Construction ligne Est-Ouest.
Mais une étoile ne bouge pas. L'axe de la sphère tournante semble passer par cette étoile appelée l'étoile Polaire. Cette étoile, un peu isolée, est facilement repérable grâce à un groupe voisin d'étoiles brillantes, la Grande Ourse. Ce groupe est connu de toutes les civilisations sous divers noms dont le septentrion Dans le grand chariot les romains voyaient sept boeufs de labour dans la Rome antique
Pour se diriger les hommes définirent 4
directions principales, appelées directions des points cardinaux :
- Le septentrion (aujourd'hui le Nord) est la direction vers
l'étoile Polaire
- Le midi (aujourd'hui le sud) est la direction opposée où se
trouve le Soleil à la mi-journée.
- Le levant (aujourd'hui l'Est) est la direction du coté ou se
lève le Soleil (et la Lune).
- Le ponant (aujourd'hui l'Ouest) est la direction du coté ou
se couche le Soleil (et la Lune).
Mais rien n'indique directement et précisément la direction d'un
point cardinal :
La direction du Sud donnée par le Soleil à mi-journée est imprécise car le Soleil reste un bon moment
à la même hauteur maximale.
Pendant des millénaires, il n'y avait pas d'étoile brillante dans la région immobile du ciel pour
indiquer le Nord. La concordance approximative de sa direction avec celle de de l'étoile polaire
est récente car à l'époque des pharaons c'était Thuban (alpha du Dragon) qui était fixe dans le ciel.
Les alignements précis résultent de constructions géométriques :
- La bissectrice de l'angle des directions des lever et coucher d'un astre quelconque donne précisément
la direction Nord-Sud, et sa perpendiculaire donne la direction Est-Ouest. Une étoile relativement brillante,
Mintaka, l'étoile supérieure droite du baudrier d'Orion à la particularité d'avoir ses azimuts au lever et coucher qui
forment un angle plat. Ils sont donc alignés sur la direction Est-Ouest. Ces azimuts donnent directement les
points cardinaux Est et Ouest à 1/3 de degré près, mais ils ne sont pas accessibles en toute saison.
- La construction ancestrale dite des cercles indiens donne la direction Est-Ouest. Un bâton est planté dans le sol.
On trace la courbe reliant les points situés à l'extrémité de son ombre faite sur un intervalle de temps assez
grand autour de midi (bien avant et bien après). On trace un cercle centré sur le pied du gnomon de rayon assez grand
pour couper deux fois la courbe précédente. La ligne qui joint ces deux intersections est orientée Est-Ouest.
A droite figure le domaine du lever (ou coucher) du Soleil.
A gauche l'incrustation correspondante au coucher (ou lever) a disparu. Les incrustations
intérieures représenteraient un croissant de Lune, le Soleil, et la constellation des Pléiades.
En bas, l'arc strié représenterait un char solaire (char de la mythologie nordique qui est
conduit par la déesse du Soleil).
Nos ancêtres ont rapidement fait le lien entre les saisons et les
quatre situations particulières du Soleil données par ses hauteurs extrêmes dans
le ciel à midi et par ses hauteurs médianes :
La nuit le spectacle céleste inspire nos ancêtres. Ils voient dans la répartition des point lumineux des représentations d'animaux ou de personnages réels ou imaginaires. On appelle astérismes ces figures que dessinent les étoiles sur la voûte céleste. Les plus connues sont les constellations qui étaient utilisées par les navigateurs des temps anciens pour se repérer. Ces regroupements en constellations dépendent des civilisations. Beaucoup de celles que nous utilisons viennent des sumériens (le Taureau, le Lion, le Scorpion) puis des grecs et des romains. Suivant les saisons, ce ne sont pas les mêmes constellations qui sont présentes la nuit et qui se déplacent de la gauche vers la droite (de l'Est vers Ouest) quand on regarde en direction du Sud.
Comme la Lune, les étoiles sont toujours présentes dans le ciel, mais quand le soleil se lève
sa lumière nous empêche de les voir. De jour on peut voir la Lune aux alentours de
l'époque de la pleine Lune, mais on a du mal à la distinguer dès qu'elle se rapproche du Soleil.
