Parmi les facteurs astronomiques qui influences la température terrestre, lesquels sont les plus important ?

[AstronomieLorraine]

Bonjour,

 

Je connais différents facteurs qui peuvent influencer la température terrestre, en revanche j'ai beaucoup de mal à savoir en quelle proportion chacun d'eux l'influence.

 

Les saisons et ses différences de température sont dues à l'inclinaison de 23,5° de la Terre. Deux facteurs entrent alors en jeu :

- la durée d'ensoleillement sur 24h (plus longue en été, plus courte en hiver) à une influence sur la température, c'est logique.

- l'inclinaison de la surface terrestre par rapport aux rayons de lumière qui arrivent à sa surface. Plus la surface de la Terre est inclinée, plus un cône de lumière va "étaler" son énergie sur une plus grande surface de la Terre. Donc en hiver, lorsque les rayons du soleil arrive davantage rasant, l'énergie reçue sur 1m² est moins importante, et donc la température baisse.

 

Parmis ces deux phénomènes, savez-vous lequel est le plus déterminant pour comprendre la température de la terre ? Où peut-être sont-ils a peut prêt équivalent ?

 

Encore un dernier facteur qui pourrait avoir de l'influence : la distance terre-soleil au court de l'année pourrait-elle être à l'origine d'une différence mesurable de température ? La distance Terre soleil étant de 150 +/- 2,5, ces 5 millions de kilomètres de différences représentes 3% de la distance moyenne de 150 millions de km.

 

A première vu, j'aurais tendance à dire que ce qui impact vraiment le plus la température de la terre c'est le fait qu'en hiver, les jours sont plus long. Ensuite, c'est l'inclinaison de la surface terrestre par rapport aux rayons du soleil, plus importante en hiver. Et pour finir, la distance terre-soleil n'a pas d'impact mesurable sur la température. J'ai raison ?

 

PS : Peut-être y'a t'il encore d'autres facteurs que je ne connais pas ou que je n'ai pas pris en compte ?

 

Modifié 2 décembre 2022 par AstronomieLorraine

[Fred_76]

L’atmosphère et la répartitions des masses d’air, d’eau et de terre sont parmi les principaux facteurs en plus de ceux que tu as cités.

[Benoît]

Citation

c'est le fait qu'en hiver, les jours sont plus long

Tu veux dire  moins long je crois. 

[AstronomieLorraine]

il y a une heure, Benoît a dit :

Tu veux dire  moins long je crois. 

Oui en effet j'ai inversé !

 

Et pour répondre à Fred, oui je vois ! Mais je me questionnais surtout sur les facteurs astronomiques (extérieurs à la terre et à sa composition). Car au cours de l'années, la composition de l'atmosphère, les masses d'eaux et de terre ne varie pas significativement, cela n'explique donc pas les variations de température au cours de l'année.

 

Je pense que jesuis mal exprimé, car je cherche à comprendre quels sont les facteurs jouant sur l'évolution des température au cours des saisons.

 

J'ai identifié trois facteurs qui varient au cours de l'année :

- les différentes durées du jours (plus longue en été)

- l'étalement plus ou moins importante des cônes de lumière en fonction de l'inclinaison de la terre

- la distance au soleil qui varie au cours de l'année (de 5 millions de km)

- ??????

 

Parmi eux, je me demande en quelle proportion chaque facteur influence les changements de température au cours de l'année.

Modifié 2 décembre 2022 par AstronomieLorraine

[Daniel Rosier]

J'aurais envie de dire la Lune, de par son influence gravitationnelle sur la Terre. Elle stabilise d'ailleurs l'axe d'inclinaison de la Terre responsable des saisons.

 

De manière plus subtile, la lune influencerait le climat de par les marées qu'elle provoque (selon une étude récente).

 

En partie aussi, le cycle solaire de 11 ans (en moyenne). Ce cycle entraîne une variation dans les types de rayonnements émis par le soleil, et donc, l'interaction de ces différentes radiations avec les couches atmosphériques terrestres.

