Brevet FR2794561A1 — publié le 20001208

La présente invention concerne un dispositif très transportable permettant de montrer et de reconnaître les constellations vues depuis n'importe quel point de la Terre à n'importe quelle date et heure de l'année, tout en montrant la position de l'observateur sur la Terre et la position de celle-ci autour du Soleil. Tous les systèmes transportables existants qui permettent de montrer le ciel étoilé fonctionnent sans montrer la Terre et le Soleil. Or c'est parce que la Terre tourne autour du Soleil et sur elle-même, que le ciel étoilé change. Ainsi il existe des mini-ciels plans ne fonctionnant que pour une latitude donné, qui se présentent sous la forme d'un disque tournant dont une partie est occultée. Il existe des petits globes célestes avec horizon encerclant leur périmètre à l'extérieur mais là encore le lien physique entre l'observateur sur la Terre par rapport au Soleil n'existe pas. Traditionnellement pour que cette exigence soit satisfaite dans un dispositif ultra-transportable on utilise un logiciel informatique d'astronomie. On peut effectivement voir la voûte céleste avec la Terre tournant autour du Soleil et ainsi comprendre le ciel qui est vu depuis un lieu précis de la Terre à une date quelconque de l'année, mais l'observation se fait seulement en deux dimensions sur l'écran. La difficulté essentielle pour répondre à une telle exigence réside dans le fait qu'il faut représenter en trois dimensions et de façon réduite ce qui dans la réalité est énorme et en faire un objet transportable. Le dispositif selon l'invention répond à cette exigence. Il permet tout en étant très transportable de visualiser en trois dimensions l'horizon d'un observateur quelconque sur la Terre ainsi que la position de cette dernière autour du Soleil et permet de montrer les constellations vues depuis cet endroit de la Terre quels que soient le jour et l'heure. Il comporte un globe sphérique transparent gonflable, dont la surface interne est marquée de la voûte céleste, et des jours de l'année sur l'écliptique, un Soleil central autour duquel tourne une Terre, un horizon s'ajustant sur la Terre au lieu où on veut voir le ciel, et un arceau amovible pouvant s'ajuster autour du globe à l'extérieur et matérialisant l'horizon sur la voûte céleste. Ainsi, l'utilisateur, tout en commandant les mouvements de la Terre , depuis l'extérieur du globe, peut voir par transparence à travers les parois du globe, pour une date et une heure donnée, sa position sur la Terre autour du Soleil et regarder les constellations qu'il peut voir à ce moment là par rapport à son horizon et comprendre ainsi leur orientation et leur position dans le ciel. Le dispositif est utilisable quelque - soit la latitude et la longitude de l'utilisateur et, une fois dégonflé, il peut être plié et emmené très facilement dehors lors d'une séance d'observation ou être rangé. Contrairement à tous les globes célestes gonflables existant, les constellations se voient à l'endroit depuis l'intérieur du globe et non depuis l'extérieur, elles se regardent donc par transparence depuis la face qui leur est opposée. La taille des étoiles étant petite par rapport à celle du globe la vision par transparence n'est pas du tout gênée par les étoiles au voisinage de l'endroit où on colle les yeux pour regarder. Les principales étoiles de toutes les constellations sont marquées sur la face interne du ballon ainsi que différents objets importants du ciel, et les jours de l'année sont marqués au niveau de l'écliptique sur le ballon dans l'alignement Soleil- Terre à ces dates. Le système Soleil- Terre est constitué par la Terre, le Soleil, l'axe les supportant, et d'une pièce circulaire transparente constituant l'embase de l'axe avec lequel elle est solidaire. Le système Soleil-Terre est tel que le Soleil est au centre du ballon et la Terre peut tourner