À quoi ressemble la sphère céleste ?

 

                            obssphere

On se souvient que la situation de l’observateur est la suivante :

 

Il est au centre de la sphère, au milieu du cercle d’horizon, au dessus de lui, il voit la voûte céleste comme une cloche à fromages qui le recouvre.

S’il se tourne vers le sud, il peut imaginer l’équateur comme un demi cercle qui joint l’Est à l’Ouest et culmine à environ 45° sur le méridien. Sous l’équateur il y a les étoiles du sud de la sphère, au dessus de l’équateur les étoiles du nord.

Mise à part la polaire qui ne bouge pas,  toutes les étoiles se déplacent le long des parallèles, d’Est en Ouest. Mais on imagine  l’équateur et les parallèles globalement invariants, ce qui signifie qu’ils ont toujours le même aspect et qu’ils semblent immobiles sur la sphère

carteciel

 

Pratiquement, l’observateur voit au plus un quart de la sphère céleste, mais on peut imaginer ce qu’il verrait s’il avait la faculté de contempler l’intégralité de l’hémisphère visible depuis le Nadir qui se trouve sous ses pieds.

Il faut considérer que cette carte représente une voûte sphérique, un hémisphère  constellé d’étoiles,  posé au dessus de nous sur le plan d’horizon.

Le cercle qui entoure la carte, la base du dôme céleste, est le  cercle d’horizon et on voit donc les objets qui sont prés de ce cercle sur la carte au ras du sol à une hauteur très faible.

Par exemple, on voit la lune et le Bélier bas sur l’horizon Nord Est donc ils viennent de se lever. La balance et le scorpion sont sur le point de se coucher. Arcturus l’étoile qui est à la pointe du bouvier se couchera dans 2 ou 3 heures.

À l’inverse, le zénith, le point le plus haut du dôme céleste occupe le centre de la carte.

La constellation du Cygne est presque au zénith. Sadr, l’étoile centrale du Cygne, entraînée par la rotation, va se déplacer le long 40e parallèle au cours de la nuit.

Parallèles et méridien illustrent la rotondité du ciel et l’emplacement du pôle illustre l’inclinaison de l’axe N–S du ciel par rapport à l’horizon.

L’équateur relie bien l’Est à l’Ouest et culmine bien au Sud à environ 45° de hauteur. Il suffit de compter les parallèles qui le séparent du point Sud. (1 parallèle par tranche de 10°) .

La ligne droite  imaginaire qui joint la polaire au Sud en passant par le zénith,  est le méridien local où culminent tous les astres.

Le ciel au dessus de nous ressemble à un immense parapluie qui tournerait autour d’un manche reliant l’observateur à la polaire.

Les étoiles de Cassiopée, de Céphée, de la Petite Ourse  et de la Grande Ourse sont  dites « circumpolaires », « autour du pôle », elles tournent autour de l’étoile polaire et  ne se couchent jamais on peut les voir toute la nuit, toutes les nuits.

 

 

D’habitude une carte est assimilable à une vue de dessus de la surface représentée, ici c’est le contraire, la sphère céleste est vue de dessous.

Nous avons bien le Sud en bas et le Nord en haut comme sur toutes les cartes. Mais l’Est et l’Ouest ont été inversés.

Cette inversion a pour but de rendre la carte conforme à ce que nous voyons quand nous nous tournons vers un point cardinal. Par exemple, quand nous sommes tournés vers le Sud , nous avons bien l’Est à gauche et l’Ouest à droite.

Les cartes classiques (par exemple une carte de France) n’ont pas pour vocation de reproduire ce que nous voyons. Le Ciel est bien l’espace le plus vaste qu’il nous soit donné de contempler, juste en levant les yeux, et il est donc normal que les cartes qui le reproduisent soient très particulières.

Pour utiliser cette carte, il suffit de la tourner pour mettre en bas le point cardinal vers lequel  porte notre observation.

Par exemple, si je veux reconnaître le ciel de l’est, je mets l’est de la carte en bas de façon que le document soit orienté conformément à ce que je vois (en gros mon champ de vision se limite à un demi hémisphère).

Ainsi, si je me tourne vers le nord, j’aurais bien l’Ouest à gauche dans la réalité, comme sur la carte quand je la regarde avec le Nord en bas.

 

La carte précédente  montre un peu plus de la moitié du ciel visible sous nos latitudes. Pour voir le reste, il suffit d’attendre 12 heures et la partie qui est cachée sous l’horizon sera alors sous nos yeux.

Si l’on refait un instantané du ciel  environ 12 heures après, voilà à quoi il ressemble :

carteciel2

On retrouve, au nord, les constellations circumpolaires (Petite ourse, Grande Ourse, Dragon, Céphée, Cassiopée) mais par rapport à la situation précédente, elles ont fait demi tour.

