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Pourquoi y a-t-il des saisons ?

Comme les autres planètes du système solaire, la Terre connaît des saisons. Mais cela ne peut pas être juste expliqué par son éloignement au Soleil. D'où viennent les saisons terrestres ?

Printemps, été, automne, hiver : la Terre est rythmée par les saisons. Elle n'est pas la seule concernée par ce phénomène astronomique : toutes les planètes du système solaire en ont. Mais d'où viennent les saisons terrestres ? On pourrait spontanément attribuer ces périodes climatiques stables de l'année à la distance de la Terre par rapport au Soleil, en se disant qu'il fait naturellement plus froid quand la planète s'éloigne du Soleil, et plus chaud quand elle s'en rapproche.

Comme le résume très justement la Nasa, « bien que cette idée ait du sens, elle est incorrecte ». Effectivement, l'orbite de la Terre autour de l'étoile ne dessine pas un cercle parfait, mais plutôt une ellipse. Cependant, au moment où la Terre est à sa distance minimale avec l'étoile (le périhélie), c'est l'hiver dans l'hémisphère nord. Et lorsqu'elle est à sa distance maximale avec le Soleil (l'aphélie), c'est l'été là-bas. Par ailleurs, la différence de distance entre le moment du périhélie (environ 147 millions de kilomètres entre la Terre et le Soleil) et celui de l'aphélie (152 millions de kilomètres) n'est pas si grande, par rapport à la distance totale.

L'axe de rotation de la Terre est incliné

L'explication repose en fait sur l'axe de la Terre, c'est-à-dire la ligne imaginaire qui relie le pôle Nord au pôle Sud de la planète. C'est autour de cet axe que la Terre est en rotation (qu'elle tourne sur elle-même). Chaque jour, la planète fait un tour complet sur cet axe. Or, cet axe de rotation est incliné de 23,4° et c'est ce phénomène qui est à l'origine des saisons.

Incliné par rapport à quoi ? Au plan de l'écliptique, c'est-à-dire le plan de l'orbite de la Terre autour du Soleil (il y a donc bien un lien avec la révolution de la Terre autour du Soleil, mais pas celui évoqué plus haut). Cet axe est toujours dirigé dans la même direction. Ainsi, pendant une partie de l'année (d'une durée totale de 365,25 jours) l'hémisphère nord est incliné vers le Soleil, puis c'est l'hémisphère sud pendant les autres six mois de l'année. Le Soleil, plus haut dans le ciel pour l'hémisphère qui est incliné vers l'étoile, chauffe davantage : c'est l'été. Il chauffe moins directement sur l'autre hémisphère : c'est l'hiver. Au moment du début du printemps et de l'automne, les deux hémisphères de la planète reçoivent des quantités comparables de chaleur solaire.

Pourquoi cet axe de rotation est-il incliné ? Cette caractéristique serait liée à un événement survenu dans le passé de la Terre : l'hypothèse d'un impact avec un corps baptisé Théia. Cet événement, en plus d'être l'origine supposée de la Lune, aurait également légèrement « penché » la Terre.

À quoi ressemblent les saisons sur Mars ?

Concernant les autres planètes, le phénomène peut être expliqué soit par un axe de rotation incliné (comme la Terre), soit par une orbite elliptique (l'intuition de départ était donc pertinente, mais pas dans le cas de la Terre), ou les deux.

Mars est dans ce dernier cas : son orbite est plus elliptique que celle de la Terre, ce qui fait qu'elle reçoit plus ou moins de chaleur à certaines périodes de l'année, et son axe est incliné. Pendant l'été dans son hémisphère sud, Mars est proche du Soleil. Par conséquent, l'été dans l'hémisphère sud martien est plus court et chaud que l'été dans son hémisphère nord. Les saisons de Mars sont également plus longues, car l'année dure 687 jours.

Des observations de Hubble ont aussi permis d'observer de potentiels changements saisonniers sur Saturne ou Neptune.