Modifié 2 décembre 2022 par Daniel Rosier

[Daniel Rosier]

Il y a 6 heures, AstronomieLorraine a dit :

Parmi eux, je me demande en quelle proportion chaque facteur influence les changements de température au cours de l'année

 

C'est compliqué, je pense, de répondre à ta question car, dans la pratique, il y a énormément d'autres facteurs qui entrent en ligne de compte question températures : altitude, inertie et albedo du sol, pression atmosphérique, clarté de l'atmosphère, présence ou non de vent, cellules de convection, etc.

 

Mais en général oui, les deux premiers facteurs que tu as cités (la hauteur du soleil dans le ciel et donc l'inclinaison des rayons ainsi que la durée d'ensoleillement) exercent une grosse influence.

Modifié 2 décembre 2022 par Daniel Rosier

[Discret68]

Pour aller un peu plus loin sur les facteurs de variations de la température à la surface de la terre, je t'invite à regarder cette vidéo qui explique les différentes variations de l'orbite terrestre autour du Soleil et leur impact sur la température ressentie :

 

 

D'une manière générale, tu cherches selon les critères "précession équinoxe" ou "cycle Milankovitch" pour avoir plus de vidéos disponibles.

 

[AstronomieLorraine]

Il y a 12 heures, Daniel Rosier a dit :

 

C'est compliqué, je pense, de répondre à ta question car, dans la pratique, il y a énormément d'autres facteurs qui entrent en ligne de compte question températures : altitude, inertie et albedo du sol, pression atmosphérique, clarté de l'atmosphère, présence ou non de vent, cellules de convection, etc.

 

Mais en général oui, les deux premiers facteurs que tu as cités (la hauteur du soleil dans le ciel et donc l'inclinaison des rayons ainsi que la durée d'ensoleillement) exercent une grosse influence.

 

Je te remercie pour ta réponse !

 

Je pense que je me suis mal exprimé, car je cherche juste à identifier les facteurs qui influencent les variations de températures annuelles (c'est à dire des saisons).

 

Il me semble que l'altitude, l'albedo au sol, la pression atmosphérique, la clarté de l'atmosphère ne varient pas périodiquement en fonction des saisons (enfin si ça varie, mais c'est plutôt une conséquence des différences de température qui elle même est induite par des causes astronomiques).

 

Je veux dire, il n'y a pas de cause physique propre à la terre qui dit que la pression atmosphérique, l'albedo ou la clarté de l'atmosphère varie périodiquement sur terre. Il me semble que ces phénomène sont causés eux-mêmes par les différences de température. Or moi je cherche à comprendre les facteurs qui influencent la température en fonction des saisons.

 

Pour la lune, c'est pareil, je comprends que les marées puissent avoir un impact sur la température, mais comme les marées sont un phénomène assez régulier au cours de l'année, je ne pense pas que cela ait un impact sur la variation des températures au cours des saisons.

 

Je sais pas si j'arrive à être clair haha

 

 

 

 

Donc d'après ce que tu m'as dis Daniel, les deux facteurs largement majoritaires sont la durée de la nuit en fonction des saisons, et l'étalement des cônes de lumière sur la surface terrestre. Donc deux petites questions encore :

 

- On est d'accord que le fait que la terre s'approche de 5 millions de kilomètres en hiver n'a pas d'influence importante sur la température par rapport aux deux autres facteurs cités plus haut ?

 

- Et la grande question : parmi nos facteurs identifiés, est-ce possible d'estimer quand même lequel est le plus important ? Ou bien c'est vraiment 50/50 plus ou moins ? En fait, j'ai fais ce topic dans l'unique but de comprendre quel est le facteur principal dans les changements de température saisonniers... Car j'entends toujours soit l'une des explications, soit l'autre, sans vraiment savoir lequel est la principale.

 

 

Discret68 :  Merci pour votre vidéo, je vais la regarder !

