La visibilité des planètes
Le dessin ci dessous, peut être considéré comme un petit film , montrant comment l'horizon évolue dans l'espace, entraîné par la rotation de la terre sur elle même, au cours d'une douzaine d'heures .
La position de l'observateur indique l'hémisphère céleste visible.
Outre la Terre et le Soleil , on y a fait figurer Vénus et Mars . nos voisines immédiates.
La photo ci dessus correspond à l'image no 2 du film.
Au cours d'une journée, les planètes se déplacent très peu sur leur orbite : environ 2 degrés pour Vénus, 1° pour la Terre, 0,5° pour Mars. Autant dire qu'elles restent pratiquement immobiles, parmi les étoiles.
C'est la rotation de l'horizon qui va donner l'illusion de leur mouvement nocturne .
Le soleil occupe l'hémisphère visible , donc il fait jour.
Vénus est présente dans le ciel , devant nous , mais évidemment , on ne la voit pas.
Le soleil vient de se coucher et le crépuscule s'installe.
Selon l'angle que fait l'horizon avec la ligne Terre - Soleil , on parle de
crépuscule civil (0-6°),
crépuscule nautique (6-12°)
ou crépuscule astronomique (12-18°).
Ils correspondent à une transition progressive vers l'obscurité .
Vénus , qui est l'astre le plus brillant du ciel (après le soleil et la lune) , est visible relativement tôt , avant l'installation complète de la nuit, vers le couchant .
On la voit sur la photo, plus haut , assez proche de l’horizon , pendant le crépuscule civil
(le soleil n’est pas très bas sous l’horizon)
La nuit est maintenant complète . Après le soleil , l'ouest de l'horizon a happé Vénus qui vient de se coucher à son tour . Quant à Mars , elle ne s'est pas encore levée . Il peut arriver qu'aucune des planètes ne soit présente dans l'hémisphère visible à un moment quelconque de la nuit .
La position du soleil , sous l'horizon, montre qu'on a dépassé minuit (heure solaire) .
Mars vient de se lever à l'Est, mais elle est encore assez basse sur l'horizon .
Depuis sa position de départ , l'horizon a fait un demi tour . Le crépuscule qui précède le lever du soleil s'installe . Mars s'est élevée dans le ciel et elle est proche de culminer au méridien, plein sud , devant l'observateur . Une portion de la trajectoire de Vénus apparaît dans l'hémisphère visible. Si elle se trouvait là, on pourrait la voir juste avant l’aube.
(Emprunté au site de Jacques Gispert)
De bas en haut, mercure (à peine visible au dessus du soleil couchant), la lune et vénus.
Les planètes intérieures ne sont jamais très loin du soleil.
Le secteur crépusculaire
On sait déjà que les planètes ne sont pas visibles quand le soleil est au dessus de l’horizon .
Mais ce petit film nous apprend qu’il existe un moment appelé crépuscule où leur visibilité est incertaine malgré que le soleil soit sous l’horizon ..
Si on dessine depuis la terre un secteur angulaire centré sur le soleil, d’une amplitude minimale de 12° et d’une amplitude maximale de 36° , le crépuscule correspond au moment où soit le bord EST, soit le bord OUEST de l’horizon se trouve dans ce secteur .
Ce secteur est appelé secteur crépusculaire.
On l’a représenté sur la 5e image de notre petit film.
Si on prend la valeur moyenne du crépuscule (le crépuscule nautique) qui correspond à un secteur angulaire de 24°, il faut savoir que ce secteur englobe totalement l’orbite de Mercure, qui est vue depuis la Terre sous un angle de 23° . cela veut dire qu’on ne verra jamais Mercure pendant le crépuscule astronomique ou quand il fera nuit noire. Il faudra la chercher juste après le coucher ou juste avant le lever du soleil .
Quant à l’orbite de Vénus que nous voyons sous un angle de 46°, elle permet d’apercevoir la planète pendant le crépuscule astronomique ou quand il fera nuit noire , mais rarement à minuit par exemple.
Par contre, les planètes supérieures, Mars, Jupiter, Saturne,… dont l’orbite englobe la Terre pourront être vues à n’importe quel moment du crépuscule ou de la nuit noire. Ceci dit, étant moins proches du soleil, elles seront moins brillantes que Vénus , par exemple, et le crépuscule ne sera pas le moment le plus propice à leur observation.
On retient de ce bref exposé qu’une planète sera invisible ou peu visible quand elle sera dans un secteur crépusculaire d’environ 10° d’amplitude. Si ce n’est pas le cas, on pourra la voir à des moments qui dépendent de sa nature.
Une planète inférieure sera visible soit dans la première partie de la nuit, soit dans la dernière partie de la nuit.