Seules quelques étoiles très brillantes comme Sirius subsistent quelques minutes après le lever
du Soleil ou peuvent être distinguées quelques minutes avant son coucher. Il en est de même,
à certaines époques pour les planètes Jupiter ou Vénus.
Le fait que les constellations visibles la nuit changent d'une saison à l'autre est donc dû au fait
que le Soleil se déplace à travers elles. La constellation que l'on voit en milieu de la nuit se trouve
à l'opposé du Soleil. La constellation où se trouve le Soleil n'est qu'en partie visible au moment
où il se couche car elle se couche avec lui, ou au moment où il se lève, mais là sa luminosité
nous empêche de la voir.
Quand on regarde vers le Nord certaines étoiles proches de l'étoile polaire sont toujours au-dessus de
l'horizon. Elles décrivent des cercles qui ont pour centre l'étoile polaire. Les étoiles un peu plus éloignées
décrivent des arcs de cercles plus grands, toujours centrés sur la Polaire, débutants à l'Est au lever
de l'étoile et finissants à l'Ouest au coucher de l'étoile. Quand on regarde vers le Sud elles
décrivent des arcs grand arc de cercle dont le centre est invisible sous l'horizon Sud. Entre les arcs
incurvés vers le Nord et ceux incurvés vers le Sud, la séparation est un arc de grand cercle qui apparaît rectiligne
reliant les points cardinaux Est à Ouest.
Sur la photo ci-dessus, l'équateur céleste correspond au filé d'étoile rectiligne qui a son pied au
point cardinal Ouest en bas à droite. Il sépare les filés d'étoiles inférieurs courbés sur
l'horizon des filés d'étoiles supérieurs qui entourent la polaire. Le court segment très brillant en bas
à droite légèrement au dessus de l'équateur est peut-être dû à Procyon qui n'est qu'à 5° de
l'équateur.
Très tôt les hommes se sont intéressés au parcours du Soleil sur la voûte céleste.
Nous avons vu que les points cardinaux Est-Ouest étaient des points du plan équatorial céleste.
Aux équinoxes le Soleil est donc dans ce plan. En été, il se lève et se couche plus au nord. Il
est au-dessus de ce plan. En hiver, il se lève et se couche plus au sud. Il est en dessous de ce plan.
Le soleil se déplace donc sur la sphère céleste. En été il est au-dessus de l'équateur, du coté de
l'étoile polaire, et en hiver il est sous l'équateur. Aux équinoxes il traverse le plan de l'équateur.
En plus de
ce déplacement Nord-Sud nos ancêtres ont constaté qu'il avait, relativement aux constellations un mouvement très
lent d'Ouest vers l'Est (de sens opposé au mouvement journalier rapide d'ensemble d'Est vers l'Ouest). Le soleil
se déplace chaque jour d'environ 1° vers la gauche (vers l'Est) sur le fond
ciel. Mais quand le Soleil est là, de jour, on ne peut pas s'en rendre compte car les étoiles sont invisibles.
Si le soleil se déplace d'environ 1° vers la gauche par rapport aux constellations chaque jour, inversement
les constellations se déplacent par rapport au Soleil d'environ 1° vers la droite, et c'est bien ce que l'on constate
en regardant les constellations la nuit toujours à la même heure : au bout d'un mois (30 jours),
elles se sont bien décalées d'environ 30° vers la droite. Au bout d'un an (un peu plus de 365 jours)
elles retrouvent leur place initiale.
Le degré que nous utilisons pour mesurer les angles a été introduit par les mésopotamiens.
Il vient nombre de déplacements journaliers du Soleil pour un tour complet pour lequel les babyloniens
avaient choisi 360 (au lieu de 365) car ce nombre faisait un compte rond dans leur système sexagésimal (base 60).
Le grand cercle que parcours le soleil sur la voûte céleste s'appelle l'écliptique. Ce grand cercle
coupe le grand cercle de l'équateur en deux points appelés les points vernaux. Au printemps le Soleil
passe de l'hémisphère sud à l'hémisphère nord, et en automne, il passe de l'hémisphère nord à l'hémisphère sud.
La zone de la voûte céleste à cheval sur l'écliptique s'appelle le Zodiaque.
Ce sont douze constellations dont chacune occupe une largeur
approximativement équivalente, c'est-à-dire 360°/12 = 30°.