 

C'est génial pour aller plus loin effectivement ! Mais c'est une explication des changements de températures sur de longues échelles de temps... Je m'intéresse surtout aux changements de température sur une année  

Modifié 3 décembre 2022 par AstronomieLorraine

[Daniel Rosier]

il y a une heure, AstronomieLorraine a dit :

Et la grande question : parmi nos facteurs identifiés, est-ce possible d'estimer quand même lequel est le plus important ? Ou bien c'est vraiment 50/50 plus ou moins ? En fait, j'ai fais ce topic dans l'unique but de comprendre quel est le facteur principal dans les changements de température saisonniers... Car j'entends toujours soit l'une des explications, soit l'autre, sans vraiment savoir lequel est la principale.

 

C'est difficile (encore une fois désolé) car en règle générale, les deux facteurs varient en même temps ! En été, le soleil est plus haut dans le ciel ET en même temps la durée d'ensoleillement est plus importante qu'en hiver.

 

Pour savoir lequel des deux facteurs apporte un effet plus important que l'autre sur la température, il faudrait faire varier l'un en tenant constant l'autre et vice-versa, tout en ne faisant pas intervenir les autres facteurs (atmosphère, pression, albedo,...). Et ça sur terre, ben on n'a pas ces conditions.

 

Il faudrait donc réaliser des expériences.

 

Ça reviendrait à se demander : qu'est-ce qui engendrerait une hausse plus grande de la température dans une pièce, un radiateur brûlant pendant une heure ou ce même radiateur moins brûlant pendant deux heures ? Il faudrait faire l'expérience dans les mêmes conditions d'isolation, surface chauffée etc, et en se rapprochant le plus des rapports insolation/surface et durée d'insolation/surface. En espérant que je me fais comprendre...

Modifié 3 décembre 2022 par Daniel Rosier

[Daniel Rosier]

On pourrait peut-être (avec de grosses pincettes) comparer la situation aux pôles avec la situation en zone tempérée. 

 

L'été dans le pôle sud, la durée d'insolation (dans un ciel clair, donc en altitude au milieu du pôle, pas aux côtes) est d'environ 24h mais le soleil reste bas sur l'horizon. En zone tempérée comme chez nous, (et pour une même altitude), en hiver, la durée d'insolation (toujours par ciel clair donc) est d'environ 8h et le soleil est bas sur l'horizon. Donc un seul facteur varie en première approche, ici en l'occurrence la durée d'insolation.  

 

On pourrait comparer les températures. Mais le problème c'est que d'autres facteurs entrent toujours en ligne de compte et faussent les résultats à mon avis...

 

Bon, en restant plus simple:

 

En été, à quel moment de la journée la température est-elle la plus élevée PAR CIEL CLAIR ? À midi où au coucher du soleil ? À midi. C'est manifestement l'inclinaison des rayons et donc la concentration lumineuse qui l'emporte sur la durée d'insolation. Je pense qu'on peut transposer ça à tes interrogations.

 

Daniel 😉 

Modifié 3 décembre 2022 par Daniel Rosier

[edubois3]

Il y a 1 heure, Daniel Rosier a dit :

En été, à quel moment de la journée la température est-elle la plus élevée PAR CIEL CLAIR ? À midi où au coucher du soleil ? À midi. C'est manifestement l'inclinaison des rayons et donc la concentration lumineuse qui l'emporte sur la durée d'insolation. Je pense qu'on peut transposer ça à tes interrogations.

Daniel,

 

Toutes choses étant égales par ailleurs et donc considérées comme invariantes, la température maximale de la journée est quand le Soleil passe au méridien. La température minimale est elle obtenue au lever du Soleil. Et quelque soit le jour dans l'année. Dans les 2 cas, les considérations horaires sont donc purement locales, et ne dépendent pas de la montre.

 

Éric

[Daniel Rosier]

il y a 11 minutes, edubois3 a dit :

Et quelque soit le jour dans l'année

 

Tout à fait d'accord avec toi Éric 👍.

[AstronomieLorraine]

Merci encore une fois pour ta réponse Daniel !

 

J'aime bien effectivement l'exemple des pôles sud...

 

Mais par contre, je pense qu'il doit être facile de réaliser une expérience où on éclaire une sphère pendant X temps, puis Y temps, puis Z temps, etc... avec une orientation identique. Des capteurs sur la sphère pourraient mesurer les différences de température atteinte, et ainsi réaliser une courbe.

