Cosmologie

Pour les passionnés de théâtre et de cinéma , il est important de connaître le nom des acteurs et d’apprécier tout ce qui contribue à faire passer l’émotion : le scénario , les dialogues , la mise en scène , l’éclairage , le décor , la photo ...

Seuls les aveugles y voient une foule d’étoiles anonymes et prostrées , destinées à mettre un peu de baume , un peu de lustre et de clinquant sur l’absence de jour .

Les amoureux du ciel connaissent le nom et le prénom des étoiles , les légendes qui s’y rattachent , les péripéties de leur vie , les raisons de leur présence sur scène , ...

Ils imaginent le plus grandiose et palpitant des spectacles , les objets fabuleux que l’oeil nu ne peut déceler , les météores qui cinglent vers la terre depuis un enfer incertain , les nébuleuses qui éclosent comme des papillons par simple souci de beauté, les amas grandioses et les galaxies qui brillent dans la nuit comme des villes trépidantes de vie , synonymes d’un inaccessible ailleurs .

Et puis , surtout , ils savent que là bas , très loin , il y a quelqu’un , peut être un être aimé , qui regarde le ciel , et baigne dans la même beauté , et communie dans la même émotion . Et ils se sentent plus proches des hommes.

Pour imaginer l’effet produit par le rotation de la sphère céleste , nous savons qu’il est équivalent de faire tourner l’horizon (ce qui correspond à la situation réelle) ou la sphère céleste .Pour illustrer le trajet des étoiles , c’est cette dernière solution que nous avons choisie .

Comme le Soleil , les étoiles franchissent l’horizon par son bord Est, s’élèvent dans le ciel jusqu’au méridien du lieu où elles culminent puis redescendent vers le bord Ouest de l’horizon où elles disparaissent .

Depuis un lieu de la Terre , on peut ranger les étoiles en 3 catégories qui correspondent à un découpage de la sphère céleste en 3 zones :

Zone A : (en bleu foncé) les étoiles que l’on peut voir tout au long de l’année et de la nuit

Zone B : (en gris) les étoiles qui se lèvent et se couchent (visibles selon le jour et l’heure) .

La zone A est une calotte sphérique allant du pôle Nord au parallèle décrit par la pointe Nord de l’horizon sur la sphère céleste . Or nous savons que la hauteur du pôle sur l’horizon Nord est égale à la latitude du lieu .

Si nous avons 40° entre le pôle et le parallèle touchant le nord de l'horizon, nous devons compter 50° entre l’équateur et ce parallèle . Plus généralement si a est la latitude du lieu , c’est le parallèle 90 - a qui limite la zone A, qu’on appelle zone circumpolaire .

La zone C est le pendant méridional de la zone A . Les étoiles situées en dessous du 50^emeparallèle Sud de la sphère céleste ne sont pas visibles depuis un lieu dont la latitude est supérieure ou égale à 40° Nord .

Pour le territoire français , c’est le cas de la fameuse constellation de la croix du Sud, des nuages de Magellan, ou de la constellation du Centaure qui contient Proxima l’étoile la plus proche de nous , (hélas invisible ! ).

Donc , depuis un lieu situé au Nord de l’équateur terrestre , Au cours d'une année, on voit l’intégralité de l’hémisphère Nord de la sphère céleste et plus la latitude est basse , plus on voit une partie importante de son hémisphère Sud .

Depuis un lieu situé au sud de l’équateur , c’est le contraire et les trajectoires sont inclinées vers le nord .

Les petits veinards qui habitent sur l’équateur (a=0°) devraient voir la sphère céleste en entier , mais toutes leurs étoiles se lèvent et se couchent (la zone circumpolaire est réduite à l’étoile polaire) .

Les rares pingouins qui habitent les pôles (a=90°) ne voient qu’un hémisphère de la sphère céleste mais aucune de leurs étoiles ne se couche . Elles décrivent des cercles centrés sur le zénith et parallèles à l’horizon . Le ciel tout entier est circumpolaire . L’Est et l’Ouest y sont d’une inutilité flagrante .

