Comment se situer grâce aux astres ?

Fonctions de la lunette méridienne / instrument des passages de Majer-Steinheil

Le ciel au-dessus de nos têtes s’illumine d’une multitude de points lumineux à la nuit tombée. Ce ciel est en mouvement perpétuel autour de nous, et nous aussi nous sommes en mouvement dans cet ensemble qui semble de premier abord difficile à décrypter. Néanmoins, ces mouvements des astres sont réguliers. Au XIXème siècle s’impose la lunette méridienne qui permet de mesurer ces mouvements pour ensuite pouvoir calculer les distances à l’aide de formules trigonométriques. Nés de pratiques de la vie courante, et améliorés au fil des siècles au gré des nécessités ou des progrès réalisés  dans  les  techniques  de  construction  et  d’assemblage,  ces premiers  instruments étaient déjà parvenus au début du 17ème siècle à un stade de grand perfectionnement.

L'instrument des passages est l’ancêtre de la lunette méridienne, il sert à déterminer soit l'heure soit la longitude et la latitude d'un lieu. Il donne une image renversé selon le processus explicité dans la vidéo youtube : "Optique : lunette astronomique : construction optique et calcul de grossisement". Il consiste à déterminer les hauteurs et instants de passage d’étoiles sur le plan méridien. L’instrument des passages de Majer-Steinheil, de taille réduite, a été conçu pour être utilisé en ville. L’Université de Strasbourg a acheté un instrument des passages compact et déplaçable pour pouvoir l’utiliser dans plusieurs endroits de l’observatoire. Des piliers ont été mis en place sur le toit ou dans des salles pour le poser. L'inventaire allemand débuté en 1886 situe cette acquisition au 27 août 1875 pour la somme de 180 marks. Il a été fabriqué en 1875 par Majet et Steinheil. Les matériaux utilisés sont le laiton et l’acier. Il consiste en une lunette mobile autour d'un axe horizontal qui permet notamment d'observer les astres lors de leur passage au méridien ou dans le premier vertical et de déterminer l'instant de ce passage. L’association d’une lunette à une horloge de précision permet de disposer en même temps de deux mesures fondamentales en astronomie de position : la déclinaison (~la hauteur de l’astre dans le ciel sur le plan méridien) et l’heure précise du passage de l’astre dans le plan. Il a permis de  dresser des cartes célestes, de publier des catalogues d’étoiles, d’établir de nouvelles cartes terrestres et d’effectuer des calculs pour les Services de l’Heure.

Mécanismes de la lunette méridienne / instrument des passages de Majer-Steinheil

Les télescopes classiques suivent en général les astres dans leur déplacement diurne, cependant, la lunette méridienne est fixe. Elle est tournée vers le sud et se doit d’être placée sur un axe horizontal orienté est-ouest afin d’observer plus ou moins haut dans le ciel et ne se déplace que dans le plan du méridien. Il faut noter que tous les astres se lèvent vers l'est, se couchent vers l'ouest et culminent dans la direction du sud (à part les étoiles entourant l'étoile polaire qui sont toujours visibles). La direction du sud définit le méridien du lieu et c'est le passage dans cette direction que la lunette va observer. Plus précisément, c’est l'instant du passage et la hauteur de l'astre lors de son passage qui seront mesurés. De ces mesures seront déduites les positions de l'astre sur la sphère céleste. En théorie, cette technique qui semble plus simple qu’un télescope classique apporte plus de précision sur la position des astres.

L'instrument méridien n'observe que sur un axe Nord-Sud au moment où les astres culminent.

Crédit Archives Abbadia

On peut ainsi mesurer la position de l’astre en notant sa hauteur et l’heure de passage au méridien. La complémentarité de la hauteur et de la distance zénithale nous permettent alors d’obtenir les coordonnées horizontales de l’astre dans le plan vertical du méridien. C’est en regardant les sphères célestes locales et équatoriales que la hauteur mesurée donne directement la déclinaison si on connaît la latitude du lieu d'observation. On a : déclinaison = hauteur – 90° + latitude du lieu. Aussi, l’inversement de la formule permet d’obtenir les coordonnées géographiques du lieu en connaissant la position de l’astre.  

La déclinaison mesurée grâce à la hauteur h d'un astre lors de son passage au méridien d'un lieu 

P étant le pôle nord, Z le zénith, M le Méridien, S l’horizon sud, l la latitude du lieu et h la hauteur

L’instrument des passages Majer-Steinheil a une hauteur de 22cm et repose sur un socle circulaire de diamètre 16cm, en fonte à trois vis calantes dont l'une est graduée. Sur la lunette, on trouve un niveau à bulle de 9,5 cm de longeur, à enjambement amovible au niveau des fourches. La lunette, d’environ 19 cm de longueur, repose horizontalement sur deux fourches en laiton, elle est amovible et retournable. La lunette est solidaire d'un disque gradué vertical de diamètre 9cm. Le côté objectif est muni d'un prisme amovible permettant d'observer le passage des astres à une hauteur quelconque. Le côté oculaire est également amovible et l'intérieur est un tube creux. C’est grâce à ce prisme amovible offrant la possibilité d’observer la hauteur des astres sur le plan méridien que l’on peut obtenir les données nécessaires aux différents calculs permettant d’obtenir la position de ces astres.

AMARA Inès L2SPS

Sources : 

URL source: https://oscahr.unistra.fr/billets/comment-se-situer-gr%C3%A2ce-aux-astres