autour du Soleil de même qu'elle peut tourner sur elle-même. Ces mouvements sont commandés depuis l'extérieur du ballon par l'utilisateur. Sur la Terre vient s'ajuster un petit horizon plat tangent au lieu d'où on veut connaître le ciel qui y est vu. Cet horizon est ajusté par l'utilisateur avant de gonfler le globe. En effet le système Soleil- Terre peut se désolidariser du globe et être sorti de l'intérieur de ce dernier. Le système Soleil-Terre peut être introduit dans le ballon et fixé à celui-ci soit au niveau du pôle sud écliptique ou au pôle nord écliptique par deux entailles faites dans la paroi du ballon au niveau de ces pôle. Ces deux positions de fixation correspondent à une observation depuis l'hémisphère nord ou sud de la Terre. Deux rondelles transparentes fixées au ballon encerclent chacune une entaille. Sur ces rondelles peut se fixer par un système de visses l'embase circulaire transparente du système Soleil- Terre. L'étanchéité est assurée par un joint entre la rondelle et la pièce circulaire. L'extrémité de l'axe du système Soleil- Terre traverse en son centre une pièce circulaire qui se fixe toujours via un joint d'étanchéité sur la rondelle fixée autour de l'autre pôle correspondant. L'axe ressort à l'extérieur du globe. Un boulon vient se visser dessus pour venir en butée sur la pièce circulaire précédemment citée via un joint. Ainsi le système Soleil-Terre est fixé par son embase circulaire sur l'un des pôles écliptique et l'extrémité de son axe est fixée au niveau de l'autre pôle. Le système Soleil Terre est alors solidaire du globe. L'axe du système Soleil-Terre est constitué d'une tige centrale, fixée au ballon au niveau d'un des pôles écliptiques par le boulon précédent, et sortant du ballon de l'autre, et de trois tubes s'enfilant les un dans les autres autour de cette tige centrale et s'arrêtant en dessous de l'écliptique. Les deux premiers tubes autour de la tige centrale peuvent tourner autour de cette dernière et sortent à l'extérieur du globe au niveau de l'embase, et le dernier tube entourant les précédents est solidaire de l'embase du système Soleil- Terre. Le Soleil est fixé sur la tige centrale précédemment citée. La Terre est reliée à l'axe du système Soleil- Terre par une pièce fixée sur le premier tube entourant la tige centrale. L'axe de rotation de la Terre est emboîté sur une pièce solidaire d'une roue dentée pouvant tourner sur elle-même. Cette roue est fixée à l'extrémité de la pièce fixé sur le premier tube entourant la tige centrale. Cette roue est entraînée par une courroie reliée à une autre roue dentée de même diamètre fixée sur la tige centrale. Ainsi quand l'utilisateur fait tourner le premier tube autour de la tige centrale par le bouton fixé sur ce tube à l'extérieur du ballon, la Terre tourne autour du Soleil et son axe garde toujours la même direction. L'axe de rotation de la Terre est enfilé dans un trou dont la direction fait un angle de 23 avec la normale au plan de l'écliptique. Ce trou est réalisé dans la pièce solidaire de la roue dentée précédemment citée et l'axe de la Terre peut tourner sur lui- même. Le deuxième tube autour de la tige centrale pouvant tourner autour du premier permet de commander la rotation de cet axe depuis l'extérieur du ballon par un bouton qui lui est solidaire. En effet une roue dentée est fixée sur ce deuxième tube et grâce à une courroie elle entraîne une autre roue dentée fixée à l'extrémité et en dessous de la pièce supportant la roue qui supporte la Terre et a son axe de rotation qui correspond à celui de cette dernière. Cette roue entraîne une troisième avec laquelle elle est solidaire, cette dernière entraînant une roue fixée sur l'axe de rotation de la Terre. Le troisième tube autour de la tige centrale est solidaire de l'embase du système Soleil- Terre. Il a un rôle d'étanchéité. L'air ne passe pas dans les tubes car ils