Le ciel — astronomie

La Terre, une planète

La Terre est la troisième planète à partir du Soleil. Elle tourne sur elle-même en environ 24 heures et fait le tour du Soleil en environ 365,25 jours. Son axe est incliné d'environ 23,4°, ce qui nous donne les saisons et rend le ciel différent selon la latitude.

La Terre dans le Système solaire

La Terre est la troisième planète à partir du Soleil et la plus grande des quatre planètes rocheuses du Système solaire interne. Sa distance moyenne au Soleil est d'environ 150 millions de kilomètres, une longueur appelée unité astronomique (UA), que les astronomes utilisent comme étalon dans tout le Système solaire. Le diamètre moyen de la Terre est d'environ 12 740 kilomètres. À ce jour, c'est le seul endroit dont nous sachions avec certitude qu'il abrite la vie.

Pourquoi la Terre est-elle ronde ?

La gravité attire la matière vers un centre commun. Dans un corps aussi massif qu'une planète, cette attraction est assez forte pour aplanir les grandes irrégularités, et le corps prend une forme presque sphérique. La Terre n'est pas une sphère parfaite : en raison de sa rotation, elle est légèrement aplatie aux pôles et renflée à l'équateur. La différence entre le diamètre équatorial et le diamètre polaire est d'environ 43 kilomètres, soit un peu plus de 0,3 %. La meilleure description est celle d'un sphéroïde aplati.

Le jour et l'année

La rotation

La Terre tourne autour de son axe d'ouest en est. C'est pourquoi le Soleil, la Lune et les étoiles semblent se lever à l'est et se coucher à l'ouest. En réalité, c'est nous qui bougeons, pas le ciel. À l'équateur, la surface se déplace à environ 1 670 kilomètres par heure, tandis qu'près des pôles la vitesse tend vers zéro.

Un tour complet par rapport aux étoiles lointaines, appelé jour sidéral, dure environ 23 heures 56 minutes. Un jour solaire, d'un midi au suivant, dure en moyenne 24 heures. La différence d'environ quatre minutes vient du fait que la Terre avance aussi sur son orbite : elle doit donc tourner un peu plus pour ramener le Soleil à la même position. Ainsi, une étoile donnée se lève environ quatre minutes plus tôt chaque nuit, ce qui s'additionne en une journée entière sur l'année. C'est pourquoi les étoiles du soir changent au fil des saisons. Pour en savoir plus, voyez le temps sidéral.

L'orbite

La Terre fait le tour du Soleil en environ 365,25 jours, à environ 30 kilomètres par seconde. Ce quart de jour supplémentaire explique l'ajout d'un jour bissextile tous les quatre ans. L'orbite est presque circulaire, mais légèrement elliptique : la Terre est au plus près du Soleil début janvier (environ 147 millions de kilomètres) et au plus loin début juillet (environ 152 millions de kilomètres).

Vu de la Terre, le Soleil semble parcourir, au fil de l'année, le fond d'étoiles le long d'un chemin appelé écliptique, à raison d'environ un degré par jour.

L'inclinaison de l'axe et les saisons

L'axe de la Terre est incliné d'environ 23,4° par rapport à la perpendiculaire au plan de son orbite. Cette inclinaison, et non la distance au Soleil, est à l'origine des saisons. La preuve : c'est l'été dans l'hémisphère nord alors que la Terre est près de son point le plus éloigné du Soleil.

Lorsque l'hémisphère nord est penché vers le Soleil, la lumière arrive plus directement et les jours sont plus longs : c'est l'été. Au même moment, l'hémisphère sud est penché à l'opposé et connaît l'hiver. Six mois plus tard, les rôles s'inversent. Les moments de plus forte inclinaison sont les solstices, et lorsqu'aucun hémisphère n'est penché vers le Soleil, ce sont les équinoxes. Pour en savoir plus sur le rythme de l'année, voyez Les saisons.

La direction de l'inclinaison n'est pas fixe pour toujours. Comme une toupie, l'axe de la Terre décrit lentement un cône et pointe vers différentes régions du ciel, en accomplissant un cycle en environ 26 000 ans. C'est la précession. De ce fait, l'actuelle étoile Polaire n'a pas toujours été, et ne restera pas toujours, l'étoile la plus proche du pôle céleste.

Le ciel selon la latitude

Votre latitude détermine les étoiles que vous voyez et la façon dont elles se déplacent. La hauteur du pôle céleste au-dessus de votre horizon est égale à votre latitude.

• Au pôle Nord, le pôle céleste est à la verticale, avec la Polaire tout près. Les étoiles tournent parallèlement à l'horizon et aucune ne se lève ni ne se couche. Le Soleil reste au-dessus de l'horizon pendant environ six mois, puis en dessous.
• Aux latitudes moyennes de l'hémisphère nord (par exemple la Bulgarie, vers 42 à 44° N), la Polaire se tient à environ 42 à 44° au-dessus de l'horizon nord. Les étoiles proches du pôle sont circumpolaires : elles ne se couchent jamais. Les autres se lèvent et se couchent en oblique.
• À l'équateur, les deux pôles célestes se trouvent sur l'horizon. Les étoiles se lèvent et se couchent presque à la verticale, et au fil d'une année on peut voir presque tout le ciel des deux hémisphères. Le jour et la nuit restent à peu près égaux toute l'année.
• Dans l'hémisphère sud, la Polaire n'est pas visible, mais apparaissent des objets comme la Croix du Sud, inaccessibles depuis les latitudes nord.

La même géométrie s'applique au Soleil. À midi, sa hauteur vaut environ 90° moins votre latitude plus la déclinaison du Soleil (jusqu'à environ ±23,4°). C'est pourquoi le Soleil ne peut passer au zénith qu'entre les tropiques, et pourquoi au-delà des cercles polaires, vers 66,6° de latitude, il existe des jours de jour polaire et de nuit polaire.

En bref

La rotation nous donne le jour et la nuit ainsi que le mouvement apparent du ciel. L'orbite nous donne l'année et le changement des constellations. L'inclinaison nous donne les saisons et la durée variable du jour. L'endroit où nous nous trouvons détermine la partie de ce ciel que nous pouvons voir. Une fois ces trois mouvements compris, le ciel cesse d'être un mystère et devient une carte que l'on peut lire.

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