Nous allons, une fois de plus, nous appuyer sur une carte qui montre l'aspect du ciel à un moment quelconque de la journée . Mais cette fois , c'est moins l'aspect de la carte qui nous intéresse, que son cadre , son contexte .

Nous savons que le pourtour de la carte correspond à l'horizon (la ligne la plus basse du ciel) et son centre au zénith (le point le plus haut , situé à la verticale du lieu où l'on se trouve) .

Le méridien du lieu est une ligne qui joint le sud au nord en passant par le zénith . Il est donc normal qu'elle partage notre carte du ciel en deux parties symétriques .

Pour décrire les trajectoires stellaires , nous allons adopter un système de coordonnées assez semblable au système équatorial que l'on utilisait pour localiser les étoiles sur la sphère céleste , mais il faut l'imaginer comme une grille interposée entre le ciel et nous .

Les parallèles sont calqués sur ceux du système équatorial. Ils sont basés sur l’équateur (en vert) qui correspond à la latitude zéro et dessinés à des intervalles de 10°

Comme dans le système équatorial, on utilise le mot "déclinaison" (dec), plutôt que "latitude".

Le faisceau de 24 méridiens , lui, est gradué en heures et son origine est le méridien du lieu. Il est doté d’abscisses négatives vers l’Est et d’abscisses positives vers l’Ouest . Dans ce système , la longitude d’une étoile s’appelle angle horaire (ah) et le méridien de l’étoile le cercle horaire .

Il est à noter que contrairement à ce que proposait le système équatorial les méridiens vont rester en place lors de la rotation , puisque le méridien d'origine et le reste du repère, sont fixes par rapport au cadre de notre observation au lieu d'être liés à la sphère céleste .

Donc, la longitude (l’angle horaire) d’une étoile va changer au cours de la nuit .

L'intérêt d'adopter des parallèles basés sur l'équateur céleste apparaît si l'on se souvient que ces lignes coïncident avec les trajectoires des objets en rotation sur la sphère .

Cela signifie qu'au cours d'une nuit , les étoiles vont se mouvoir sur ces parallèles .

Betelgeuse , par exemple, vient de se lever, puisqu’elle est située tout prés de l’horizon Est, et elle va à peu prés décrire le 10^eme parallèle sud jusqu’à son coucher . On peut prédire à quelle hauteur elle va culminer sur le méridien (à peu prés 37°) et où elle va se coucher sur l'horizon (10° ouest - sud ouest ).

On peut également dessiner le disque contenant les étoiles circumpolaires (en bleu) en mettant la pointe de notre compas sur la polaire et l'autre extrémité sur l'horizon nord . Le rayon de ce cercle doit être égal à la latitude du lieu d'observation (43° pour Montpellier). L'étoile nommée Capella en marque pratiquement la limite .

L'équateur est l'une des trajectoires possibles . Il relie l'est exact à l'ouest exact . Sa hauteur , au sud , sur le méridien, peut être évaluée à 47° en comptant les parallèles qui le séparent de l'horizon sud .

Il n’est pas difficile de comprendre que l’angle horaire de l’étoile (sa longitude) nous renseigne sur le temps qu’elle mettra à atteindre le méridien du lieu ou le temps depuis lequel elle l’a franchi .

Par exemple : Betelgeuse dont les coordonnées horaires sont [dec=-10° et ah=-5h10’] sera au méridien dans 5h10’ . Véga , dont les coordonnées sont [dec=40° et ah=5h30’] était au méridien il y a 5h30’ .