Une planète supérieure sera visible pendant une partie quelconque de la nuit.
Au moyen âge , un âge obscur pour les sciences et plus particulièrement pour l’Astronomie, on avait oublié en occident le remarquable enseignement des grecs d’Alexandrie pour ne retenir que celui d’Aristote , ce qui fait qu’on croyait que Vénus était dédoublée en deux planètes : HESPERUS, qu’on voyait le matin et PHOSPHORUS, le diable, qui apparaissait le soir .
Pour sortir du secteur angulaire où elle et invisible, une planète dispose de 2 moyens :
l Sa vitesse angulaire propre qui va la déplacer sur son orbite jour après jour jusqu’à la faire émerger du secteur
l Le mouvement de la Terre autour du Soleil qui déplace le secteur d’invisibilité d’environ 1° par jour.
Une planète inférieure est plus rapide que la Terre et elle peut être invisible lorsqu’elle se trouve entre la Terre et le Soleil ou lorsqu’elle se trouve au delà du Soleil .
Lorsqu’elle se trouve entre terre et Soleil , le secteur d’invisibilité est plus étroit et il se déplace en sens inverse de la planète , ce qui fait que la période d’invisibilité est plus courte .
Lorsqu’elle se trouve au delà du Soleil, la planète inférieure se déplace dans le même sens que le secteur.
C’est surtout sa vitesse propre qui tend à la faire émerger, ce qui fait que sa période d’invisibilité est plus longue .
Quant aux planètes supérieures, elles sont plus lentes que la Terre et toujours au delà du Soleil quand elles sont dans le secteur d’invisibilité , ce qui fait qu’évoluant dans le même sens que lui, c’est surtout le mouvement du secteur qui va leur permettre d’émerger.
Lorsqu’elles sont dans le secteur d’invisibilité au delà du soleil, les planètes les plus proches de la Terre (Mars et Vénus), qui ont une vitesse relativement voisine de celle du secteur , ont une période d’invisibilité plus longue.
Mais une fois qu’elles en ont émergé , elles restent aussi visibles plus longtemps .
Points singuliers
|
Parmi les positions singulières des planètes par rapport à la ligne soleil - terre, certaines favorisent ou empêchent la visibilité .
Les conjonctions inférieures et supérieures , qui correspondent à un alignement des planètes du même côté que le soleil, les rendent invisibles . Par contre , l'opposition , qui ne peut se produire que pour une planète supérieure , correspond à un alignement en situation diamétralement opposée ce qui nous donne l'assurance d'avoir la planète au méridien à minuit. Il ne sera pas rare de voir une planète supérieure à minuit , tandis que ce phénomène ne se produira jamais pour Mercure et sera extrêmement rare pour Vénus (Il se produira forcément en été et la planète sera très basse sur l'horizon, sur le point de se coucher)
Les quadratures, correspondent à des condition de visibilité très acceptables pour les planètes supérieures, tandis que les élongations maximales correspondent pour les planètes inférieures à des conditions de visibilité optimales. L’élongation est l’angle Soleil – planète depuis la Terre.
Combinaison des courses du soleil et d’une planète inférieure
Il est intéressant de combiner, sur un schéma géocentrique la marche du soleil (en jaune) et celle de la planète (en rouge) vues de la terre.
|
Soleil et planète inférieure évoluent chacun sur des trajectoires distinctes .
La vitesse angulaire de la planète est supérieure à celle du soleil en dehors des boucles de rétrogradation qui se traduisent par un net ralentissement .
avant de rentrer dans la boucle , la planète est en avance sur le soleil . Elle se couche donc avant lui . Elle n'est visible qu'au matin.
en pleine boucle , la planète est freinée , le soleil la rattrape (conjonction inférieure) . Soleil et planète se couchent et se lèvent en même temps .
Impossible de voir la planète .
en sortie de boucle , le soleil a pris de l'avance et se couche avant la planète, les conditions sont idéales pour l'observation après le crépuscule du soir .
à égale distance de deux boucles consécutives, la planète a rattrapé le soleil (conjonction supérieure) .Elle est de nouveau inobservable .
Le cycle recommence en 1 .
On retrouve les résultats attendus : Mercure est plus souvent et plus brièvement invisible que Vénus.
Elle effectue environ 3 rétrogradations par an contre 1 rétrogradation chaque 19 mois environ pour Vénus.
Combinaison des courses du soleil et d’une planète supérieure
Cette fois , le soleil (en jaune) sur sa trajectoire , est plus rapide que la planète (en rouge) sur la sienne .
