Définitions de mécanique céleste

Vus depuis la Terre, les étoiles et les objets du ciel profond semblent environner la Terre, et le Soleil, la Lune et les planètes se déplacer sur leur fond. Pour rendre compte de cela, pour localiser les objets et les observer, l'astronomie a construit des concepts, des grilles et d'autres outils. Le ciel est essentiellement conçu comme une sphère sur laquelle les objets du ciel semblent se trouver; cette sphère a des systèmes de coordonnées appropriés; le Soleil, la Lune et les planètes voyagent sur cette sphère, parmi les étoiles. Les définitions qui suivent de ces concepts et ces outils sont par ordre alphabétique. pour ce qui des positions remarquables des planètes, plus de détails avec le tutoriel "Le mouvement apparent des planètes"

Anomalistique (révolution)

Période de révolution d'une planète du système solaire, qui correspond à deux passages de celle-ci au périhélie

Aphélie

Le point de l'orbite de la Terre où la Terre est au plus loin du Soleil

Apogée

Le point de l'orbite de la Lune où la Lune est au plus loin de la Terre

Cercle (mesure d'un)

Un cercle peut se diviser en 360° d'arc (°), chaque degré se divisant en 60 minutes d'arc ('). Chaque minute se divise en 60 secondes d'arc ("). Le cercle de référence principal -ou "grand cercle" d'un système de coordonnées est ainsi divisé

Cercle polaire

Cercle parallèle à l'équateur qui marque la limite d'où, lors des solstices, le jour ou la nuit dure 24 h. On a alors affaire au soleil de minuit ou à la nuit polaire. Le cercle polaire arctique se trouve à 66° 33' de latitude nord et le cercle polaire antarctique à 66° 33' de latitude sud. Les cercles polaires, avec les tropiques constituent les principaux repères astronomiques reportés sur les coordonnées de la sphère terrestre

Conjonction

Position particulière d'une planète sur son orbite, par rapport à la Terre. Les planètes supérieures (les planètes qui se trouvent au-delà de la Terre: Mars, Jupiter, Saturne, etc) sont à leur conjonction lorsqu'elles se trouvent en ligne avec la Terre et le Soleil, de l'autre côté du Soleil par rapport à la Terre. Les planètes inférieures (les planètes qui orbitent entre le Soleil et la Terre: Mercure, Vénus) ont deux types de conjonction: la conjonction inférieure et la conjonction supérieure. La conjonction inférieure a lieu lorsque la planète est en ligne avec le Soleil et la Terre, entre le Soleil et la Terre. La conjonction supérieure a lieu lorsque la planète est en ligne avec la Terre et le Soleil, de l'autre côté du Soleil par rapport à la Terre. La conjonction fait partie des différentes positions remarquables qu'une planète occupe par rapport à la Terre au cours d'une année

Coordonnées (système de coordonnées équatoriales)