(ou plutôt un nombre impair de demi – tours. Car l’emplacement de la lune est tel par rapport au premier cliché que la photo a probablement  été prise à plusieurs jours d’intervalle. Seulement 12 heures après, la lune serait encore dans la constellation du Bélier ou à la rigueur du Taureau mais elle n’aurait pas eu le temps de faire tout ce chemin jusqu’aux Gémeaux.)

Le ciel du Nord a juste fait un demi tour, le ciel du Sud aussi, mais il a beaucoup changé et de nouvelles constellations on fait leur apparition.

L’équateur que l’on sait globalement invariant a toujours le même aspect mais en fait, par rapport à la carte précédente, c’est l’autre moitié, l’autre  demi – cercle de l’équateur que l’on voit. Les constellations qui l’entourent ou qui le jalonnent en font foi.

Sur la carte précédente on ne voyait que la « tête » de la constellation des Poissons en train de se lever à l’Est. Ici on n’en voit que la « queue » en train de se coucher à l’ouest.

Ensemble nos 2 cartes recomposent donc l’intégralité du ciel visible sous nos latitudes.

Pour voir le reste du ciel il faudrait rejoindre l’hémisphère sud de la terre.

On voit ces constellations soit en première partie d’une nuit d’hiver soit en 2e partie d’une nuit d’automne avant le matin. On y observe de nombreuses étoiles très brillantes.  C’est le cas des étoiles d’Orion (Rigel, Betelgeuse) , de Sirius l’étoile la plus brillante du ciel dans le grand chien (un peu au dessus du 20e  parallèle sud), de Capella, dans le Cocher,  et de Procyon l’étoile brillante du petit chien.

 

 

Les parallèles et méridiens que l’on voit sur ces cartes dotent la sphère céleste de coordonnées (latitude et longitude) semblables aux coordonnées terrestres.

La latitude nord et la latitude sud se mesurent en degrés,  de 0° à l’équateur à 90° aux pôles.

Il existe un méridien d’origine (de longitude 0° ) semblable au méridien de Greenwich sur Terre et un sens positif selon lequel la longitude croît.

En Astronomie la latitude des objets situés sur la sphère  s’appelle en fait. « déclinaison » et la longitude qui est exprimée en heures minutes secondes (une heure = 15°, 90° = 6h ) s’appelle « ascension droite »

 

Dans ce système, les coordonnées d’une étoile sont constantes, comme les coordonnées d’une ville sur le globe terrestre, ce qui prouve que les étoiles sont fixes sur la sphère. Le mouvement observé est la rotation de la sphère toute entière et sur cette sphère, les étoiles sont parfaitement immobiles (si on néglige de très faibles mouvements séculaires).

Les seuls mouvements se produisant sur la sphère sont ceux des astres qui appartiennent au système solaire, à savoir, le soleil (la seule étoile qui en apparence n’est pas fixe), les planètes, les comètes, les astéroïdes, la lune. On perçoit le mouvement de ces astres par rapport aux étoiles qui elles sont fixes.

 

Les anciens appelaient ces astres « les mobiles » par opposition aux étoiles qu’ils appelaient « fixes ». Le mot « planète » dérive du grec  « planêtês » , qui veut dire « vagabond ».

 

Voyons maintenant à quoi ressemble le ciel en mouvement au cours de 24 heures consécutives (une image par heure).

 

toutelanuit

Les symboles qui traversent le ciel représentent le soleil ; la lune et les planètes.

Voici leur signification :

symbolesplanete

Tous ces objets sont censés se mouvoir sur la sphère céleste (par rapport aux étoiles qui elles sont fixes comme des villes le seraient sur la Terre)  mais observez qu’au cours de la nuit,  leur déplacement est à peine perceptible. La lune, par exemple qui est (de loin) le plus mobile d’entre eux reste pratiquement à la même place à la limite des constellations du Taureau et du Cocher.

 

 

Observez comment la petite ourse tourne autour de l’étoile polaire (la seule étoile immobile dans le ciel)

Remarquez qu’au moment où la plupart des mobiles sont visibles dans le ciel, on dirait qu’ils sont situés sur un grand cercle.

Suivez, par exemple,  la  trajectoire de la constellation du cygne et plus particulièrement de l’étoile Sadr le long du 40° parallèle.

Remarquez que le jour se lève et se couche en même temps que le soleil.

Remarquez que la lune suit elle aussi un parallèle et qu’elle ne bouge pratiquement pas par rapport aux étoiles qui l’entourent.