sont jointifs et graissés et la pression dans le ballon relativement faible. Ainsi l'utilisateur peut commander depuis l'extérieur la rotation de la Terre autour du Soleil ainsi que sa rotation sur elle-même. L'horizon est constitué par un petit plan circulaire transparent graduée en degré avec les positions des points cardinaux et peut être tangent à n'importe quel point de la Terre car il est solidaire d'une pièce transparente sphérique englobant la Terre et pouvant coulisser sur celle-ci. Cette pièce a une entaille sur sa partie inférieure dans une direction perpendiculaire au plan de l'horizon pour laisser passer l'axe de la Terre quand l'horizon parcourt l'hémisphère nord ou sud. Une visse de serrage permet de solidariser l'horizon à la Terre. Sur le plan de l'horizon un petit bonhomme se tient debout. Enfin la Terre peut s'emboîter sur son axe de rotation sur son pôle nord ou sur son pôle sud. L'utilisateur choisi l'un ou l'autre en fonction de l'hémisphère auquel il appartient. En effet la mobilité de l'horizon étant limitée car il vient en butée contre l'axe de rotation de la Terre, cette dernière s'emboîte sur son axe, au niveau du pôle sud pour les utilisateurs situés sur l'hémisphère nord et au niveau du pôle nord pour ceux situés sur l'hémisphère sud. Pour connaître l'heure solaire du lieu où est placé l'horizon, une bague graduée avec les heures de la journée peut être ajustée de sorte que un repère sur le bouton servant à faire tourner la Terre sur elle-même corresponde avec la graduation 12h quand le bonhomme sur l'horizon est au plus près du Soleil. Ainsi l'heure solaire peut être ajustée pour n'importe quelle longitude. Enfin pour que le ciel soit vu avec confort et avec une bonne précision en évitant l'erreur de parallaxe liée au fait que la Terre n'est pas vraiment au centre du globe un arceau vient s'ajuster par l'utilisateur autour et à l'extérieur du globe. Cet arceau est une tige télescopique suffisamment souple pour former une boucle de diamètre égal à celui du globe et il tient sur celui-ci car il le comprime légèrement. Cet arceau s'ajuste très facilement de façon à être parallèle au plan de l'horizon terrestre et de sorte que le Soleil soit compris dans le plan formé par l'arceau. Ainsi l'horizon du lieu matérialisé par l'arceau n'est pas décalé sur la voûte céleste. Le cerceau est graduée en degré avec les positions des points cardinaux comme l'horizon terrestre. Ainsi pour orienter correctement l'arceau l'utilisateur n'a plus qu'à aligner le centre de la Terre avec la tige centrale, de regarder la graduation sur l'horizon terrestre qui est sur cet alignement et d'aligner dans la même visée la graduation correspondante sur l'arceau. Ainsi l'horizon du lieu sur la voûte céleste matérialisé par l'arceau, est ajusté sur le globe avec une très bonne précision correspondant à quelques degrés d'angle et cette opération est très rapide. Le problème de la parallaxe, même si celle-ci est faible, lié à la distance de la Terre au Soleil disproportionnée par rapport à la voûte céleste, est donc contourné une fois l'arceau correctement positionné. Le ciel du lieu est effectivement vu en trois dimensions comme dans un planétarium avec une excellente précision de la position des constellations dans le ciel par rapport à l'horizon et cela tout en montrant la position de l'observateur sur la Terre autour du Soleil et le tout dans un dispositif très transportable et très peu encombrant. Pour résumer le fonctionnement du dispositif prenons l'exemple d'un utilisateur voulant connaître le ciel australien. Il devra d'abord sortir le système Soleil- Terre du ballon qui sera alors dégonflé. Il emboîtera la Terre sur son axe au niveau du pôle nord. II fixera le, centre du plan de l'horizon sur l'Australie. Il rentrera le système Soleil- Terre par la saillie sur le pôle nord écliptique et le fixera au ballon sur