Ces constellations ont eu une très grande importance
dans l'antiquité, car elles étaient étudiées par les religieux ou devins pour prédire l'avenir. Ainsi les
premiers savants qui étudièrent le ciel étaient avant tout des astrologues. La séparation entre l'astronomie et
l'astrologie est récente. En France elle a été actée en 1666 lorsque Colbert a exclu l'astrologie de
l'Académie des sciences. Avant cette date la frontière était assez floue.
Avec l'avènement de l'agriculture, les hommes ont appris à leurs dépens qu'il y avait des coups de chaud précoces ou des coups de froid tardifs qui les trompaient dans le calendrier de leurs travaux. La connaissance de la durée de l'année est devenue primordiale pour éviter la perte de semences plantées trop tôt ou trop tard.
Les jours suivants elle se levait de plus en plus tôt avant le lever du Soleil et
restait visible en fin de nuit de plus en plus longtemps, puis presque toute la nuit, jusqu'à
ce que revienne l'époque de son coucher héliaque, où elle disparaissait à nouveau.
Il y a 6000 ans les égyptiens ont constaté que son lever héliaque se produisait
en même temps que le début de la crue du Nil qui nourrissait les champs de ses
eaux boueuses. C'était donc un signe annonciateur fiable
de la venue de cette crue insensible aux aléas météorologiques. Ils ont ainsi défini une
année de 365 jours, période qui s'écoulait entre deux levers héliaques de Sirius, pour
régler les évènements de la vie civile et ils firent débuter leur année civile à ce lever
héliaque. La durée de 365 jours de cette année est consignée dans le Papyrus de Rhind
qui a plus de 4000 ans.
Ce calendrier sidéral, basé sur un rendez-vous entre le Soleil et l'étoile Sirius présenta
rapidement un défaut. Au bout de quelques années le lever héliaque de Sirius ne coïncidait
plus avec le début de l'année civile, mais il intervenait avec quelques jours de retard, puis des
mois de retard, pour finalement intervenir avec un an de retard et retomber au début de
l'année civile 1460 ans après sa création !! Cette période de 1460 ans, appelée période
sothiaque fut considérée comme divine. L'année sidérale durait donc 365 + 365/1460 = 365+1/4 jours.
Ils corrigèrent leur calendrier. Le décret de Canope en 238 av. J.-C. ajouta un jour tous
les 4 ans pour corriger cette dérive. C'est l'ancêtre de notre année bissextile.
Dans les autres civilisations avancées, mésopotamiens, perses, grecs, incas, c'est un autre cheminement
qui fut suivi pour définir la durée de l'année. Ils se basèrent sur la période de temps entre
deux équinoxes. Pourquoi cet évènement ? C'est le seul évènement naturel mesurable avec précision
se reproduisant avec un intervalle de temps régulier qui coïncide avec les saisons. Son
identification demande un haut niveau de connaissances qui été atteint très tôt un peu partout
dans le monde entier. En effet des alignements précis sur les points cardinaux sont matérialisée
aux sites de Stonehenge, Machu Picchu, Chichen Itza... Il y a 4000 ans les égyptiens
les connaissaient avec une très grande précision, car ils ont alignées les grandes
pyramides sur les points cardinaux à 1/15e de degré près.
L'intervalle de temps entre deux équinoxes de printemps (ou d'automne) est l'année tropique
communément appelée année solaire. C'est l'année civile qui est utilisée dans le monde occidental moderne.
Quelques pays ou la religion
empêche l'évolution des pratiques utilisent encore en interne des calendriers différents.
Dans le monde romain, sous l'influence des égyptiens, des mésopotamiens et des grecs, on
utilisa très tôt un calendrier solaire de 365 jours, qui comme le calendrier égyptien se décalait par rapport aux
saisons.
Il fut corrigé à l'époque de Jules César pour aboutir au calendrier Julien avec une année bissextile de 366 jours
tous les
quatre ans. Mais 1500 ans plus tard cette correction s'avéra insuffisante. L'équinoxe se produisait 10 jours plus
tôt que prévu.