Le freinage de la planète dans sa boucle de rétrogradation est très sensible, et se traduit par un stage de plusieurs mois à peu prés au même endroit dans la constellation .
|
avant de rentrer dans la boucle , le soleil est en avance sur la planète . Plus la planète est proche de la boucle , plus on peut l'observer facilement à la tombée de la nuit .
Quand la planète est en pleine boucle , l'avance du soleil est de 180° (opposition) et les conditions d'observation sont idéales .
en sortie de boucle , la planète est en avance sur le soleil et donc , on ne peut l'observer que le matin .
quand le soleil rattrape la planète (conjonction supérieure) , toute observation est impossible .
Bientôt , le soleil va prendre de l'avance sur la planète et on va retrouver la phase .
Ici , il est question de visibilité à minuit et non pas à la fin du crépuscule civil .
On voit que le même principe appliqué à Vénus ne nous permettrait d'observer la planète qu'une fois tous les 5 ans et encore à moins de 10° au dessus de l'horizon , c'est à dire sur le point de se coucher . Cet événement se produit forcément en été quand le soleil lui même se couche tard .
On retrouve un résultat annoncé plus haut, à savoir que Jupiter et Saturne effectuent une boucle de rétrogradation environ une fois par an , alors que Mars , dont la vitesse est plus proche de celle de la Terre, en effectue une chaque 2 ans environ.
LA PHASE DES PLANETES
Maintenant qu’on maîtrise à peu prés les mécanismes qui rendent tour à tour les planètes visibles ou invisibles, nous allons nous intéresser à un autre paramètre de sa visibilité : son éclairage par le soleil .
Une planète n’émettant pas de lumière propre, elle doit son éclat à la façon dont elle réfléchit la lumière du Soleil .
C’est le phénomène d’albédo que l’on a déjà vu pour la Lune .
Il ne faut donc pas s’étonner si, comme pour la Lune, une planète présente une succession de croissants et de quartiers que l’on appelle phases et qui conditionnent (avec la distance , la taille, le pouvoir réfléchissant de la surface) sa visibilité à travers son éclat .
On peut exprimer la façon dont la planète est éclairée par le soleil , l’amplitude de son croissant d’ombre ou de lumière, à travers un angle que l’on appelle assez naturellement « la phase » .
De quel angle s’agit ‘il ?
De l’angle sous lequel on verrait la Terre et le Soleil depuis la planète .
Comme la longitude écliptique, les éphémérides nous donnent la phase, pour chaque planète , au jour le jour .
Voyons comment on peut, à travers cet angle, imaginer comment on voit la planète et son croissant de lumière.
Les schémas ci-dessous prouvent que pour une planète inférieure la phase varie de 0 à 180°.
Pour une planète supérieure elle varie de 0 à une valeur maximale qui est fonction de l'éloignement de la terre et de la planète. (44° pour Mars , 12° pour Jupiter , 6° pour Saturne)
 |
On voit que , si on considère que la partie visible de la planète correspond à un hémisphère, soit 180°, l’angle de phase donne l’amplitude angulaire du secteur d’ombre rapportée à cet hémisphère .
Si la phase est 0°, la planète est complètement éclairée, si la phase est 180°, la planète est complètement dans l’ombre . Une phase de 90° correspond à un quartier d’ombre .
Remarquons que pour une planète inférieure , une phase de 90° correspond à une élongation maximale avec le soleil (visibilité maximale) .
Voici deux exemples de la façon dont varie la phase en fonction du temps.
Pour une planète inférieure, le graphe a une l'allure en dents de scie, d'amplitude 180°.
La période de phase est identique à la période de rétrogradation (environ 19,5 mois pour Vénus)
Pour Mercure , la période de phase étant de 3,8 mois , la fréquence de variation serait plus élevée et on
compterait un peu plus de 3 dents de scie dans un intervalle annuel .
Quand la phase est maximale , la planète nous montre sa face obscure .
Quand la phase est minimale, la planète dirige vers nous sa face éclairée par le soleil, mais celui-ci nous la
cache .
Au moment où la planète inférieure affiche une élongation maximale avec le soleil , la phase est de 90° ce
qui correspond à un aspect où l'ombre et la lumière se partagent le globe planétaire en parties égales .
Pour une planète supérieure, le graphe est plus émoussé et écrasé sur l’axe des temps.
La période de phase de Mars est d'environ 25,6 mois alors que pour Jupiter (13,1 mois) ou Saturne (12,42
mois) elle est de l'ordre de l'année.
L'aspect de Mars varie de l'éclairement total (phase 0°) à un croissant d'ombre n'atteignant pas le quart de
la planète (phase 41°) .