Le système de coordonnées équatoriales est l'un des systèmes de coordonnées sphériques utilisés pour caractériser la sphère céleste. Ce système, si l'on veut le résumer, est tout simplement la projection sur la sphère céleste des coordonnées terrestres. L'axe principal (ou axe des pôles) du système est l'axe de la sphère céleste. Les pôles nord et sud du système sont ainsi le pôle céleste nord et le pôle céleste nord. Le cercle de référence principal -ou "grand cercle"- est l'équateur céleste, c'est-à-dire la projection, sur la sphère céleste, de l'équateur terrestre. Les "longitudes" des objets célestes sont mesurées sur l'équateur céleste, avec, pour point d'origine, l'équinoxe vernal. L'équinoxe vernal est le point où le Soleil se trouve à l'équinoxe de printemps. Le terme "ascension droite" est utilisé pour désigner la longitude des objets célestes. L'ascension droite est mesurée, vers l'Est, en terme d'unités de temps: l'équateur céleste est divisé en heures, minutes, secondes, ce qui correspond bien au mouvement apparent de la sphère céleste qui s'effectue en un jour. Une heure d'ascension droite correspond ainsi à 15° et une minute à 4 minutes d'arc. 24 cercles d'ascension droite (ou "cercles horaires") passent par les pôles du système. Chaque heure d'ascension droite est divisée en 60 mn. Chaque minute est divisée en 60 secondes. Les "latitudes", elles, sont mesurées de part et d'autre de l'équateur céleste, sur la base d'un système +90°/0°/-90°. On emploie le terme "déclinaison". Le système de coordonnées équatoriales est fixe sur la sphère céleste. Il tourne avec elle. Les équinoxes, du fait de la précession des équinoxes, se déplacent lentement. Comme l'équinoxe vernal -qui est l'un des équinoxes- participe donc de ce mouvement, et qu'il est le point d'origine de l'ascension droite, les catalogues d'étoiles doivent être mis à jour périodiquement: le déplacement étant d'approximativement 50" par an, les catalogues sont modifiés tous les 50 ans. Une conséquence de cela est que les coordonnées équatoriales des objets célestes sont données pour telle ou telle position de l'équinoxe vernal: la référence actuelle est la fameuse expression: "coordonnées pour l'équinoxe J2000.0". Le système de coordonnées équatoriales utilisé par les astronomes professionnels est amélioré: l'équateur et l'équinoxe vernal sont définis par rapport au mouvement de la Terre, à quoi s'ajoute un ensemble dit "Fifth Fundamental Catalogue (FK5)" de 1535 étoiles brillantes. Ce système, de plus, est en passe d'être encore amélioré par l'Union Astronomique Internationale (UAI), qui met en place l'"ICRS" ("International Celestial Reference System", "système de référence céleste international"). L'ICRS vise à être indépendant de toute référence dynamique à la Terre. L'équateur et l'équinoxe vernal sont définis par rapport aux positions très précises de 608 radio-sources extra-galactiques. Un sous-ensemble du catalogue Hipparchos (dit "Hipparcos Celestial Reference Frame", HCRF) sert de FK5 au nouveau système. Ce système n'était pas encore implémenté dans les milieux professionnels fin 2002 du fait qu'il n'est encore pas clair de quelle façon les modifications de l'axe de rotation de la Terre (précession, nutation) seront prises en compte. Le nouveau système ICRS, pour une précision de pas plus de 0,1 seconde d'arc vers l'équinoxe J2000.0, sera totalement transparent avec l'ancien système professionnel J2000.0-FK5

Coordonnées (système de coordonnées horizontales)

Le système de coordonnées horizontales est l'un des systèmes de coordonnées sphériques utilisés pour caractériser la sphère céleste. Si l'on veut résumer, le système de coordonnées horizontales a pour équateur l'horizon de l'observateur. Celui-ci est donc le cercle de référence principal -ou "grand cercle" du système. Il est aussi appelé l'"horizon astronomique" et comporte quatre points principaux: le Nord, l'Est, le Sud et l'Ouest. L'axe principal ou axe des pôles, lui, est l'axe zénith-nadir du lieu de l'observateur. Les "longitudes" sont mesurées, dans le sens des aiguilles d'une montre, sur le cercle de référence principal, en commençant au Nord, qui est le point d'origine du système. On utilise un système d'unités angulaires (0-360°) et on emploie le terme "azimuth". Le Nord est à 0°, l'Est à 90°, le Sud à 180° et le Nord à 270°. Des cercles secondaires, dits "cercles verticaux" -le premier localisé au Nord- passent par les deux pôles du système de coordonnées et divisent plus avant le cercle de référence. Les "latitudes" du système -on parle d'"altitude" de l'objet- sont mesurées de part et d'autre de l'horizon astronomique en termes +90°/0°/-90°. Le système de coordonnées horizontales est fixe par rapport à l'observateur. Cela signifie que la sphère céleste est mobile par rapport à la grille des coordonnées horizontales. Lorsqu'il est utilisé professionnellement, le système de coordonnées horizontales nécessite une donnée supplémentaire: le temps du moment de l'observation. Les coordonnées terrestres exactes du lieu de l'observateur sont également obligatoires. Les astronomes amateurs utilisent instinctivement le système de coordonnées horizontales lorsque, par exemple, ils essaient de définir quelle est la hauteur de la Lune ou d'une planète au-dessus de l'horizon

Coordonnées (systèmes de)