Le pape Grégoire XIII fit mettre en application un nouveau calendrier qui supprimait 10
jours
le 15 octobre 1582 succéda au 4 octobre. Les jours 5, 6,..., 14 octobre furent supprimés. pour
rattraper son retard sur
les saisons et raccourcissait la durée moyenne de l'année en supprimant les années bissextiles une fois par siècle,
sauf
tous les quatre siècles. Ce calendrier est toujours en vigueur aujourd'hui.
Les connaissances astronomiques qui permirent ces corrections datent de l'antiquité.
Pour repérer la position des étoiles dans le ciel, les astronomes grecs ont introduit deux angles :
Hipparque de Nicée (190 - 120 av. J.-C.) évalue la distance Terre-Lune et la distance Terre-Soleil.
Il fait un catalogue de plus de 850 étoiles. En confrontant son catalogue à celui de Timocharis et Aristylle vieux
de plus de 150 ans, il constate des écarts dont un écart d'environ 2° sur l'ascension droite pour Spica (l'Épi de la Vierge).
Faisant confiance aux mesures de ses prédécesseurs, il en déduit que c'est l'origine des ascensions droites qui
s'est déplacée et estime ce déplacement à plus d'1° par siècle.
Effectivement le point vernal rétrograde d'environ 1,35° par siècle : c'est la précession des équinoxes. Elle résulte
du mouvement de l'axe de rotation de la terre qui n'est pas fixe par rapport aux étoiles, mais décrit un cône, faisant
un tour en environ 26000 ans. Le plan de l'équateur bascule au même rythme et son intersection avec l'écliptique
(le point vernal) fait ainsi un tour dans la même période.
Ce mouvement de l'axe des pôles de la Terre est le même que celui de l'axe d'une toupie qui précessionne sous
l'effet du moment gyroscopique dû à la pesanteur, moment qui engendre ce mouvement dit de Lagrange-Poisson.
La précession des équinoxes pourrait rendre caduque tous nos catalogues d'étoiles au bout d'un certain nombre d'années, surtout à notre époque où la précision exigée est beaucoup plus importante. C'est pour cela que les catalogues sont datés et font référence à un repère équinoxe moyen, par exemple B1900 (catalogue du 31/12/1899 à 19h31m26s), B1950 (catalogue du 31/12/1949 à 22h09m50s), J2000 (catalogue du 1/1/2000 à 12h00m00s)... et on prend en compte la précession des équinoxes pour calculer les coordonnées à l'époque actuelle.
En dehors de la précession des équinoxes d'autres causes de variations ont été perçues bien avant l'utilisation de
nos moyens modernes. Les étoiles ne sont pas parfaitement fixes. Elles peuvent bouger les
unes par rapport aux autres. C'est ce que l'on appelle le mouvement propre des étoiles. Il est généralement très
faible sauf pour quelques étoiles
proches du Soleil. La vitesse et la direction de ces mouvements figurent dans les catalogues modernes.
- L'astronome britannique James Bradley (1693-1762) a découvert en 1748 qu'en plus de précessionner, l'axe des
pôles faisait un
petit mouvement elliptique (festons) de 18,6 ans de période et de 17,53" d'amplitude en longitude
La longitude est l'angle dièdre autour de l'axe normal à l'écliptique.
Elle est comptée le long de
l'écliptique
et 9.5" d'amplitude en obliquité L'obliquité est l'angle de 23°26' entre l'axe des pôles
et l'axe normal au plan
de l'écliptique.
Il va osciller légèrement autour de cette valeur. Ce mouvement est sans
incidence pour les astronomes
amateurs dont la précision absolue de pointagePar contre des précisions relatives
inférieures à la seconde d'arc
sont obtenues
grace au guidage utilisant des caméras avec une résolution correspondante. des
instruments est généralement
de l'ordre de la minute d'arc.
Auparavant, en 1725 il avait découvert une variation dans les coordonnées de certaines étoiles qui semblaient
décrire, en un an, un petit cercle de 20"
de diamètre. Il mit du temps à établir que cela était dû à la composition de la vitesse propre de
la Terre sur son orbite avec celle de la lumière (composition géométrique simple, car la vitesse de la Terre est
faible et les
effets relativistes sont négligeables). Cette composition déplace l'étoile légèrement, jusqu'à 20" d'arc, dans la
direction de la vitesse de la Terre.
