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La révolution de la Terre autour du Soleil |
Aperçu | Comme les autres planètes du Système solaire, la Terre effectue un mouvement de révolution, d'Ouest en Est, autour du Soleil dont la forme est sensiblement celle d'une ellipse, dont le plan définit l'écliptique et dont le Soleil occupe l'un des deux foyers géométriques. Le centre de gravité de la Terre se trouve en moyenne à 149,6 millions de kilomètres de celui du Soleil. L'excentricité de cette orbite, c'est-à-dire la mesure de l'allongement de l'ellipse, qui diminue d'ailleurs, lentement, est actuellement égale à 0,01671022 du demi grand-axe, soit presque, exactement sa 60e partie, et la plus grande distance de la Terre au Soleil, laquelle s'observe lors du passage à l'aphélie, le 2 juillet, se trouve être, par suite, de 152,10 millions de kilomètres, tandis que la plus courte distance, qui correspond au périhélie, soit, comme date, au 2 janvier, n'est que de 147,09 millions de kilomètres. Au cours de ce trajet, les positions des étoiles par rapport au Soleil changent lentement, si bien que d'un jour sur l'autre, elles se lèvent avec quatre minutes de retard sur la veille. Et il faudra au total que la Terre ait accompli une révolution, c'est-à-dire une tour complet autour du Soleil pour que la sphère céleste retrouve une même orientation relative. La durée de cette révolution est d'environ 365 jours et pendant ce temps, la Terre parcourt environ 936 millions de kilomètres. La vitesse orbitale moyenne atteint donc environ 29 600 m/s, ou encore 106 700 km/h. Ce mouvement, qui est celui qui sera dit de translation ou de révolution, et qui obéit aux lois de Kepler, s'ajoute au mouvement de rotation qui est d'importance presque égale, mais sans lien de dépendance avec lui, car il n'affecte pas la position dans l'espace de son centre de gravité. La Terre accomplit cette rotation sur elle-même autour de son axe, en un jour. La vitesse de rotation est beaucoup moindre que celle du mouvement de translation. A l'équateur, elle est de 465 m/s. Et, surtout, l'axe de rotation ne coïncide pas avec la perpendiculaire à l'écliptique: il fait, avec cette, ligne un angle, sensiblement constant dans l'espace d'une année, de 23° 27'. Tel est aussi et par suite l'angle que forme le plan de l'équateur terrestre avec le plan de l'écliptique et qui constitue, ce qu'on appelle l' obliquité de I'écliptique. Celle-ci a une importance particulière, car la combinaison de cette inclinaison avec le mouvement annuel de translation, produit les saisons, un peu de la même façon que le mouvement diurne de rotation, engendre la succession des jours (naturels) et des nuits.
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Mise en ordre | Les solstices et les équinoxes Le long de son parcours sur son orbite, l'angle entre l'axe de rotation de la Terre et la ligne qui la joint au Soleil sert à définir des points de la sphère céleste et des moments de l'année, et dont la date exacte varie d'une année sur l'autre du fait des décalages introduits par le calendrier Grégorien, et qui jouent un rôle spécial, puis qu'ils sont les carrefours à partir desquels sera définie la succession des saisons. Il s'agit des solstices et des équinoxes. Les solstices*. Les équinoxes*. L'année* Les années astronomiques L'année tropique (aussi appelée année solaire). - C'est la durée entre deux passages successifs au point vernal g, autrement dit l'intervalle entre deux équinoxes de printemps consécutifs. Elle vaut 365,24218967 jours solaires moyens (365 jours 5 heures 48 minutes. 