Aux fins de localiser les objets sur la sphère céleste, les astronomes ont conçu différents systèmes de coordonnées sphériques. Ces systèmes, pour l'essentiel, sont semblables au système des coordonnées géographiques terrestres. Tous les sytèmes de coordonnées astronomiques ont un "axe principal", deux pôles et un "cercle de référence principal". L'axe principal -ou "axe des pôles"- est l'axe de rotation du système. Les deux pôles sont là où l'axe principal coupe la sphère. Le cercle de référence principal -ou "grand cercle"- est l'équateur du système. Il est perpendiculaire à l'axe principal. L'équivalent des latitudes se mesure de part et d'autre du grand cercle. L'équivalent des longitudes se mesure sur le grand cercle, par rapport à un point qui est défini sur celui-ci. Des cercles secondaires (dits, eux aussi, "cercles principaux") passent par les deux pôles du système, le premier commençant au point d'origine sur le grand cercle. Ces cercles sont utilisés pour définir la longitude de l'objet. Les astronomes professionnels utilisent quatre systèmes de coordonnées: le système de coordonnées horizontales, le système de coordonnées équatoriales, le système de coordonnées fondé sur l'écliptique et le système de coordonnées galactiques. Les astronomes amateurs utilisent essentiellement le système de coordonnées équatoriales et ils utilisent le système de coordonnées horizontales de façon intuitive. Pour ce qui est du système de coordonnées fondé sur l'écliptique ou de celui fondé sur les coordonnées galactiques, les axes principaux sont l'axe des pôles nord-sud de l'écliptique et de la Galaxie, respectivement; le grand cercle est le plan de l'écliptique ou de la Galaxie et les deux systèmes ont, pour unités des coordonnées, un ensemble 0°-360° qui mesure les "longitudes célestes" ou les "longitudes galactiques" et un ensemble +90°/0°/-90° qui mesure les "latitudes célestes" et les "latitudes galactiques"

Draconitique (révolution)

Période de révolution d'une planète du système solaire, qui correspond à deux passages de celle-ci par le même noeud de l'orbite

Ecliptique

L'écliptique est le plan de l'orbite terrestre. Projeté sur la sphère céleste, l'écliptique est la ligne sur laquelle le mouvement apparent du Soleil, de la Lune et des planètes semble avoir lieu. voir aussi "zodiaque"

cette animation en anglais montre comment l'équateur céleste ("equator", ligne blanche) est la projection de l'équateur terrestre sur la sphère céleste. L'écliptique ("ecliptic", orange) est le plan projeté de l'orbite terrestre et le zodiaque ("zodiac", bleu) est défini par l'inclinaison par rapport à l'écliptique du plan de l'orbite des planètes

Du fait de l'inclinaison de l'axe des pôles de la Terre qui reste invariable au long de l'orbite de celle-ci autour du Soleil, l'écliptique, au midi de l'observateur, occupe une position différente selon les saisons: au solstice d'hiver, l'écliptique se situe, de façon symétrique, en-dessous l'équateur céleste; au solstice d'été, à l'inverse, il se situe, de la même façon, au-dessus de l'équateur céleste. Aux deux équinoxes, l'écliptique coupe l'équateur céleste

Equateur (ou équateur céleste)

L'équateur céleste est la projection sur la sphère céleste de l'équateur terrestre. L'équateur céleste coupe l'écliptique en deux points: l'équinoxe vernal et l'équinoxe d'automne (sur les équinoxes, voir le tutoriel "Les saisons"; sur l'équinoxe vernal, voir ci-dessous)

Equateur (terrestre)

L'équateur, sur Terre, est la ligne de latitude 0° qui délimite les hémisphères nord et sud. A l'équinoxe vernal et à l'équinoxe d'automne -c'est-à-dire essentiellement au printemps et à l'automne- le Soleil, à midi, à l'équateur, est directement à la verticale