 

En parallèle, on pourrait réaliser sur cette même sphère une série d'expérience avec une durée identique d'éclairement, à des distance identiques, mais des angles de projection de la lumière différents. En mesurant les températures atteintes, on pourrait à nouveau construire une courbe.

 

En comparant ces deux courbes, et en ayant pris bien soin d'avoir eu une température initiale de la sphère identique dans les deux situations, je crois qu'on pourrait en déduire lequel des deux mécanismes est le plus conséquent dans l'augmentation de la température reçue par la sphère.

 

Une telle expérience existe-elle déjà ?

 

En fait, si je m'intéresse actuellement à ce sujet, c'est que je suis souvent confronté à des situations où je dois vulgariser le concept de l'origine astronomique des saisons... Et j'avoue que je ne sais jamais lequel des deux facteurs je dois expliquer en premier (car même s'il faudrait expliquer les deux, c'est souvent pas possible par manque de temps). J'aimerais pouvoir affirmer quel est le facteur principal, tout en précisant qu'il existe bien sûr d'autres facteurs importants.

Modifié 3 décembre 2022 par AstronomieLorraine

[Daniel Rosier]

Personnellement, avec mes élèves, je viens de voir cette matière en formation scientifique. Je commence toujours par parler de l'inclinaison de l'axe de rotation de la terre à l'aide d'une lampe et d'une mappemonde. Puis j'en viens à leur montrer l'inclinaison des rayons solaires et de la hauteur du soleil dans le ciel (géométriquement au tableau et à l'aide d'une lampe). Enfin, j'en viens à la longueur de la journée en été qui ajoute à la température.

[22Ney44]

Bonjour @AstronomieLorraine,

 

Intéressant comme questionnement ! Vous évoquez la distance Terre-Soleil comme élément contribuant aux variations de température. Très naïvement je me demande alors pourquoi il fait plus froid au sommet des montagnes qu'au fond des vallées alors qu'au sommet nous sommes jusqu'à 8 km plus près de la source de chaleur. Mieux, le vide cosmique étant un isolant thermique en mettant fin à la conductivité, il devrait faire plus chaud en altitude qu'au sol, ce phénomène étant amplifié par la poussée d'Archimède. or nous constatons sans équivoque le contraire.

 

Pourquoi ?

 

Poursuivons. Prenons les océans polaires. Ils sont gelés en surface et liquides en profondeur alors qu'en surface ils reçoivent, même peu, les calories solaires mais pas en profondeur pourtant liquide. Ici aussi la poussée d'Archimède devrait justifier une température de surface supérieure à la température de profondeur. Or nous constatons le contraire.

 

Pourquoi ?

 

Ces deux exemples sont là pour vous inciter à approfondir votre questionnement et en particulier à vous demander quels sont les liens véritables de causes à effet qui aboutissent aux observations et mesures de température. Votre raisonnement de l'inclinaison de la Terre et donc de la variation de densité surfacique de l'énergie n'est peut-être pas suffisant pour expliquer les variations de température. Prenez comme exemple notre Pays et la région de Terre Neuve tous deux exactement à la même latitude, baignés par le même océan, soumis aux mêmes marées, et pourtant fondamentalement soumis à de régimes de températures très très différents. Quand  on se baigne à Noël à Bayonne, on traverse le Saint Laurent à pied sec sur la glace.

 

Les variations saisonnières des températures viennent alors de quelles cascades de causes ? S'il est indéniable que c'est lié à l'inclinaison de l'axe sur l'orbite, la cause est une cause "mère" dont les résultats sont différents d'un point à l'autre à latitude égale mais longitudes différentes.

 

Il devient alors nécessaire d'approfondir le questionnement avant de chercher les réponses en ne perdant pas de vue que tous les modèles mathématiques atmosphériques, climatiques ou météorologique reposent tous sur le modèle du chaos. La colossale difficulté à comprendre la mécanique intime vient de là et la connaissance ignorée est bien supérieure à la connaissance déjà acquise.

 

Courage c'est un magnifique chemin à parcourir !

 

Ney

 

[Benoît]

Citation

En été, à quel moment de la journée la température est-elle la plus élevée PAR CIEL CLAIR ? À midi où au coucher du soleil ? À midi. 

