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Billet

La mesure du temps en Astronomie

Publié le
03 décembre 2020
par Mateo Afanassiev
Mis à jour le
05 janvier 2021
Etude du temps en Astronomie
Objets de sciences

Le temps est une notion utilisé depuis toujours dans la civilisation humaine, auxiliaire primordiale de toutes organisations au sein d'une société. Ainsi, depuis ses débuts nos civilisations ont considérées les mouvements des astres comme étant suffisaments réguliers pour définir une échelle de temps plus ou moins stable, notamment à cause des conséquences liées au changement de lumiosité et donc du cycle jour/nuit (début en Aniquité avec le "gnomon", instrument qui consiste en un simple bâton planté verticalement dans le sol et qui trace par son ombre les déplacements du soleil sur la voûte céleste).

Exemple de Gnomon issue de l'article "Du mognon au cadran solaire"

Le temps astronomique

Les périodes de la Terre tournant autour de son axe ainsi qu'autour du Soleil nous laissent au premiers abords comme étant constantes dans leurs périodicités pour en définir un étalon du temps sûr, c'est d'ailleurs ce que nos prédécesseurs ont si bien fait avant nous. De ce fait, un jour est assimilé à la période de révolution de la terre autour de son axe (un tour sur elle-même) et une année, autour de l'axe du soleil (un tour autour du soleil).

Néanmoins, en réalité les rotations de la Terre autour de son axe comme celles autour du Soleil ne sont pas aussi constantes que celles prédites par nos ancêtres. Par exemple, d'après la seconde loi de Kepler, la distance Terre-Soleil n'est pas constante car la rotation de la Terre autour du Soleil n'est pas circulaire mais elliptique. Cela agit par ailleurs sur la vitesse de la Terre autour du Soleil (environ 30 kilomètre par seconde) et par conséquent à en partie une influence sur le phénomène des saisons. 
Il est alors devenu clair pour les astronomes que se limiter à de simples observations n'allait pas suffir, étant donné l'importance crutiale de l'utilisation de plusieurs référentiels en astronomie.
Pour ce faire, les astronomes ont alors établit deux temps particuliers :
  • Le temps sidéral
  • Le temps solaire vrai / moyen

Le temps sidéral

Imaginons-nous un midi à Strasbourg, le temps sidéral sera alors à nos yeux le temps que met la terre à faire un tour sur elle-même. Il sera alors ce Jour-là de nouveau midi à Strasbourg et on dira qu'il s'est écoulé 24 heures. Cependant, en réalité ce que nous disent les astronomes est que ce mouvement qui définit le temps sidéral est cette rotation que fait la terre sur elle même indépendament de sa rotation autour du soleil et selon un point vernal qui varie et change de positionnement dans les constellations sur une période cyclique de 25 800 ans avant de retourner dans sa positionnement initial.
Vidéo explicative de ce qu'est le point vernal - "Décalage du point vernal, Editions Larousse"

 

Ainsi, le temps sidéral est définit à un peu plus de 23 heures 56 minutes et 4 secondes d'après le "The United States Naval Observatory (USNO)". Et par la suite, c'est l'influence de sa rotation autour du soleil en plus de celle qu'elle a autour d'elle-même qui fait qu'un jour dure quelques  minutes de plus , soit en moyenne 24 heures. Ce phénomène est déterminé en raison du décalage entre le jour solaire et le jour sidéral

Extrait de l'article sur le "Jour sidéral" de Wikipédia.
Finalement, ce qui définit un jour tel qu'on le connait est donc plus un jour solaire ③ que sidéral ②.

Temps solaire vrai / moyen

Il nous est sûrement à tous déjà arrivé de constater un changement de cycle jour / nuit suivant la période de l'année. Si en Juin une journée paraît plus longue qu'une journée en décembre c'est qu'en fait, le midi vrai se déplace tout le long de l'année de plus en plus tard par rapport au midi moyen. Ce midi moyen provient d'un soleil dont le plan elliptique est en intersection avec l'orbite terrestre soit à l'équinoxe tout le long de la journée (temps de jour = temps de nuit). Et par conséquent on définit le temps solaire moyen (soit 24 heures en moyenne) comme étant cette mesure du temps qui dépend du mouvement de la terre autour d'un soleil fictif à une vitesse constante.
Et il s'agit bien là d'un soleil fictif puisqu'en réalité, comme cité plus haut, la rotation de la Terre autour du Soleil est une ellipse et par conséquent sa vitesse de rotation varie. De plus, il ne faut pas oublier que la Terre à une inclinaison par rapport à l'axe du Soleil qui est en ces temps actuels d'à peu près 23,5° et une exentricité de son orbite autour du soleil de 0,0167 (soit une variation de la distance Terre-Soleil de 3% par an). Le temps solaire vrai est alors traduit comme un angle horaire qui varie continuellement tout au long de l'année.
La différence entre le temps moyen issu d'un Soleil fictif et le temps solaire vrai d'un Soleil réel conduit à ce que les astronomes appellent : équation du temps. 
Image extraite de l'article "Les cardrans solaires"

L'équation horaire est alors un paramètre essentiel pour corriger les retards effectués par le vrai Soleil tout au long de l'année. Un phénomène physique qui conduit à l'équation horaire est ce qu'on appelle en astronomie l'analemme.
L'analemme peut être mit en évidence par photographie, il suffit de prendre une photo du ciel avec les mêmes paramètres (emplacement, angle, même heure, ...) tout au long de l'année. Vous constaterez alors qu'en plus de ne pas avoir la même position chaque jour, le Soleil tracera une figure rappellant un huit étiré.

Simulation de l'analemme pris chaque semaine à 09:00 CET à 50°N, 8°E, à Geisenheim en Allemagne.
Image extraite de l'article "Analemme", image faite Par jailbird.

Ce billet est un parallèle aux autres contenus disponibles sur la plateforme :

                         

L'horlogerie Ungerer, gardiens du temps                                                  La double horloge Ungerer 

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