45 secondes). Après cette période, les saisons se reproduisent exactement dans le même ordre. Dans cette évaluation on ne tient compte que de la précession solaire, mais non de la nutation, ce qui a pour effet de rendre l'année tropique tantôt un peu plus courte, tantôt un peu plus longue que ne l'indique le nombre que l'on vient de donner. Par l'effet de la précession, l'année tropique est un peu plus courte que l'année sidérale. Si au lieu d'exprimer la durée de l'année tropique en jours solaires moyens, on voulait l'exprimer en jours sidéraux, il faudrait ajouter un jour de plus.La durée de l'année tropique n'est exactement connue que depuis Hipparque; cet astronome détermina le moment précis des équinoxes, tandis qu'avant lui, on avait observé les solstices, dont le moment est très difficile à apprécier. L'année tropique est aujourd'hui de 11 s plus courte que de son temps. Ce changement est dû aux inégalités séculaires. Voici les valeurs diverses qui ont été attribuées à l'année tropique par divers astronomes au cours du temps :- L'année sidérale - c'est le temps employé par le Soleil pour revenir au méridien d'une même étoile, c'est-à-dire pour parcourir 360° sur son orbite. Elle vaut 365,256363051 jours solaires moyens (365 j 6 h 9 mn). Comptée en jours sidéraux, la même durée comprendrait un jour de plus. Cette période est plus longue que l'année tropique, en raison des mouvements de précession et de nutation : le point équinoxial ayant un mouvement annuel de 50"1 en sens inverse du mouvement du Soleil, cet astre revient au nouvel équinoxe avant d'avoir décrit l'arc de 360°. L'effet de la nutation est beaucoup moindre.On ajoutera définition de l'année, qui repose sur une logique différente. Elle est due à Gauss, qui avait proposé d'exprimer les distances (La distance des astres) et le durées en fonctions des caractéristiques du Système solaire :L'année platonique (ou Grande Année). - Cette période correspond à la durée au bout de laquelle le décalage des pendules tropique et sidérale est remis à zéro.La précession des équinoxes induit en effet un cycle au bout duquel, la longitude des étoiles avançant chaque année de 50" environ, finit par avoir parcouru un cercle complet de 360°. C'est ce temps, estimé à environ 25800 ans qui fixe la durée l'année platonique ou Grande année.L'année anomalistique - On appelle ainsi, classiquement, le temps que la Terre emploie à retourner à son périhélie; c'est-à-dire, en termes géocentriques, le temps qui s'écoule depuis le moment où le Soleil est dans son apogée jusqu'à celui où il y arrive de nouveau, après une révolution entière. Ainsi, l'année anomalistique est de 365,259635864 jours, soit 365 jours 6 heures 15 minutes 20 secondes. Cette année est donc plus longue que l'année solaire de 26 minutes 35 secondes, parce qu'il faut ce temps-là au Soleil pour parcourir les 65 secondes et demie, dont son apogée avance chaque année. De la même façon, cette période est également plus longue que l'année sidérale, car le périhélie possède un mouvement annuel de 44 s 76 dans le sens du mouvement du Soleil, de telle sorte que cet astre doit, pour atteindre le périgée, parcourir un arc supérieur à 360°. L'année gaussienne - C'est la période de révolution T = 365,2568983 jours, qui est donnée par la troisième loi de Kepler :Les années calendaires Les années calendaires, ou années civiles, sont des périodes de temps définies de façon conventionnelle pour répondre aux nécessités de la vie sociale, de telle sorte qu'elles que leur durées se rapprochent autant que possible des années astronomiques, tout en comptant un nombre entier de jours. La solution la plus simple est celle qui avait été adoptée par les anciens Égyptiens qui donnaient à l'année calendaire 365 jours pile. C'était l'année vague. Elle induisait la définition d'une période plus longue, dite période sothiaqueou caniculaire, de 1 460 ans, au bout de laquelle les années égyptiennes coïncidaient de nouveau à peu près avec les années solaires. Mais du fait de l'incommensurabilité de la durée de la révolution de la Terre sur son orbite et de sa durée de rotation sur elle-même, le problème posé par la définition d'une année civile n'a pas de solution qui pourrait se donner comme définitivement établie. L'exemple de l'année grégorienne peut donner une idée de la situation : L'année grégorienne. Cette année, qui sert de base au calendrier