2. Voir plus loin que le bout de son nez
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L’horizon C’est quoi au juste l’horizon ?
L’horizon est la limite des choses visibles et des choses invisibles. Mais vous êtes-vous demandé quelle forme avait cette limite ?
Tout d’abord nous devons imaginer le sol débarrassé de ses accidents de relief comme un immeuble, une montagne, ou une fosse au fond de laquelle nous nous trouverions. Tous ces reliefs parasites, bouchent l’horizon, réduisent la vue, et cela n’a pas grand sens de juger des limites de notre champ de vision quand on a un bandeau sur les yeux ou d'étudier le ciel à travers le trou d'une serrure.
Non. Pour comprendre la nature de l’horizon, nous devons nous imaginer au milieu d’une immense étendue plate. Par exemple, la mer méditerranée par temps calme. Nous nageons dans la mer méditerranée et ....... Et nous voyons à peine quelques mètres de la mer autour de nous. Pas plus de quelques mètres. Par contre, nous voyons l’immensité du ciel qui nous domine. Et juste à la limite de la mer et du ciel, au ras de la mer, nous voyons aussi loin que peut porter notre regard dans toutes les directions, c'est-à-dire, en principe jusqu’à l’infini. Seules limites, notre pouvoir séparateur qui pour les objets éloignés nous rend tributaire de leur grosseur et l’énergie que véhicule la lumière provenant des objets lointains qui n’est pas forcément suffisante pour impressionner notre rétine.
Si maintenant nous montons sur le navire qui nous accompagne, la portion de mer que nous voyons a beaucoup augmenté (des kilomètres) et si nous grimpons au mat, elle augmente encore plus, (des dizaines de kilomètres). Mais cette ligne de mer, où apparaissent et disparaissent les navires, n’est pas vraiment l’horizon. Au-dessus de cette ligne de mer lointaine nous voyons beaucoup plus loin. Par exemple nous pouvons voir le soleil qui se lève, ou plus loin encore, une étoile, ou, plus loin encore, une galaxie. Et, au regard de ce qu’on voit du ciel, la portion de terre aperçue est finalement négligeable, tout au plus quelques kilomètres à côté de dizaines ou de centaines d’années lumières, autant dire rien. De plus, à l’échelle de la Terre, l’Himalaya ou la grande fosse des Mariannes, dans le pacifique, ne sont que des ridules ou de minuscules boutons de fièvre, puisque leur amplitude maximale est de 10km alors que le rayon de la terre est de l’ordre de 6000km. Depuis le sommet de l'Himalaya on ne voit que 220 km de terre autour de nous, c’est-à-dire rien à côté de l'immensité du ciel. Et si les incidents du relief sont négligeables à l’échelle de la Terre alors que dire de l’échelle astronomique ?
La portion de terre qu’on voit est négligeable et limitée à ce point et à ses alentour. Par contre on voit tout ce qui est au ras et au dessus du plan du côté où nous nous trouvons. Nous pouvons donc accepter cette définition scientifique de l’horizon d’un lieu : L’horizon est le plan tangent à la terre au lieu où l’on se trouve. Ce plan sépare les choses visibles (en bleu sur le dessin) des choses invisibles (en noir). Ce plan est aussi celui des directions horizontales. Tout mouvement se produisant dans ce plan est dit « horizontal ». On peut considérer que le plan horizontal est le plan d’horizon.
Au-dessous de nous, à la verticale du lieu L où nous nous situons, se trouve le centre O de la terre. Le rayon terrestre OL est perpendiculaire au plan.
C’est une règle générale, toute droite tangente à un cercle, tout plan tangent à une sphère est perpendiculaire au rayon reliant le point de tangence.
S'orienter sur le plan d'horizon.
C’est sur ce plan que sont définis les points cardinaux, le Sud, le Nord, l’Est et l’Ouest. Pour déterminer les points cardinaux pas besoin de boussole ni d’arbre moussu.