Equinoxe vernal

L'équinoxe vernal est l'un des deux points où l'équateur céleste coupe l'écliptique. L'écliptique est le plan de l'orbite de la Terre. Vu en perspective sur le fond de la sphère céleste, il est une ligne qui est à un angle par rapport à l'équateur céleste. Le mouvement apparent du Soleil, de la Lune et des planètes a lieu sur cette ligne. L'équinoxe vernal est là où le Soleil se trouve, chaque année, vers le 21 mars, se déplaçant vers le haut, c'est-à-dire le jour du printemps de l'hémisphère nord. L'équinoxe vernal est également le point d'origine de la mesure de l'ascension droite dans le système de coordonnées équatoriales. L'équinoxe d'automne est l'autre point où l'équateur céleste coupe l'écliptique. Les deux équinoxes font partie du phénomène des saisons (voir le tutorial "Les saisons")

Horizon

L'horizon est la ligne qui, pour un lieu donné, divise la sphère céleste en un hémisphère céleste visible et un hémisphère céleste invisible

International Terrestrial Reference Frame

Le système dit "International Terrestrial Reference Frame" ("cadre de référence terrestre international", ou "ITRF"), qui est de la responsabilité du "Global Geodetic Observing System", une organisation scientifique, est le système géodésique qui définit le cadre de référence de la planète puisque des données précises sur celle-ci (centre de gravité, vitesse de rotation, etc.) sont nécessaires au fonctionnement de nombreux réseaux tels, par exemple, le célèbre GPS. Les données concernant le cadre de référence terrestre sont collectées via un ensemble de techniques (effet Doppler de certains satellites, les satellites GPS eux-mêmes, l'interférométrie -dont une partie se fonde sur la position de dizaines de quasars, mesure au laser de certains autres satellites en orbite). La NASA et la communauté internationale (en l'occurrence, certaines agences géodésiques internationales dont le Bundesamt für Kartographie und Geodäsie allemand, l'Institut Géographique National français, le Geographical Survey Institute japonais et Geoscience Australia pour l'Australie) ont mis à jour l'ITRF en janvier 2016. Officiellement nommée ITRF2014, la mise à jour est la neuvième ITRF depuis 1992. Plus d'un milliers de stations de la NASA ou d'autres institutions dans le monde y ont contribué en collectant des données jusqu'en 2014. L'ITRF est constitué de positions géographiques spécifiques réparties sur le globe ainsi que des informations concernant leurs éventuelles dérives

Ligne des apsides

Ligne joignant le périhélie et l'aphélie d'une planète du système solaire; n'est généralement pas fixe mais animée de faibles mouvements de précession

Ligne des noeuds

Ligne joignant le noeud ascendant et le noeud descendant d'une planète du système solaire; n'est généralement pas fixe mais animée de faibles mouvements de précession

Méridien céleste

Cercle imaginaire qui passe juste au-dessus du lieu de l'observateur. Son point d'origine et sa fin dépendent du lieu de l'observateur. Dans l'hémisphère nord, le méridien céleste commence sur l'horizon nord, passe par le pôle nord céleste, puis au-dessus du lieu de l'observateur (ce qui est appelé le zénith) et il se termine sur l'horizon sud. Dans l'hémisphère sud, les choses sont inversées. Dans les régions équatoriales, le méridien céleste commence au pôle céleste nord -qui se trouve juste sur l'horizon nord, et se termine au pôle céleste sud -qui se trouve juste sur l'horizon sud. Le méridien céleste définiti le point où les objets célestes atteignent leur plus haut dans le ciel par rapport à l'observateur. Tout objet céleste, du fait de la rotation de la Terre, se lève à l'Est, s'élève dans le ciel jusqu'à atteindre le méridien céleste de l'observateur puis redescend en direction de l'horizon ouest, où il se couche. Du fait du mouvement de la Terre sur son orbite, les objets célestes, chaque nuit, passent 4 minutes plus tôt au méridien de l'observateur. Ce qui revient à 2 heures chaque mois. Cela signifie aussi que la Terre, sur son orbite, progresse de 4 minutes d'arc par jour (ou de 30° par mois)

Nadir

Le nadir est le point de la sphère céleste qui se trouve à l'opposé du zénith par rapport à l'observateur. Le nadir se trouve en-dessous l'observateur, à l'infini

Noeud ascendant

Le point de l'orbite d'un corps dans le système solaire où le corps passe du côté sud au côté nord de l'écliptique

Noeud descendant

Le point de l'orbite d'un corps dans le système solaire où le corps passe du côté nord au côté sud de l'écliptique

