IntroductionDans cette section nous allons décrire et définir le mouvement de la Terre autour du Soleil et sa rotation sur elle-même. Nous définirons ensuite la ligne des équinoxes et des solstices, puis nous étudierons les durées du jour et la trajectoire apparente du Soleil au début de chaque saison. Cette section donne de nombreuses définitions de termes astronomiques.
En première approximation, le barycentre du système Terre-Lune parcourt, dans le sens direct (sens inverse des aiguilles d'une montre), une orbite quasi elliptique et plane autour du Soleil (première loi de Kepler). Le plan de cette orbite est appelé plan de l'écliptique. Le Soleil est situé à l'un des foyers de cette ellipse. L'excentricité de l'ellipse est tellement faible qu'elle est indécelable sur le tracé de l'orbite, le tracé ressemble à celui d'un cercle. Il est important de noter que le Soleil ne se trouve pas au centre de l'ellipse mais à l'un de ces foyers. La distance entre le barycentre Terre-Lune et le Soleil n'est donc pas constante. Il y a deux positions particulières correspondant aux valeurs extrêmes de cette distance : le périhélie (distance minimale) et l'aphélie (distance maximale). La ligne joignant ces deux positions s'appelle ligne des apsides.
La Terre tourne sur elle-même, autour de l'axe des pôles, dans le sens direct (d'ouest en est). L'axe de rotation de la Terre n'est pas normal au plan de l'orbite du barycentre Terre-Lune (plan de l'écliptique). Cette inclinaison, de 23° 26', est à l'origine des variations de la durée des jours et des nuits ainsi que des saisons. Le plan normal à l'axe de rotation terrestre coupant en deux hémisphères la sphère terrestre s'appelle plan équatorial terrestre. L'intersection de ce plan avec la Terre est l'équateur terrestre.
Comme l'axe de rotation de la Terre n'est pas normal au plan de l'écliptique, le plan équatorial terrestre n'est pas parallèle au plan de l'écliptique. Il le coupe donc suivant une droite. Cette droite s'appelle la ligne des équinoxes. Lorsque la direction du segment joignant le Soleil à la Terre est parallèle à celle ligne, la Terre se trouve aux équinoxes. Il existe une autre ligne particulière, la ligne perpendiculaire, dans le plan de l'écliptique, à la ligne des équinoxes. Cette ligne est la ligne des solstices. Lorsque la direction du segment joignant le Soleil à la Terre est parallèle à celle ligne, la Terre se trouve aux solstices.
Vu de la Terre, dans le repère équatorial géocentrique, l'équinoxe correspondant au passage du Soleil des déclinaisons négatives aux déclinaisons positives est appelé équinoxe de printemps (début du printemps dans l'hémisphère nord) ou point vernal. Cette direction est, dans le plan de l'écliptique, l'origine des longitudes célestes et elle est également, dans le plan de l'équateur, l'origine des ascensions droites.
Le printemps, dans l'hémisphère nord, correspond donc à l'instant où la longitude géocentrique apparente du centre du Soleil est égale à 0°. L'autre équinoxe, correspondant au passage du Soleil des déclinaisons positives aux déclinaisons négatives, est appelé équinoxe d'automne (début de l'automne dans l'hémisphère nord). L'automne, dans l'hémisphère nord, correspond donc à l'instant où la longitude géocentrique apparente du centre du Soleil est égale à 180°. Le solstice situé entre l'équinoxe de printemps et l'équinoxe d'automne est le solstice d'été et le solstice compris entre l'équinoxe d'automne et l'équinoxe de printemps est le solstice d'hiver. L'été, dans l'hémisphère nord, correspond donc à l'instant où la longitude géocentrique apparente du centre du Soleil est égale à 90°. De même, le solstice d'hiver, dans l'hémisphère nord, correspond à l'instant où la longitude géocentrique apparente du centre du Soleil est égale à 270°.