Le jour, le SUD correspond à la direction dans laquelle le soleil culmine dans le ciel (on dit qu’il culmine quand il atteint sa hauteur maximale). La nuit, le NORD correspond à la direction dans laquelle on voit l’étoile polaire que nous apprendrons à reconnaître. Quand on se tourne vers le SUD on a l’OUEST à droite et l’EST à gauche. (il suffit de s’imaginer debout sur la carte de France et tourné vers le SUD) . Quand on se tourne vers le NORD c’est le contraire. La ligne imaginaire qui joint le SUD au NORD en passant par le zénith est le méridien du lieu ou méridien local. C'est sur cette ligne que tous les astres (dont le soleil) culminent dans le ciel. .
Pour compléter le repère nécessaire à notre orientation, un fil à plomb suffit pour déterminer la direction du rayon terrestre et du centre de la terre. Cette direction indique vers le haut le ZENITH (le point le plus haut du ciel) et vers le bas, vers le centre de la terre, le point opposé au ZENITH c'est à dire le NADIR.
L’horizon : comment ça marche ?
En fait c'est la rotondité de la terre qui nous empêche de voir sous le plan d'horizon.
Nous nous imaginons comme le bonhomme rouge en un lieu à la surface de la terre mais bien sûr dans un dessin à l'échelle nous serions tout juste un point minuscule de cette surface et le bateau ne serait pas beaucoup plus grand. Si nous traçons une ligne joignant un point (céleste ou terrestre) situé sous le plan d'horizon au point qui nous représente, cette ligne traverse forcément la terre. Si l'on fait abstraction de la réfraction, les rayons lumineux provenant de sources situées sous l'horizon se déplacent en ligne droite, et se heurtent à la terre qui est opaque, ce qui fait qu'aucun rayon lumineux provenant de l'espace situé en dessous de ce plan ne peut venir impressionner notre rétine. Et, en conséquence, leur source nous est invisible.
Quand un objet terrestre, par exemple un bateau apparaît à l’horizon, c’est qu’il franchit le plan d'horizon et qu'il « émerge » du même côté que nous. Dès l'instant où il apparait à l'horizon, on peut imaginer un segment de droite, intégralement visible, reliant le bateau et notre œil et ce segment correspond au trajet des rayons lumineux qui viennent impressionner notre rétine pour former son image. Tant que le bateau est sous le plan, impossible de tracer un segment de droite nous reliant au bateau qui ne traverse pas la terre. Or nous savons que la terre est opaque aux rayons lumineux.
On dit des astres qui deviennent visibles « qu’ils se lèvent » . Et de ceux qui deviennent invisibles « qu’ils se couchent ». La terre tournant d’Ouest en Est, (comme si l’Amérique tendait à prendre la place occupée par l’Europe dans l’espace) les objets célestes deviennent visibles à l’Est de l’horizon, le levant et ils deviennent invisibles quand ils sont happés par l’Ouest de l’horizon (le couchant). Si le soleil est du même côté de l’horizon que l’observateur, il fait jour. Si le soleil est de l’autre côté de l’horizon, par rapport à l’observateur, il fait nuit. La période de transition entre le jour et la nuit (ou la nuit et le jour) s’appelle le crépuscule.
Cela dit, les étoiles et les planètes qui se trouvent dans le ciel diurne, c’est à dire du même côté du plan d’horizon que le soleil et l’observateur, ne sont pas visibles, car on a besoin de l’obscurité pour les voir. En somme, si une étoile se lève quand il fait jour, on ne la voit pas. Seule la lune est visible aussi bien dans le ciel diurne que dans le ciel nocturne. Mais c’est par pur cabotinage.
Sur le dessin qui montre comment s'orienter sur le plan d'horizon, le ciel à la forme d'un hémisphère reposant comme une cloche à fromages au-dessus de l'observateur et l'horizon a la forme d'un disque. Pourquoi ? Dans un premier temps, on s'intéresse à la position des objets dans le ciel, pas à leur distance à la terre. De ce point de vue, il est pratique de considérer que tous les objets célestes sont à la même distance de nous, une distance très grande, qui constitue le rayon de la sphère céleste.
Le plan d'horizon coupe donc cette sphère selon un cercle et de ce fait, il a la forme d'un disque dont l'observateur occupe le centre. Quand on est sur une surface théorique parfaitement plate, il n'est pas anormal de considérer que tous les points de l'horizon sont à égale distance de nous, autrement dit que la ligne d'horizon est un cercle. Un objet céleste deviendra visible ou invisible quand il franchira le cercle d'horizon. On dira d'un astre (soleil, planète, lune , étoile) qui franchit le cercle d'horizon qu'il se lève ou qu'il se couche.