la rondelle centrée autour de ce pôle. Il fixera l'extrémité de son axe au niveau du pôle sud écliptique. Il gonflera le ballon avec un gonfleur de préférence pour éviter toute rentrée d'humidité. Pour connaître le ciel vu à une date donnée depuis ce lieu il faudra aligner le Soleil et la Terre sur la date correspondante marquée sur le ballon au niveau de l'écliptique. Ensuite en référençant le midi solaire du lieu avec la bague citée précédemment, et en faisant tourner la Terre sur elle-même il pourra faire varier la position de l'horizon en fonction de l'heure de la journée. Pour une date et une heure données, il positionnera l'arceau autour du globe et pourra voir le ciel depuis ce lieu en regardant au-dessus de l'arceau qui matérialise l'horizon du lieu sur la voûte céleste. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 présente le dispositif entier vu de profil. La figure 2 montre comment s'utilise le dispositif. La figure 3 montre le système Soleil-Terre désolidarisé du ballon. La figure 4 montre le ballon sans le système Soleil- Terre. La figure 5 illustre la même chose que la figure 4 mais vu de dessous légèrement en perspective. La figure 6 montre le mécanisme de rotation de la Terre autour du Soleil ainsi que l'horizon terrestre. Selon des modes particuliers de réalisation et en référence à ces dessins - le globe (1) est en matière plastique, il est transparent et gonflable par une entrée (25). - la voûte céleste est marquée sur les faces internes du globe avec les principales étoiles et constellations, en matière phosphorescente ou non, et avec les lignes de la grille céleste. Les jours de l'année sont marqués au niveau de l'écliptique. Deux entailles (29) et (30) sont faites dans le globe, l'une (29)au niveau du pôle sud écliptique, l'autre (30) au niveau du pôle nord écliptique. - Deux rondelles identiques (2) et (4) rigides et transparentes sont centrées et fixées au ballon l'une sur le pôle nord écliptique l'autre sur le pôle sud écliptique, et encerclent chacune une entaille. Quatre visses sont solidaires de chaque rondelle et permettent la fixation du système Soleil- Terre au ballon par son embase (3) et par l'extrémité de son axe grâce à une pièce (5) jumelle de l'embase (3), que l'axe traverse, et un boulon avec joint (6). - Le système Soleil- Terre est constitué par un axe (7) (8) (9) (10), d'une pièce circulaire (3) transparente constituant l'embase de l'axe avec lequel elle est solidaire parle tube (10), de la Terre (12), du Soleil (11), de différentes roues et pièces (13), (14), (15), (16), (17), (18), (19), (20) et (21) permettant la rotation de la Terre autour du Soleil et autour d'elle-même, et d'un horizon(15) - L'axe du système Soleil-Terre est constitué d'une tige centrale (7)traversant le globe de part en part, et de trois tubes (8), (9) et (10) s'enfilant les un dans les autres et s'arrêtant en dessous de l'écliptique. Les deux premiers tubes (8) et (9) autour de la tige centrale (7) peuvent tourner autour de cette dernière, leurs mouvements étant commandés par les boutons (27) et (28), et le dernier tube (10) est solidaire de l'embase (3) du système Soleil- Terre. Le Soleil (11) est fixé sur la tige centrale (7). La Terre (12) est reliée à l'axe du système Soleil- Terre par une pièce (14) fixée sur le premier tube (8) entourant la tige centrale (7). L'axe de rotation de la Terre (13) est emboîté sur une pièce (18) solidaire d'une roue dentée (17) pouvant tourner sur elle- même. Cette roue (17) est fixée à l'extrémité de la pièce (14) fixé sur le premier tube (8) entourant la tige centrale (7). Cette roue (17) est entraînée par une courroie reliée à une autre roue dentée (15) de même diamètre fixée sur la tige centrale (7). Ainsi quand l'utilisateur fait tourner d'un tour le premier tube (8) autour de la tige centrale (7) grâce au bouton (28), la Terre (12) fait un tour autour du