Citation

Toutes choses étant égales par ailleurs et donc considérées comme invariantes, la température maximale de la journée est quand le Soleil passe au méridien

 

Désolé. de vous décevoir, mais ces 2 affirmations sont inexactes. Les maximums des températures du jour sont entre16 et 17 heures locales. Vers midi, l'augmentation de température se fait moins rapidement mais continue quand même pour quelques heures jusqu'à stabilisation puis début du refroidissement (entre 16 et 17 heures).

 

En parallèle on peut se demander quand atteint-on le minimum de la journée? La réponse est dans l'heure suivant le lever du soleil. La raison en est la turbulence de l'air provoqué par le soleil qui rabat l'air plus froid en altitude vers le sol.

 

Évidemment, ces observations ne sont plus valides lorsqu'il y a changement de masse d'air tel le passage d'un front.  

 

Il est aussi important de savoir que le soleil ne réchauffe pas directement l'air (sinon le température augmenterait avec l'altitude), c'est plutôt le sol qui absorbe le rayonnement ultra-violet et réémet de la chaleur sous forme d'infra-rouge ce qui réchauffe l'atmosphère. 

[Daniel Rosier]

Il y a 8 heures, Benoît a dit :

 

Désolé. de vous décevoir, mais ces 2 affirmations sont inexactes. Les maximums des températures du jour sont entre16 et 17 heures locales. Vers midi, l'augmentation de température se fait moins rapidement mais continue quand même pour quelques heures jusqu'à stabilisation puis début du refroidissement (entre 16 et 17 heures).

 

En parallèle on peut se demander quand atteint-on le minimum de la journée? La réponse est dans l'heure suivant le lever du soleil. La raison en est la turbulence de l'air provoqué par le soleil qui rabat l'air plus froid en altitude vers le sol.

 

Évidemment, ces observations ne sont plus valides lorsqu'il y a changement de masse d'air tel le passage d'un front.  

 

Il est aussi important de savoir que le soleil ne réchauffe pas directement l'air (sinon le température augmenterait avec l'altitude), c'est plutôt le sol qui absorbe le rayonnement ultra-violet et réémet de la chaleur sous forme d'infra-rouge ce qui réchauffe l'atmosphère. 

 

Merci Benoît 👍, tout à fait. 

 

En fait, tant que le sol reçoit plus d'énergie (du soleil) qu'il n'en ré-émet lui-même, la température de ce même sol continue d'augmenter. Ce qui fait que ce n'est pas vers "midi" (ou plus précisément au passage du soleil au méridien) que la température au sol est plus élevée mais quelques heures après. Mais l'idée reste bonne, alors que le soleil brille encore dans le ciel de la fin d'après-midi, début de soirée, et que donc la durée d'ensoleillement continue d'augmenter, l'énergie reçue par le sol devient plus faible que l'énergie renvoyée par le sol: la température de celui-ci commence à diminuer et donc celle de l'air également.

Modifié 4 décembre 2022 par Daniel Rosier

[Alhajoth]

Le 02/12/2022 à 15:48, AstronomieLorraine a dit :

Les saisons et ses différences de température sont dues à l'inclinaison de 23,5° de la Terre. Deux facteurs entrent alors en jeu :

- la durée d'ensoleillement sur 24h (plus longue en été, plus courte en hiver) à une influence sur la température, c'est logique.

- l'inclinaison de la surface terrestre par rapport aux rayons de lumière qui arrivent à sa surface. Plus la surface de la Terre est inclinée, plus un cône de lumière va "étaler" son énergie sur une plus grande surface de la Terre. Donc en hiver, lorsque les rayons du soleil arrive davantage rasant, l'énergie reçue sur 1m² est moins importante, et donc la température baisse.

 

Ces deux phénomènes sont directement corrélés. Cela n'a pas vraiment de sens, de déterminer quelle est la cause principale.

 

Qu'est-ce qui fait qu'en décapotable, on ait du vent dans les cheveux ?

Le fait qu'on appuie sur l'accélérateur, ou que la voiture aille vite ?...