Opposition

Position particulière d'une planète supérieure sur son orbite, par rapport à la Terre. Les planètes supérieures sont les planètes qui se trouvent au-delà de la Terre par rapport au Soleil (Mars, Jupiter, Saturne, etc). Ces planètes sont dites à l'opposition lorsqu'elles sont en ligne avec le Soleil et la Terre, au-delà de la Terre. L'opposition est le moment où une planète supérieure est observable au mieux; elle se lève alors au coucher du Soleil et se couche au lever de celui-ci; elle est à son plus brillant et à son plus grand diamètre apparent. L'opposition fait partie des différentes positions remarquables qu'une planète occupe par rapport à la Terre au cours d'une année

Périgé

Le point de l'orbite de la Lune où la Lune est au plus près de la Terre

Périhélie

Le point de l'orbite de la Terre où la Terre est au plus près du Soleil

Plus grande élongation occidentale

Pour une planète inférieure (une planète située entre le Soleil et la Terre), il s'agit de sa plus grande élongation ouest soit sa plus grande distance angulaire au Soleil. C'est le moment où la planète est le plus longtemps visible comme étoile du matin

Plus grande élongation orientale

Pour une planète inférieure (une planète située entre le Soleil et la Terre), il s'agit de sa plus grande élongation est soit sa plus grande distance angulaire au Soleil. C'est le moment où la planète est le plus longtemps visible comme étoile du soir

Précession des équinoxes

L'axe des pôles de la Terre -l'axe qui joint le pôle nord au pôle sud- est incliné par rapport au plan de l'orbite terrestre (l'écliptique). L'inclinaison est de 23,5°. Du fait des effets gravitationnels combinés du Soleil et de la Lune, l'axe des pôles décrit lentement un cercle, dans le sens des aiguilles d'une montre, à la façon de l'axe d'une toupie en mouvement. Ce mouvement de l'axe des pôles s'appelle la "précession des équinoxes". L'équinoxe vernal et l'équinoxe d'automne (les deux points où l'écliptique coupe l'équateur céleste) sont, de ce fait, dans un lent mouvement -vers l'Ouest. Le mouvement est d'approximativement 50" par an; il faut 26 000 ans à l'axe de la Terre pour décrire un cercle complet. La précession des équinoxes explique pourquoi ce n'est pas toujours la même étoile qui marque le pôle céleste nord. La Polaire, de nos jours, est l'étoile que nous connaissons, de la Petite Ourse. Il y a 12 000 ans, c'était Véga de la Lyre. La précession des équinoxes induit un changement dans les coordonnées équatoriales des objets célestes, ce qui amène à redéfinir ce système de référence à peu près tous les 50 ans

Quadrature occidentale

Moment où une planète se trouve à 90°. Ouest du Soleil. La planète alors se voit pendant la première partie de la nuit

Quadrature orientale

Moment où une planète se trouve à 90°. Est du Soleil. La planète alors se voit pendant la seconde partie de la nuit

Solstice

Du latin "sol" (soleil) et "stare" (s'arrêter), le solstice est le point de l'écliptique le plus éloigné de l'équateur céleste. Il existe deux solstices sur l'écliptique. La ligne qui les joint est perpendiculaire à celle qui joint les équinoxes. Le solstice d'été marque le moment de l'année, pour les latitudes moyennes, où le Soleil atteint son plus haut dans le ciel à midi et le solstice d'hiver le moment où il atteint son plus bas. Les deux solstices font partie du phénomène des saisons (voir le tutorial "Les saisons")

Sphère céleste

La sphère céleste est la sphère théorique sur laquelle les étoiles semblent fixées et sur laquelle le mouvement du Soleil, de la Lune et des planètes semble avoir lieu. La sphère céleste, d'une certaine façon, est la projection sur le ciel du globe terrestre. Elle a donc un pôle nord et sud qui sont la prolongation des pôles terrestres -ce sont le pôle céleste nord et le pôle céleste sud- et un équateur -qui est la projection sur le ciel de l'équateur terrestre. La sphère céleste, pour y repérer les objets célestes, fait l'objet de différents systèmes de coordonnées. Le plus utilisé de ces systèmes par les astronomes amateurs est le système de coordonnées équatoriales (voir à Coordonnées (systèmes de))

