Mécanique céleste

Le ciel est constamment en mouvement : les planètes, les galaxies ainsi que tous les autres objets célestes se meuvent à l’infini.

Si vous regardez une étoile, vous vous apercevrez vite qu’au bout d’un certain temps, celle-ci aura changé de position. Il est important de comprendre comment tous ces objets se déplacent, et c’est grâce à la mécanique céleste que nous pourrons mieux appréhender ces mouvements.

L’univers en mouvement

Lorsque vous pointez votre télescope vers un astre, vous vous rendez compte très vite que l’objet observé ne reste pas en place dans votre oculaire : il est tributaire d’un grand nombre de paramètres qui vont altérer sa position par rapport à votre point de vue.

Dans ces paramètres, nous pouvons citer le fait que la Terre est en perpétuelle rotation, autour d’elle-même, mais aussi autour du Soleil. L’astre que vous êtes en train d’observer effectue lui-même des rotations. C’est pour cela que lorsque vous pointez votre télescope vers le ciel, vous devez passer un certain temps à repérer votre cible, puis la suivre constamment à l’aide des flexibles de votre monture.

Les mouvements de la Terre

On note deux types de mouvements pour notre planète : le mouvement diurne et le mouvement annuel.

Le mouvement diurne correspond à la rotation de la Terre sur elle-même en 24 heures.

Le mouvement annuel correspond aux 365 jours que met la Terre pour accomplir sa révolution autour du Soleil.

Le mouvement diurne est ce qui donne le plus de fil à retordre à l’astronome amateur, car il implique que l’appareil d’observation puisse constamment suivre l’objet observé, que ce soit manuellement, ou bien avec un système de suivi automatique.

Un moyen assez simple de se rendre compte de la rotation de la Terre sur elle-même, c’est de fixer un appareil photographique sur un trépied et de le pointer vers les étoiles avec un temps de pause de plusieurs minutes. Le résultat sera un superbe filé d’étoiles, témoin que la Terre tourne autour d’elle-même !

Lorsqu’on observe un astre, il faut donc absolument un système mécanique ou électronique qui nous permettre de le suivre. C’est précisément ce que permettent les montures équatoriales.

Le mouvement annuel de la Terre n’est quant à lui pas un frein pour l’observateur, bien au contraire ! C’est un mouvement si lent (365 jours pour accomplir la révolution) qu’il ne pose aucun problème lors de l’observation. Par contre, ce mouvement annuel est une véritable aubaine pour les astronomes, car il va faire découvrir, au fil des saisons, des parties du ciel bien différentes !

Le mouvement des planètes

Imaginez que vous soyez à bord d’un avion et que vous aperceviez au sol deux trains roulant à vive allure. De votre point de vue, il n’y a rien de vraiment particulier à remarquer. Mais si vous vous retrouvez à bord de l’un des deux trains, votre perception du mouvement de l’autre train sera bien différente.

Par exemple, si l’autre train vous double, cela vous donnera l’impression de reculer, ou même parfois d’être à l’arrêt. Si vous doublez l’autre train, c’est l’effet inverse qui semble se produire.

Il se passe exactement la même chose dans notre Système Solaire, car vous observez toujours depuis un point en mouvement perpétuel, la Terre. Et chaque planète est en mouvement perpétuel autour du Soleil.

Toutes ces rondes incessantes ont pour conséquence que la position de chacune des planètes de notre système est différente d’une année à l’autre.

Comment repérer une planète dans le ciel ? Il vous suffit généralement de vous procurer les éphémérides astronomiques du jour (faciles à trouver sur google…) qui vous donnent la constellation où est située la planète recherchée. Ensuite vous pourrez repérer la constellation grâce à une carte du ciel…

Les éphémérides vous aideront également à savoir si la planète que vous souhaitez observer est bien visible au moment de l’année où vous souhaitez effectuer ces observations. Si la planète que vous visez se situe dans une constellation qui n’est pas encore visible au moment où vous souhaitez observer, vous ne pourrez évidemment pas voir la planète en question…

Vous devez également garder à l’esprit que plus les planètes sont proches du Soleil, plus leur mouvement est rapide. Elles seront donc plus difficiles à suivre.

Quand observer une planète ?

Plus la planète à observer est proche de nous, meilleur sera le moment pour l’observer. C’est du moins valable pour les planètes dont l’orbite est extérieure à celle de la Terre (Mars, Jupiter, Saturne).