Soleil (11) et son axe (13) garde toujours la même direction. L'axe (13) de rotation de la Terre est enfilé dans un trou dont la direction fait un angle de 23 avec la normale au plan de l'écliptique. Ce trou est réalisé dans la pièce (18) et l'axe de la Terre peut tourner sur lui-même. Le deuxième tube (9) autour de la tige centrale (7) pouvant tourner autour du premier (8) permet de commander la rotation de cet axe (13) depuis l'extérieur du ballon grâce au bouton (27). En effet une roue dentée (16) est fixée sur ce deuxième tube (9) et grâce à une courroie elle entraîne une autre roue dentée (19) fixée à l'extrémité et en dessous de la pièce (14) supportant la roue (17) et a son axe de rotation qui correspond à celui de cette dernière. Cette roue (19) entraîne une troisième roue (20) avec laquelle elle est solidaire, cette dernière (20) entraînant, par contact dur ou mou une roue (21) fixée sur l'axe (13) de rotation de la Terre. Le troisième tube (10) autour de la tige centrale est solidaire de l'embase (3) du système Soleil- Terre. II a un rôle d'étanchéité. L'air ne passe pas dans les tubes car ils sont jointifs et graissés et la pression dans le ballon relativement faible. Avantageusement la tige centrale (7) peut être creuse et transparente pour pouvoir accueillir une petite lampe s'infiltrant jusqu'à la hauteur du Soleil (I 1) pour que celui-ci brille quand la lampe est allumée. Un tube néon peut aussi être introduit dans le tube (7) pour illuminer les étoiles qui peuvent être phosphorescentes. La distance Terre - Soleil peut représenter environ 5% du diamètre du globe gonflé ce dernier pouvant être égal à 70 cm. La Terre peut avoir un diamètre égal à environ 1,5% de celui de la sphère, le Soleil 2,5%. - L'horizon terrestre est constitué par un petit plan circulaire(15) avec les indications des points cardinaux et gradué en degrés, il est transparent et peut être tangent à n'importe quel point de la Terre (12) car il est solidaire d'une pièce (22) transparente sphérique englobant la Terre et pouvant coulisser sur celle-ci. Cette pièce a une entaille sur sa partie inférieure dans une direction perpendiculaire au plan de l'horizon pour laisser passer l'axe (13) de la Terre quand l'horizon parcourt l'hémisphère nord ou sud. Une visse (23) de serrage permet de solidariser l'horizon à la Terre. Sur le plan de l'horizon un petit bonhomme (24) se tient debout. - La Terre peut s'emboîter sur son axe de rotation soit sur le pôle nord soit sur le pôle sud. - L'horizon sur la voûte céleste est matérialisé par un cerceau avec les indications des points cardinaux et gradué en degrés qui vient s'ajuster autour et à l'extérieur du globe. Ce cerceau est une tige télescopique suffisamment souple pour former une boucle de diamètre égal à celui du globe et il tient sur celui-ci car il le comprime légèrement. - La pièce (14) peut être une glissière linéaire pour permettre la mise en tension des courroies. La partie coulissante supporte alors l'ensemble des roues et pièces (17), (18), (19), (20). Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux écoles, collèges et lycées, aux astronomes et à tous les curieux qui veulent voir et comprendre le défilement des constellations dans le ciel, de façon simple et rapide. REVENDICATIONS 1) Dispositif transportable permettant de montrer, en trois dimensions, le ciel étoilé vu depuis n'importe quel point de la Terre par rapport à la position de celle-ci autour du Soleil, caractérisé en ce qu'il comporte un globe sphérique transparent gonflable (1) dont la surface interne est marquée de la voûte céleste, un Soleil (11) central, autour duquel tourne une Terre (12) dotée d'un horizon (15), et un cerceau (26) externe amovible encerclant le globe et matérialisant l'horizon sur la voûte céleste. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que les principales étoiles et constellations ainsi que les principaux objets du ciel sont marqués sur les faces internes du globe de sorte à être vus à l'endroit par transparence depuis la face du globe qui leur est opposée et les jours de l'année sont marqués sur le globe au niveau de l'écliptique de sorte à être lus directement depuis l'extérieur du globe. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que deux rondelles (3) et (4) transparentes et rigides sont solidaires du globe, elles sont identiques et symétriques l'une centrée sur le pôle sud écliptique l'autre sur le pôle nord écliptique, chacune encerclant une entaille dans la paroi du globe par laquelle le système Soleil- Terre peut être introduit à l'intérieur du globe, l'embase (3) du système Soleil- Terre peut se fixer sur ces rondelles ainsi que l'extrémité de son axe grâce à une pièce (5) et un boulon (6), deux joints entre les pièces (5) et (4) ainsi qu'entre les pièces (2) et (3) assurent l'étanchéité de l'ensemble. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que le système Soleil- Terre est constitué par un axe (7) (8) (9) (10), d'une pièce circulaire (3) transparente constituant l'embase de cet axe avec lequel elle est solidaire par le tube (10), de la Terre (12), du Soleil (11), de différentes roues et pièces (13), (14), (15), (16), (17), (18), (19), (20) et (21) permettant la rotation de la Terre autour du Soleil et autour d'elle-même, et d'un horizon (l5). 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'axe du système Soleil-Terre est constitué d'une tige centrale (7) fixé au globe par le boulon (6), et de trois tubes (8), (9) et (10) s'enfilant les un dans les autres et s'arrêtant en dessous de l'écliptique, les deux premiers tubes (8) et (9) peuvent être tournés indépendamment autour de la tige (7) depuis l'extérieur du globe au niveau de leur extrémité (27) et (28), et le tube (10) est solidaire de l'embase (3) du système Soleil- Terre, le Soleil (11) est fixé sur la tige centrale (7) ainsi qu'une roue dentée (15), une glissière linéaire (14) est solidaire du tube (8), une roue dentée (16) est solidaire du tube (9). 6) Dispositif selon la revendication 4 caractérisée en ce que les pièces (17), (18), (l9),(20) supportant la Terre (12) ont leur axe de rotation sur la partie coulissante de la glissière linéaire (14) fixée sur le premier tube (8). 7) Dispositif selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'axe de rotation de la Terre (13) est emboîté sur une pièce (18) solidaire d'une roue dentée (17) pouvant tourner sur elle-même et entraînée par une courroie reliée à la roue dentée (15) de même diamètre, la pièce (18) comporte un trou, dont la direction fait un angle de 23 avec la normale au plan de l'écliptique, et peut recevoir l'axe (13) de rotation de la Terre qui peut tourner sur lui-même. 8) Dispositif selon la revendication 4 caractérisée en ce que une roue dentée (19) est entraînée grâce à une courroie par la roue dentée (16) et entraîne elle-même une roue (20) avec laquelle elle est solidaire, cette dernière (20) entraînant une roue (21) solidaire de l'axe (13) de rotation de la Terre. 9) Dispositif selon la revendication 4 caractérisée en ce que l'horizon est constitué par un petit plan circulaire(15) transparent et tangent à la surface de la Terre (12) avec les indications des points cardinaux et gradué en degrés, il peut pivoter sur la Terre car il est solidaire d'une pièce (22) transparente et sphérique englobant la Terre et dotée d'une entaille sur sa partie inférieure dans une direction perpendiculaire au plan de l'horizon pour laisser passer l'axe (13) de la Terre quand l'horizon parcourt l'hémisphère nord. ou sud, une visse (23) de serrage permet de solidariser l'horizon à la Terre. 10) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que le cerceau matérialisant l'horizon sur la voûte céleste est télescopique, il peut s'ouvrir et se plier.