La situation d’une étoile au méridien (ah = 0) correspond à des conditions d’observation optimales .

l les coordonnées horizontales (hauteur et azimut) servent à désigner un objet dans le ciel par rapport à l’horizon.

l les coordonnées équatoriales (déclinaison et ascension droite) permettent de situer un objet sur la sphère céleste . Méridiens et parallèles bougent avec les étoiles quand le ciel change .

l les coordonnées horaires (déclinaison et angle horaire) permettent de décrire la rotation de la sphère. Méridiens et parallèles sont fixes et les étoiles bougent en arrière plan .

Ces 4 "clichés", pris de 20h à 02h du matin, de 2h en 2h permettent de voir comment évolue l'image du ciel et quel est le trajet des constellations dans le ciel de printemps .

Jupiter est sur le points de se coucher ainsi que la constellation du scorpion au Sud Est, à droite de Saturne.

Dans le ciel du Nord essayez de reconnaître la petite ourse (avec la polaire au bout de sa queue), la grande ourse, Cassiopée et Céphée.

Et dans les images suivantes observez comment ces constellations tournent autour de la polaire, d'heure en heure.

Arcturus et sa constellation du Bouvier ainsi que Saturne ont progressé vers le couchant.

Prés d'elle c'est aussi le cas d'Uranus mais on ne voit pas la planète à l'oeil nu.

l A 02H , la lune a fait un bout de chemin depuis son lever mais sur les images où on la voit on peut constater qu'elle occupe toujours la même place dans la constellation des poissons.

La lune, le Soleil et les planètes sont pratiquement fixes sur l’écliptique, elles s’y déplacent très lentement . On peut le contrôler grâce aux étoiles qui les entourent .

C’est la rotation de la terre qui les fait bouger en même temps que les étoiles .

L’astre qui bouge le plus par rapport aux étoiles est la Lune et son déplacement est à peine perceptible après six heures d’observation. (Elle a bougé d’à peine 3 degrés) .

La lune n'est pas loin de culminer sur le méridien du lieu (la droite qui joint le Nord et le Sud et passe par le zénith qui est le centre du cercle)

Il est facile d'imaginer l'équateur comme une ligne reliant l'est à l'ouest et culminant sur le méridien à une hauteur de 47°, c'est à dire à peu prés à mi-chemin entre le zénith (90°) et l'horizon sud (0°).

Si l'on veut prédire la trajectoire des étoiles de cette partie du ciel qui ne sont pas sur l'équateur , il suffit d'essayer de visualiser en l'imaginant, l'arc de cercle passant par l'étoile et parallèle à l'équateur .

La hauteur de la polaire étant de 43° , on la trouve elle aussi à peu prés à mi - chemin entre le zénith et l'horizon nord .

La distance entre la polaire et l'horizon nord donne le rayon du disque circumpolaire qui contient les étoiles qui ne se couchent jamais .

Privé du repère équatorial , on va imaginer les trajectoires des étoiles de cette partie du ciel comme des cercles concentriques (centrés sur la polaire). En grandissant , ces cercles vont être tronqués par l'horizon et donner des arcs parallèles à l'équateur qui se trouve derrière nous.

Pour visualiser l'écliptique , il faut reconnaître les constellations du zodiaque qui le jalonnent .

Les étoiles A, J, T de l'écliptique décrivent des trajectoires circulaires parallèles à l'équateur .

Quand T , qui suit l'équateur, se couchera plein ouest, l'écliptique sera orienté est-ouest (sous l'équateur) .

Quand le point P aura atteint une position septentrionale maximale (23,5° nord) , il va revenir vers l'est et au moment où il l'atteindra, l'écliptique sera de nouveau orienté est-ouest mais il dominera l'équateur .

Les points P et Q oscillent donc autour de l'est et de l'ouest et l'amplitude de cette oscillation est 23,5°, valeur de l'angle écliptique - équateur .

En principe , il n’est pas utile de suivre le mouvement de l’écliptique mais par contre , il faut savoir repérer ses constellations (par exemple pour y chercher les planètes) , et pour cela , il est intéressant de prévoir son orientation pour savoir dans quelle direction les chercher , à partir de l’une d’elles qu’on aurait identifié .