 

 

Pour vous familiariser avec ces cartes, essayez maintenant de répondre à ces  questions :

 

La lune suit à peu prés le 20e  parallèle Nord. Sa latitude ce jour là est 20° nord. On la trouve donc  20° au dessus de l’équateur.

Sachant que la hauteur de l’équateur (latitude 0°) sur l’horizon sud est 47° à quelle hauteur culminera la lune, quand elle sera elle aussi plein sud, au méridien ?

 

Le soleil suit le 20e parallèle Sud. Sa latitude ce jour là est 20° Sud.

Vers quelle direction faut il se tourner pour le voir se lever ? L’est ? Le Sud – Est ? Le Nord – Est ?

Et dans quelle direction le voit – on se coucher ?

Sachant que l’équateur (latitude 0°) culmine à une hauteur de 47° sur l’horizon sud, à quelle hauteur culminera le soleil, plein sud, sur le méridien,  à midi (heure solaire) ?

Selon vous est – on en hiver, en automne ou au printemps ?

 

 

 

Réponses aux questions

Sur la lune

Il suffit de compter sur la carte les parallèles entre l’horizon sud (le sol) et la lune sur son méridien. On trouve 47° entre l’horizon Sud et l’équateur auxquels il faut ajouter 20°,  la  latitude nord de la lune étant l’écart angulaire entre l’équateur et la lune.

La lune culmine donc ce jour là à 47+20 = 67° de hauteur.

 

Sur le soleil

Sur la carte animée on voit que le soleil se lève entre le Sud et l’Est. Il se lève donc au Sud – Est.

Le même type d’observation nous révèle qu’il se couche au Sud – Ouest.

La latitude du soleil étant 20° sud, à  midi (comme le reste de la journée) il  est 20° en dessous du point culminant de l’équateur donc sa hauteur sur l’horizon à midi (heure solaire) est 47 – 20 =  27°.

Les points de lever et de coucher du soleil, sa faible hauteur à midi, tout concourt à nous indiquer qu’on est en hiver ou en automne.

En tous cas le printemps est exclu car au printemps le soleil se lève à l’Est ou au Nord Est et sa hauteur à midi est bien plus grande. .

Mais pour être plus précis et trancher entre l’hiver et l’automne, il faudrait une enquête plus minutieuse et il vaudrait mieux avoir lu le prochain chapitre qui nous en apprendra d’avantage sur la question.

horizparapluie

Pour en finir avec ce chapitre voici une puissante maquette de la sphère céleste réalisée par l’ENS Lyon avec le soutien (excusez du peu) de la direction de l’enseignement scolaire et de l’éducation nationale, sans doute pendant l’ère Charpack. .

 

 

 

On admirera toute l’inventivité et l’attractivité du procédé dont le but est d’arracher des adolescents post pubères, au coït paroxystique de leur Nintendo, ou à la mélasse affective qui les tient scotchés à leur écran de télé diffusant « Star Académie »,  ou à l’influence chatouilleuse de diverses hormones et phérormones annonçant dans un roulement de gonades l’arrivée prochaine du printemps,  ou au miroir en face duquel ils passent de longues heures,  pour se faire ou  se refaire une beauté, ou à la vitrine devant laquelle ils sont tombés en catalepsie parce qu’on y trouvait des Nike étincelants valant à peine 200 euros la paire, .....afin de les initier aux joies pures, écologiques et ... économiques de l’astronomie de position.

Il ne fait aucun doute que les dits adolescents préfèreront d’assez loin le spectacle de leur professeur se débattant pendant une heure avec cette machine infernale aux futiles activités routinières dont on a énuméré quelques exemples.

Comble de l’ingéniosité :  la table trouée et le manche du parapluie peuvent très bien être réutilisés pour illustrer le cours d’éducation sexuelle.

Ou pendant la pause café, quand on cherche un plan d’horizon où poser sa tasse, ou quand le temps se gâte et qu’il nous faut quitter le lycée précipitamment sous l’averse, et que le matériel pédagogique offre des ressources insoupçonnées.

 

En tous cas on voit très bien sur la photo que les étoiles sont fixes sur la sphère mais que le soleil, lui peut très bien être collé autre part, s’il reste encore un peu de salive au maître après qu’il aura passé la plus grande partie du cours d’astronomie à essayer de faire taire les rires et les quolibets qui se déchaînent chaque fois qu’il s’approche de ce putain de parapluie envoyé par l’inspection académique.

 

Pour savoir si un objet bouge sur la sphère, par rapport aux étoiles, il suffit de s’assurer que ses coordonnées (latitude et longitude / déclinaison et ascension droite)  varient.

Nous allons maintenant étudier le mouvement de ces objets mobiles qui sont ceux de notre système solaire.

Cartes extraites du  logiciel  gratuit Asynx planétarium .