Position relative des plans d’horizon et d’équateur
Prenons maintenant un peu de recul. L’horizon est un plan. L’équateur est un cercle et ce cercle délimite un disque qui est aussi un plan : le plan de l’équateur. S’ils ne sont pas parallèles, 2 plans se coupent selon une droite et ils forment un angle.
Pour évaluer l’angle de deux plans, il suffit de les imaginer de profil quand chaque plan forme une ligne (comme sur notre dessin). L’angle des 2 lignes est aussi l’angle des 2 plans. Si les 2 plans et les 2 lignes sont parallèles, les plans forment un angle de 0°. L’horizon fait avec l’équateur un angle qui dépend du lieu auquel on se trouve. La latitude d’un point sur l’équateur est 0°. Pour le bonhomme rouge, qui se trouve sur l’équateur, l’angle horizon – équateur mesure 90°. L’horizon est perpendiculaire à l’équateur. La latitude des pôles est 90°. Pour le bonhomme blanc qui se trouve au pôle, l’horizon est parallèle à l’équateur. L’angle horizon – équateur mesure 0°. Enfin pour le bonhomme jaune qui se trouve à une latitude de 45°, l’horizon fait avec l’équateur un angle qui mesure 45°.
Que remarquons nous ? Si la latitude du lieu est X l’horizon du lieu fait avec l’équateur un angle dont la mesure en degrés est 90 – X.
À chacun son horizon, donc. Par exemple à Montpellier la latitude est environ 43° et l’horizon fait avec l’équateur un angle de 90 – 43 = 47°. Dans ce qui suit par commodité nous nous intéresserons à un lieu situé à une latitude comparable à la notre. Disons 45°.
La notion de hauteur par rapport à l’horizon
Une dernière chose : définissons la notion de « hauteur » des objets dans le ciel qui nous sera très utile par la suite. Pour montrer un objet dans le ciel, on se tourne d’abord, sur le plan d’horizon, dans sa direction (le sud, le nord, le sud-ouest...) . L’angle que fait cette direction du plan avec la direction du Nord s’appelle l’azimut. D’où l’expression « tous azimuts ». En géodésie, l'Azimut du Nord est 0°, celui de l'Est 90°, celui du Sud 180°, celui de l'Ouest 270°. En Astronomie l'Azimut du sud est 0°, celui de l'Ouest +90°.celui de l'Est 270°. Puis, une fois dans le bon azimut, nous élevons le bras d’un certain angle vers le haut ou vers le bas, en direction de l’objet.
L’angle que fait la direction de l’objet avec le plan d’horizon s’appelle « la hauteur » et elle se mesure en degrés de –90° à + 90°. . Si la hauteur est positive l’objet est au-dessus de l’horizon donc il est visible, si la hauteur est négative l’objet est au-dessous de l’horizon donc il est invisible. Si la hauteur est nulle, l’objet est exactement sur l’horizon et on ne le voit qu’en partie. Le point « le plus haut du ciel » est situé à la verticale et au-dessus de l’horizon, à une hauteur de +90° , et on l’appelle le zénith. Le point diamétralement opposé qui se trouve sous nos pieds à la verticale du sol s’appelle le Nadir.
Sur le dessin, l’observateur voit la boule rouge à une hauteur d’environ +45° au-dessus de l’horizon (on pourrait tout aussi bien dire « au- dessus du sol » si l’on n’était pas aussi pinailleur).
Mesurer une hauteur en degrés et l’assimiler à un angle a peut-être quelque chose de surprenant mais c’est finalement très pratique quand on parle d’objets célestes et que le seul moyen de les désigner à d’autres est d’indiquer la direction dans laquelle ils se trouvent. Pour ceux que ça intéresse, Azimut et Hauteur sont deux angles qui permettent de définir la position exacte de n’importe quel objet céleste à un moment de la journée et en un lieu précis. Ces deux angles forment le système de coordonnées horizontales.
Abordons maintenant la notion de sphère céleste.
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