RemarqueLes saisons dans l'hémisphère sud sont inversées par rapport aux saisons dans l'hémisphère nord. Ainsi l'été dans l'hémisphère sud correspond à l'hiver dans l'hémisphère nord, l'hiver dans l'hémisphère sud correspond à l'été dans l'hémisphère nord, le printemps dans l'hémisphère sud correspond à l'automne dans l'hémisphère nord et l'automne dans l'hémisphère sud correspond au printemps dans l'hémisphère nord.
Saisons et équateurNous venons de voir qu'il y a inversion des saisons entre l'hémisphère nord et l'hémisphère sud. Pouvez-vous décrire en quelques lignes ce qui se passe lorsque l'on est à la limite des deux hémisphères, c'est-à-dire lorsque l'on est sur l'équateur ?
Le jour de l'équinoxe (de printemps ou d'automne), si on néglige la réfraction atmosphérique, le terminateur de la zone de nuit sur la Terre passe par les deux pôles terrestres. Le jour de l'équinoxe, si on néglige la réfraction atmosphérique, la durée du jour est égale à la durée de la nuit pour tous les lieux de la surface terrestre. De plus, toujours en négligeant l'effet de la réfraction atmosphérique, le jour des équinoxes le Soleil se lève exactement à l'est et se couche exactement à l'ouest.
Le jour du solstice d'hiver, pour l'hémisphère nord, la demi-sphère définie par le terminateur de la zone de nuit recouvre la plus grande partie de la surface de l'hémisphère nord. C'est le jour de l'année où la durée de la nuit est maximale et la durée du jour minimale. C'est également le jour où le Soleil se lève le plus au sud-est (valeur extrême de l'amplitude ortive), passe au méridien avec une hauteur minimale et se couche le plus au sud-ouest(valeur extrême de l'amplitude occase).
Le jour du solstice d'été, pour l'hémisphère nord, la demi-sphère définie par le terminateur de la zone de nuit recouvre la plus petite partie de la surface de l'hémisphère nord. C'est le jour de l'année où la durée de la nuit est minimale et la durée du jour maximale. C'est également le jour où le Soleil se lève le plus au nord-est (valeur extrême de l'amplitude ortive), passe au méridien avec une hauteur maximale et se couche le plus au nord-ouest (valeur extrême de l'amplitude occase).
Nous rappelons que dans l'hémisphère sud, les solstices et les équinoxes sont à l'opposé des solstices et des équinoxes de l'hémisphère nord.
La Terre tourne autour de son axe dans le sens direct (d'ouest en est). Sur la Terre cela se traduit par un mouvement apparent des étoiles et des corps du système solaire dans le sens rétrograde (d'est en ouest).
L'angle formé par la direction du lever du Soleil avec la direction de l'est porte le nom d'amplitude ortive, cette amplitude est nulle le jour des équinoxes et elle est maximale le jour des solstices.
De même l'angle formé par la direction du coucher du Soleil avec la direction de l'ouest s'appelle l'amplitude occase, cette amplitude est nulle le jour des équinoxes et elle est maximale le jour des solstices.
ConseilsIl existe un moyen mnémotechnique pour se rappeler quelles amplitudes ortives ou occases correspond au coucher ou au lever d'un astre.
Les deux premières lettres des mots vous donnent la direction : OR pour ortive correspond à ORIENT donc à l'est donc au lever des astres (tous les astres se lèvent vers l'est), OC pour occase correspond à OCCIDENT donc à l'ouest donc au coucher des astres (tous les astres se couchent vers l'ouest).
ConclusionLa Terre tourne autour du Soleil en suivant une orbite elliptique, sa vitesse sur cette orbite n'est pas constante. Les débuts des saisons astronomiques correspondent à quatre points particuliers de son orbite : les solstices et les équinoxes. Les valeurs extrêmes de la durée du jour et des positions du Soleil à son lever et à son coucher ainsi que sa hauteur correspondent aux jours des solstices.