Tropiques

Les tropiques sont deux lignes de latitude terrestre 23° 27' Nord et Sud. Le tropique, au Nord, est le tropique du Cancer; au Sud, c'est le tropique du Capricorne. Les tropiques définissent à la fois une position astronomique, un évènement astronomique et une zone climatique. Les tropiques, d'abord, sont les points les plus au Nord et au Sud où le Soleil apparaît directement à la verticale au moins un jour par an. Cela a lieu le jour du solstice, à midi. Ce jour-là, à midi, le Soleil est à la verticale de l'observateur. Les tropiques sont ensuite un évènement astronomique: lorsque le Soleil, au tropique, est à la verticale de l'observateur, c'est le solstice d'été -quel que soit l'hémisphère terrestre concerné (sur les solstices, voir le tutoriel "Les saisons"). Les tropiques, enfin, définissent une zone climatique: cette zone est justement appelée "les tropiques". C'est une zone de climat chaud, de part et d'autre de l'équateur, où le Soleil est toujours haut dans le ciel. C'est l'inclinaison de l'axe des pôles qui fait qu'on partage le globe terrestre en 5 zones: la zone tropicale, de part et d'autre de l'équateur jusqu'à la ligne des tropiques (23°27') (tous les lieux de la Terre où le Soleil est vu au zénith à certaines époques de l'année; la zone a un climat chaud puisque le Soleil y est souvent à la verticale; la zone occupe 40% de la surface terrestre); les 2 zones tempérées, situées entre les tropiques et les cercles polaires (le Soleil ne passe jamais au zénith et se couche et se lève tous les jours; le climat y est tempéré puisque les rayons solaires y sont la plupart du temps obliques; on distingue nettement les saisons; les deux zones tempérées couvrent 52% du globe); les 2 zones polaires limitées par les cercles polaires (66°33' soit l'endroit où la distance angulaire aux pôles est la valeur de l'inclinaison de l'écliptique (23°27') (le Soleil reste au-dessus ou au-dessous de l'horizon pendant plusieurs jours à l'époque des solstices; le climat y est glacial puisque les rayons solaires sont rasants et que la nuit y règne une partie de l'année; les deux zones polaires occupent 8% de la Terre). A l'équateur la durée du jour égale celle de la nuit tout au long de l'année: 12 heures chaque

Zénith

Le zénith est le point de la sphère céleste qui est situé directement à la verticale de l'observateur. Le point opposé est le "nadir"

Zodiaque

Le zodiaque est une bande de 16° qui marque les frontières nord et sud (8° de part et d'autre de l'écliptique) des déplacements apparents, en relation avec l'écliptique, du Soleil, de la Lune et des planètes sur la sphère céleste. "Zodiaque" vient du grec "zodiakos kyklos", "cercle de petits animaux" car toutes ses constellations d'origine représentaient des animaux. Ce zodiaque astronomique est constitué de 12 constellations: Bélier, Taureau, Gémeaux, Cancer, Lion, Vierge, Balance, Scorpion, Sagittaire, Capricorne, Verseau, Poissons (on a pris, récemment, l'habitude de signaler qu'Ophiuchus fait également partie du zodiaque). Le zodiaque astronomique tire son origine du zodiaque astrologique. La division de cette zone du ciel en 12 parties égales -une par mois de l'année- appartient à la pratique de l'astrologie -qui fut surtout développée par les Egyptiens- et date du Vème siècle avt. J.-C.: on ne sait pas si on a donné à chaque partie le nom de la constellation qui se trouvaient là ou l'inverse mais il se pourrait que ce soit cette deuxième solution qui soit la bonne car les figures et limites des constellations ont été très variables. Chaque partie du zodiaque mesure 30° et le point vernal (là où se trouve le Soleil à l'équinoxe de printemps), alors associé à la constellation du Bélier, marquait l'origine du zodiaque. L'astrologie contemporaine se réfère encore à ce zodiaque-là mais, du fait de la précession des équinoxes, les positions astronomiques actuelles du Soleil, de la Lune et des planètes n'ont plus aucun rapport avec cet ancien zodiaque. Les signes astrologiques et les constellations astronomiques ne coïncideront de nouveau que dans 24 000 ans