Lorsque la Terre et la planète que l’on souhaite observer se situent du même côté du Soleil, on est dans la période de l’opposition, et c’est le meilleur moment pour observer.

En effet, mieux vaut observer Mars lorsqu’elle est à 60 millions de km de nous que lorsque elle est à 400 millions de km de nous !

Pour les planètes dont l’orbite est plus proche du Soleil que la nôtre (orbite intérieure à la nôtre, Vénus et Mercure), le meilleur moment est lors de l’élongation maximale Est. C’est-à-dire lorsque la planète est visible à l’est du Soleil et qu’elle forme l’angle le plus ouvert possible.

Lorsque la planète est en conjonction avec le Soleil, après avoir été au plus proche de la Terre, il est possible de l’observer tôt le matin, quelques minutes avant le lever du Soleil. Au fil des jours, sa taille va diminuer car elle va s’éloigner de plus en plus.

Mécanique céleste : définitions

En mécanique céleste, il est important de connaître un vocabulaire un peu technique, pour bien comprendre le fonctionnement du ciel. Tout d’abord, il existe deux façons de situer un corps céleste. On peut le situer grâce à des coordonnées en azimut et en altitude, c’est-à-dire par rapport à l’horizon.

Mais on peut également le situer grâce à la déclinaison et l’ascension droite, qui représentent les coordonnées célestes de l’objet.

Altitude et Azimut

Pour connaître la position exacte d’un astre en un lieu et un moment donné, on peut utiliser un système de coordonnées simple.

L’altitude est indiquée par la position de l’horizon, qui est le point de départ. On monte jusqu’à 90° à la verticale du point d’observation.

L’azimut prend le nord comme origine (0°) et indique la direction dans laquelle on regarde. Le sud est alors à 180°, l’ouest à 270° et l’est à 90°.

Ce système de coordonnées altazimutales est assez facile à utiliser, mais il peut poser quelques problèmes. En effet, les coordonnées que l’on obtient sur la position d’un objet dépendent du lieu ou elles ont été calculées. Il n’est donc pas possible de les réutiliser ailleurs.

D’autre part, c’est un système qui ne tient pas compte du mouvement apparent du ciel, ce qui se révèle problématique lors de l’utilisation d’une monture altazimutale, qui force l’observateur à modifier en permanence les deux axes lors de l’observation.

Déclinaison et ascension droite

La déclinaison et l’ascension droite sont aux astres ce que la longitude et la latitude sont à la Terre. Il s’agit d’un système de coordonnées équatoriales qui mesure avec une grande précision la position d’un corps céleste, quel que soit le lieu et l’endroit d’où on observe.

Comme la longitude terrestre, l’ascension droite permet un déplacement d’est en ouest. Quant à la déclinaison, le principe est le même que la latitude terrestre : le déplacement se fait du nord au sud et inversement.

On parle d’équateur céleste pour désigner une ligne imaginaire qui découpe le ciel en deux parties. On parle également de pôle nord céleste et de pôle sud céleste. L’homme a transposé les notions de latitude et de longitude terrestres sur la voûte céleste afin de pouvoir repérer les astres avec précision.

Pour monter en déclinaison, il suffit de se déplacer de l’équateur céleste vers le pôle nord céleste, ce dernier étant à 90° alors que l’équateur est à 0°. Si l’on va vers le pôle sud céleste, alors on descend en déclinaison.

Comme pour les méridiens sur Terre, la voûte céleste a été découpée en 24 secteurs horaires.

Grâce à ce système de coordonnées équatoriales, chaque corps céleste dispose de ses propres coordonnées, et il est ainsi très facile à retrouver. Cela est valable pour les objets du ciel profond, car c’est un peu différent pour les planètes du système solaire qui sont en mouvement constant les unes par rapport aux autres.

Les planètes ont donc des coordonnées équatoriales qui changent tous les jours. Mais comme elles restent toujours proche de l’écliptique (ligne imaginaire qui représente le chemin emprunté par le Soleil durant une année), on peut avoir une bonne idée de la position de chaque planète, même si elle change d’un jour à l’autre.

Si l’on regarde de plus près la position de l’écliptique dans le ciel étoilé, on remarque qu’elle est basse en été, et haute en hiver (notez que c’est le contraire durant la journée). On en déduit qu’il est plus intéressant d’observer les planètes en hiver, car leur position est plus haute et la lumière qu’elles nous envoient a besoin de traverser moins d’atmosphère pour nous parvenir !