Les phases maximales de Jupiter (11°) et Saturne (6°) permettent de prévoir des courbes bien plus
écrasées sur l'axe des temps (croissant d'ombre plus réduit) et une fréquence de variation plus élevée se
traduisant par l'inclusion d'environ deux lobes successifs dans un intervalle annuel .
Le premier zéro de la courbe de phase correspond à une visibilité maximale à minuit (opposition) , le zéro
suivant correspond a une occultation de la planète par le soleil (conjonction inférieure).
On pourrait définir une phase relative dont le signe permettrait de situer la zone d'ombre d'un côté ou de
l'autre de la planète.
LUMINOSITE
Vénus et (à un degré moindre) Jupiter sont les plus lumineuses des planètes. Elles brillent plus que les plus lumineuses des étoiles dont Mars , Saturne et Mercure imitent l’éclat ou le dépassent parfois
Cela permet de les repérer plus facilement dans le ciel .
ll ne nous reste plus qu’à apprendre à repérer le Zodiaque , dans le ciel, et nous saurons à peu prés tout ce qu’il faut savoir pour repérer et suivre les planètes.
REPERER LE ZODIAQUE
Ces 4 images montrent comment le ciel évolue au cours d’une journée .
L’écliptique est le demi – cercle jaune qui se balance autour de l’équateur .
A 10H ,sur l’écliptique, on trouve d’est en Ouest (de gauche à droite) :
Dans le Taureau : Jupiter, Mercure, Saturne,
entre Taureau et Bélier : le Soleil,
dans les Poissons : Vénus, juste au dessus de l’équateur
dans le Capricorne : Uranus et la Lune .
A 22H
Mars vient de se lever , dans le Sagittaire, donc assez basse sur l’horizon.
A 4H
Le Capricorne réapparaît avec Uranus et la Lune .
Seule la lune a bougé significativement sur la sphère céleste, au cours de la journée, comme on s’y attendait.
C’est d’assez loin le mobile le plus rapide. A 4H, on peut voir qu’elle est carrément rentrée dans le triangle du Capricorne, alors que ce n’était pas le cas à 10H.
Uranus, elle est sagement restée collée à la pointe EST du triangle.
Elle bouge très lentement. Un an après, on la trouvera presque au même endroit.
Ce jour là, on voit l’écliptique en position haute à 16H et en position basse à 4H du matin (approximativement à 12H d’intervalle).
Ses orientations successives sont, tout au long de l’année :
NORD - EST / SUD – OUEST (Poissons et Verseau au méridien, hauteur 45°)
EST / OUEST Position haute (Gémeaux et Taureau au méridien, hauteur 70°)
SUD - EST / NORD – OUEST (Vierge et Lion au méridien, hauteur 45°)
EST / OUEST Position basse (Gémeaux et Taureau au méridien , hauteur 23°)
Si on observe le ciel tous les jours, à la même heure, (par exemple 22H) , il va décrire les mêmes phases mais de 3 mois en 3 mois. Si bien qu’on pourra passer en revue , en une année, toutes les constellations du zodiaque .
Existe - t – il un moyen de prévoir l’orientation de l’écliptique pour un jour et une heure donnée ?
Il y a, bien sûr, les cartes donnant l’allure du ciel selon la date , les éphémérides (d’utilisation plus complexe), les logiciels informatiques (comme SKYPLOT) , …
Mais on peut aussi tout simplement utiliser le tableau et la carte ci dessous dont la précision n’est pas fameuse mais amplement suffisante .
On se reporte d’abord au tableau et on cherche la constellation qui est au Méridien (plein SUD) au jour et à l’heure qui nous intéresse.
Ensuite, on se reporte à la carte et on examine la pente de l’écliptique par rapport à l’équateur, à l’endroit où se situe la constellation méridienne . On peut aussi se reporter à la couleur jouxtant la constellation.
 |
l Si l’on se trouve à un maximum de la courbe, ( Gémeaux , Taureau) l’écliptique est orienté EST / OUEST en position haute.
La hauteur de la constellation méridienne est environ 70° .
 |
l Si l’on se trouve à un minimum ( Sagittaire, Scorpion) l’écliptique est orienté EST / OUEST en position basse.
La hauteur de la constellation méridienne est environ 23° .
 |
l Si l’on se trouve sur une partie montante (Balance, Vierge, Lion , Cancer), l’écliptique est plutôt orienté
SUD-EST / NORD – OUEST. On cherche la constellation méridienne entre 30 et 60° de hauteur.
 |
l Si l’on se trouve sur une partie descendante (Bélier, Poissons, Verseau, Capricorne) , l’écliptique est plutôt orienté NORD – EST / SUD - OUEST . On cherche la constellation méridienne entre 30 et 60° de hauteur.