La mesure du temps

Pour régler sa vie, l'homme a depuis longtemps appris à mesurer le temps à travers les cycles naturels tels que les jours les années et les lunaisons. C'est probablement une des raisons, en plus du désir de prédire l'avenir, qui l'on poussé à observer le ciel. Nous n'étudierons pas ici la multitudes des calendriers qui ont prévalus à diverses époques dans des civilisations différentes. De très bons ouvrages traitent de cette question. Le but est ici de donner les quelques principes de base pour comprendre la mesure du temps et son rapport à l'agencement géométrique du ciel (voir rubrique repérage dans le ciel).

Au niveau scientifique, la mesure précise du temps revêt une importance capitale en astronomie. La précision des observations puis des calculs que l'on effectue en étudiant les astres dépend en partie de leur position dans la voûte céleste, à un certain moment. D'où l'utilisation, dans les observatoires, de chronomètres et systèmes d'entraînements parfaitement calibrés.

L'amateur peut quant à lui survivre sans rien connaître de tout cela; nous lui demanderons toutefois de savoir lire l'heure sur sa montre afin de savoir quand il est raisonnable d'aller se coucher.

Nous allons, pour commencer, faire quelques petits rappels de définitions:

seconde: Unité de base du système international, définie à partir de la radiation entre deux niveaux de l'atome de césium.

jour solaire vrai: Durée entre deux passage successifs du soleil au méridien.

jour solaire moyen: Durée moyenne du jour solaire vrai. Avant de disposer d'horloge atomiques, on définissait la seconde comme la 86'400ème partie du jour solaire moyen.

soleil moyen: Il s'agit d'un astre fictif, de vitesse constante, dont deux passages successifs au méridien sont séparés d'un jour solaire moyen, c'est-à-dire d'une durée constante.

équation du temps: Il s'agit simplement de la différence entre le temps solaire vrai et le temps solaire moyen. C'est aussi, de manière équivalente, la différence d'ascension droite entre le soleil vrai (celui que l'on voit) et le soleil moyen.

année tropicale: C'est, en fait, ce qu'on appelle couramment une année et qui correspond exactement à un tour de la terre sur son orbite, d'un équinoxe de printemps au suivant. Une année dure 365,24219... jours solaires moyens.

jour sidéral: Durée entre deux passages successifs au méridien d'une étoile donnée. Un jour sidéral dure 23h 56min 4,091s.

jour julien: C'est simplement le nombre de jours écoulés depui le 1er janvier 4713 avant J.-C à midi. On le note JD (Julian Day). Par exemple, le 1er janvier 2000 était le JD 2'451'545. Cette définition apparemment exubérante permet de simplifier les calculs de date puisqu'on s'affranchit des complications liées aux années bissextiles et à l'inégalité des mois.

Nous pouvons maintenant parler de la notion de temps sidéral qui est utile pour connaître l'aspect du ciel à un moment donné et pour se servir du système de positionnement équatorial avec les cercles gradués d'une monture.

Avant cela, vous pouvez lire les quelques informations sur les diverses échelles de temps utilisées pour la définition de l'heure.

Le temps sidéral

A la différence du temps classique de nos horloges, (anciennement) basé sur la position du soleil moyen, le temps sidéral se réfère à la position des étoiles. Il diverge du temps solaire moyen par le fait que la durée entre deux passages au méridien d'une étoile est légèrement plus courte que celle entre deux passages du soleil moyen. Ceci s'explique par le fait que, pendant un jour, la terre a avancé sur son orbite. Il faut donc attendre un peu plus longtemps pour retrouver le soleil au méridien, comme on le voit sur la figure ci-dessous.

Illustration de la différence entre un jour solaire (A - C) et un jour sidéral (A - B). Entre A et B la terre avance sur son orbite, il y a un jour sidéral car l'orientation de la terre par rapport à l'environnent (les étoiles, en l'ocurrence) est la même. Pour obtenir une situation identique à A par rapport au soleil, il faut attendre 4 min de plus. La terre se retrouve alors en C. Le jour solaire est donc plus long que le jour sidéral.

Au bout d'une année de 365,24219 jours solaires moyens, il y aura eu un jour sidéral de plus, c'est-à-dire 366,24219. On obtient ainsi le rapport de durée entre le jour sidéral jsid et le jour solaire jsol et on peut calculer la durée du jour sidéral: 1 jsid = 365.24219/366.24219 jsol = 0.99727 jsol, ou encore: 23h 56m 4s.

On définit ensuite les seconde, minute et heure sidérales comme étant respectivement les 86'400ème, 1440ème et 24ème parties du jour sidéral, de manière analogue à ce qui est fait pour le temps solaire. Pour passer d'une unité de mesure solaire (jour, heure, minute ou seconde) à l'équivalent sidéral il suffit d'en multiplier la durée par 0.99727.

Maintenant, voici le lien avec la pratique de l'observation. Les coordonnées en ascension droite (voir rubrique repérage dans le ciel) sont données en heure, minute et seconde, un tour de la voûte céleste correspondant à 24h. L'heure sidérale à un moment donné est alors l'ascension droite de l'astre qui passe au méridien à ce moment. L'heure sidérale peut être calculée simplement en utilisant une carte des étoiles à fenêtre rotative. Elle est donnée par la position du méridien (ligne nord-sud) sur la graduation fixe en heure.

Vous pouvez vous procurer, dans la rubrique télécharger, la réglette sidérale qui permet de calculer l'heure du même nom de manière graphique et simple.