021/06/dossier_peda_eclipse_version5generique.pdf

Avant de décrire le phénomène d'éclipse, il est important d'appréhender les tailles et distances comparées du Soleil, de la Terre et de la Lune :

Diamètre

Soleil 1 392 700 km

Terre 12 756 km

Lune 3 475  km

Distance Terre-Soleil (moyenne) : 149 597 871 km

Distance Terre-Lune (moyenne) : 383 398 km

Calculons maintenant le rapport entre les distances Terre-Soleil et Terre-Lune : RDS-L   = 149 597 871 / 383 398 = 390

On constate que le diamètre de la Lune est environ 400 fois plus petit que celui du Soleil, mais qu'elle est aussi environ 400 fois plus proche de la Terre que ne l'est le Soleil : cette configuration exceptionnelle nous fait percevoir l’image du Soleil de la même taille que celle de la Lune.

On dit   que les diamètres angulaires des deux astres sont comparables. Dans la réalité, ces diamètres angulaires varient légèrement puisque les distances Terre-Lune et Terre-Soleil varient (en raison des orbites elliptiques de la Lune et de la Terre. On comprend donc que, sous certaines conditions, la Lune   puisse cacher le disque solaire. En revanche, dans certains cas, la Lune sera trop éloignée de la Terre pour cacher entièrement le disque solaire.

Étape 4: (Démarche de conception d’un outil pour observer l’éclipse)

La boite   à éclipse

Ouvrir la boite et recouvrir l'une des faces intérieures courtes de papier blanc en utilisant le ruban adhésif.

Sur la face opposée au papier blanc, faire deux trous l'un à côté de l'autre, séparés d'au moins dix centimètres (un pour laisser entrer la lumière du Soleil et l'autre pour regarder à l’intérieur de la boite).

Coller du papier d'aluminium sur le trou pour le Soleil.

Utiliser l'aiguille pour percer un petit trou dans le papier d'aluminium.

Bien refermer la boite avec du ruban adhésif.

* Plus on augmente le diamètre du trou, plus l'image sera lumineuse... mais en contrepartie elle deviendra plus floue. À l'inverse, si l'on désire une image nette, on aura intérêt à diminuer le diamètre du trou (dans une certaine   limite, l'image devenant trop ténue). – Plus on augmente la distance entre le   trou et la surface (la feuille au fond de la boite) sur laquelle est projetée l'image, plus cette dernière est grande, mais moins elle est brillante. Il peut être intéressant de demander aux élèves de faire des hypothèses sur la distance et la circonférence du trou qui seraient optimales afin de pouvoir bien observer l’éclipse.

Fabriquer le Projecteur de soleil (Démarche de conception)

Découper dans votre papier cartonné un rectangle de 8 pouces sur 6 pouces (20 cm sur 15 cm). Découper un carré de 2 pouces (5 cm) de côté au centre comme sur le modèle ci-contre.

Découper un carré de papier d’aluminium de 7,5 cm (3 po) de côté. Coller le papier d’aluminium sur        le vide du carré. Le papier d’aluminium doit être lisse.

Faire un trou au milieu de la feuille avec une punaise. Cette section peut demander l’aide de la        personne enseignante selon son choix en termes de sécurité.

Décorer le projecteur de soleil. Attention de ne pas couvrir le trou du papier d’aluminium.

Note : en réalité, n’importe quel trou percé dans une feuille de papier fonctionnera! Le papier d’aluminium permet d’avoir un trou plus net.