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À quoi ressemble la sphère céleste ?
Le
film de l'évolution de la sphère céleste pendant une journée de
novembre.
Vidéo
réalisée grâce au logiciel Stellarium.
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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
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. Ou
s'il faisait un tour sur lui-même et dressait une carte de tout ce qu'il
avait vu entre le cercle d'horizon et le zénith.
 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 près de l'horizon, vers le sud - ouest.
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 du 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.
En
supposant qu'il fasse toujours nuit, si l’on refait un instantané du ciel
environ 12 heures après, voilà à quoi il ressemble :
 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.
En fait le second cliché est pris plusieurs jours après le premier ce
qui explique que la lune ait fait beaucoup de chemin entre temps. 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 quelques
heures consécutives grâce à une succession d'images que vous pourrez
examiner à votre guise.
 En fait, il faut
imaginer le ciel de ce dessin comme une immense cloche à fromage située au-dessus
de nous.
Le
centre du dessin est aussi le centre de cette cloche. C'est le point le
plus haut du ciel (le zénith). Le bord de cette cloche posée sur le sol (ou
plutôt sur le plan d'horizon) forme un cercle de très grand rayon, le
cercle d'horizon.
Cette
cloche est en fait la moitié d'une sphère et cette sphère tourne autour d'un axe incliné qui nous relie à la polaire.
Le
plus difficile est d'imaginer cette image en relief, comme une cloche
située au-dessus de nous, et non pas comme un disque plat.
Le
Sud est en bas de la carte, donc nous sommes tournés vers le Sud. L'est est
à notre gauche. Pour observer le nord, il faut mettre le nord de la carte
en bas.
Il
est minuit, vers la mi-janvier. Dans le ciel du Sud, à hauteur de l'équateur nous
voyons la constellation d'Orion composée et entourée d'étoiles très
brillantes (Sirius, du petit chien, la plus brillante de toutes, Capella du
cocher, Procyon, Rigel, Bételgeuse, le pied et la tête d'Orion)
La
ligne verte, c'est l'écliptique, le grand cercle sur lequel se déplacent
les planètes, le soleil et, à quelques degrés près, la lune. On voit Mars à
droite dans le bélier. Les constellations qui jalonnent l'écliptique
forment le zodiaque (On voit lion, cancer, gémeaux, taureau, bélier,
poissons)
Dans
le ciel du nord on voit les constellations familières grande ourse, dragon,
Céphée, Cassiopée et tout ce petit monde tourne, d'Est en Ouest autour de
l'étoile polaire, au bout de la queue de la petite ourse.
Observons comment évolue le ciel de 2h en 2h (de
gauche à droite, de bas en haut) depuis 2h du matin jusqu'à 8H, au moment
où le soleil est déjà levé.
Observez notamment comment la petite ourse et les
constellations du nord tournent autour de la polaire tandis que celles du
sud se lèvent à l'est, se couchent à l'ouest et se déplacent sur des
cercles parallèles à l'équateur (la ligne bleue qui joint l'Est à l'Ouest).
 Sur cette sphère on a dessiné
un réseau de méridiens et de parallèles, qui permettent de localiser les
astres selon leur longitude et leur latitude, qui rendent compte de la
rotondité du ciel et qui permettent de suivre sa rotation.
Les
parallèles semblent immobiles tandis que les méridiens tournent avec la
sphère.
Le
soleil ; la lune et les planètes sont repérés par des points plus ou moins
brillants. Mais en fait seuls la lune et le soleil se distinguent
clairement des étoiles. Ici on voit la lune (un peu sous l'écliptique)
et Mars dans le bélier, derrière la queue des poissons. En fait Mars et
Uranus sont confondues. On dit qu'elles sont en conjonction.
Certaines
planètes ressemblent à des étoiles plus ou moins brillantes. D'autres comme
Neptune ou Uranus ne sont même pas visibles à l'œil nu.
Tous
les astres semblent tourner avec cette sphère céleste, comme s'ils étaient
collés sur elle. Mais en fait seules les étoiles sont collées à la
sphère.
Les
objets du système solaire (le soleil, la lune, les planètes) bougent sur la
sphère, le long d'un de ses grands cercles, (en vert sur notre carte) mais
ils bougent si lentement qu'il faut plusieurs jours, voire plusieurs mois
pour visualiser leur mouvement.
On
peut donc considérer que pour un jour donné, ils
tournent comme s'ils étaient collées à la sphère, à l'instar des étoiles.
Mais au cours des saisons ou des années, leur latitude va varier entre
23° Sud et 23° Nord (la latitude des points extrêmes du cercle sur lequel
ils se meuvent). La latitude des étoiles, elle, reste fixe.
Pour vous familiariser avec ces cartes, essayez maintenant de répondre
à ces questions :
●
La lune suit à peu près le 12e parallèle Sud.
Sa
latitude ce jour-là est 12° sud. On la trouve donc 12° au-dessous 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 15e parallèle Nord. Sa latitude ce jour-là est
15° Nord.
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 enlever 12°, la
latitude sud de la lune étant l’écart angulaire entre l’équateur et la
lune.
La
lune culmine donc ce jour là à 47-12 = 35° de
hauteur.
●
Sur le soleil
Le
soleil se lève à l'Est sur le 15e parallèle Nord. Il se lève donc au Nord –
Est. Mais assez prés de l'Est
Le même
type d’observation nous révèle qu’il se couche au Nord – Ouest. Mais assez prés de l'Ouest.
La
latitude du soleil étant 15° nord, il est
15° en dessus de l'équateur et à midi heure solaire il sera 15° au dessus du point culminant de l’équateur donc sa
hauteur sur l’horizon à midi (heure solaire) est 47 + 15 = 62°. Elle
serait au maximum de 47 + 23 = 70°. Au minimum de 47-23 = 24°.
Les
points de lever et de coucher du soleil, sa forte hauteur à midi, tout
concourt à nous indiquer qu’on est en été. Ou à la fin du printemps.
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,...
Va -
t- on, grâce à cet instrument démoniaque réussir à 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.
Mais
comparer la sphère céleste à un parapluie incliné qu'on ferait tourner en
faisant tourner son manche est loin d'être idiot. C'est même une excellente
image.
Pour
savoir si un objet bouge sur la sphère, par rapport aux étoiles, il suffit
de s’assurer que ses coordonnées (latitude et longitude)
varient.
Les
étoiles font partie du parapluie. Quand on tourne son manche elles bougent avec lui, bien sûr, mais sur le
parapluie, sur la sphère céleste elles sont fixes. Leurs coordonnées
(longitude et latitude ne varient pas) .
Par
contre les mobiles (soleil, lune, étoiles) ne font pas partie du parapluie
et ils se déplacent sur lui, trés lentement en
suivant la ligne rouge qui figure l'écliptique. Ils peuvent donc franchir
l'équateur et le méridien d'origine : leur latitude et leur longitude
varient.
Cependant,
au cours d'une nuit ou même de quelques nuits, le déplacement d'une planète
est négligeable, le déplacement su soleil est trés
faible (1° par jour) et le déplacement de la lune est plus important (une
dizaine de degrés par jour, moins que l'angle que font les aiguilles d'une
horloge quand il est 1 heure juste).
Nous
allons maintenant étudier le mouvement de ces objets mobiles qui sont ceux
de notre système solaire.
Cartes
extraites des logiciels Asynx et Stellarium .
L'auteur remercie leurs concepteurs.
 
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