grégorien (du nom de la réforme élaborée par Lilius et Clavius, notamment, et instauré en 1582, par le pape Grégoire XIII) est aujourd'hui en usage dans la plupart des pays. Dans le calendrier grégorien, on donne à l'année en cours une longueur qui varie selon les règles suivantes :Il est d'usage, par ailleurs de subdiviser l'année en mois (généralement au nombre de douze) qui représentent une période comptant un nombre entier de jours, et dont la durée (très variable et comprise généralement entre 28 et 31 jours) tend à se rapprocher de la durée du cycle lunaire. On comprend dès lors que quantité de définitions de l'année civile ont ainsi été, et continuent d'être, utilisées - chacune découlant de la conception d'un type particulier de calendrier. Par commodité, on a proposé un mode de classement des calendriers, selon le principal cycle astronomique sur lequel il repose. On reconnaît ainsi en particulier une année qualifiée de solaire, de lunaire, et de luni-solaire, mais d'autres approches existent également (chez les Mayas et les Aztèques, par exemple).1°) Première règle : une année ordinaire, ou commune, possède 365 jours, comme l'année vague de l'ancien calendrier égyptien; maisC'est mieux que rien, mais ce n'est pas encore ça : sur une période de 3000 ans, le calendrier grégorien comptera un environ jour de trop... Année solaire - Lorsqu'on rapporte la durée de l'année civile au mouvement du Soleil, on parle d'année solaire et de calendrier solaire. La plupart du temps - c'est le en particulier cas de l'année grégorienne -, l'année astronomique dont on cherche à se rapprocher le plus est l'année tropique. Mais certains calendriers (au Sri Lanka et en Afrique, notamment) visent plutôt à définir une année proche de l'année sidérale.
On peut parler des saisons au sens astronomique et au sens météorologique. Dans le premier cas, elles renvoient à une manière de diviser l'année en tenant compte de la position relative de l'axe terrestre et du Soleil, dans le second, qui d'ailleurs est une conséquence du premier, on parlera de saisons pour rendre compte des conditions météorologiques globales qui règnent en un lieu particulier de la Terre, au fil de l'année. Les saisons astronomiques. Saisons et position des solstices et des équinoxes sur la sphère céleste, rapportées aux positions de la Terre sur son orbite au cours d'une année. Toutes les saisons n'ont pas la même durée. D'une part, en effet, l'orbite terrestre a, on le sait, la forme, non d'un cercle, mais d'une ellipse, dont le Soleil occupe un des foyers, et, comme conséquence de cette position excentrique du Soleil, notre planète a un plus long trajet à parcourir pour aller de l'équinoxe de septembre à l'équinoxe de mars que pour aller de l'équinoxe de mars à l'équinoxe de septembre. Sa vitesse est, en outre, plus grande de l'aphélie au périhélie, c.-à-d. de juillet à janvier, que du périhélie à l'aphélie, c.-à-d. de janvier à juillet. Enfin, le mouvement lent, mais incessant, du point vernal ou équinoxe de printemps et du périhélie l'un vers l'autre, détermine dans la durée des saisons une troisième cause de variation, qui influe, celle-là, non seulement sur la durée respective des quatre saisons, mais encore sur la durée de chacune, d'une année à l'autre. Le printemps - Il commence lorsque le Soleil, s'avançant vers le zénith, a atteint une hauteur méridienne moyenne; c'est-à-dire, lorsqu'il est arrivé au point de l'écliptique qui coupe l'équateur, et il finit lorsque le Soleil, continuant de s'approcher du zénith, a atteint sa plus grande hauteur méridienne, c'est-à-dire, lorsqu'il est arrivé au point de l'écliptique qui coupe le colure des solstices : ainsi pour les habitants de l'hémisphère boréal, au moins pour les habitants de la zone tempérée boréale, le printemps, qui suit l'hiver et précède l'été, commence le 20 ou 21 mars; et il finit le 21 ou 22 juin. Mais pour les habitants de la zone tempérée australe; le printemps commence le 22 ou 23 septembre; et il finit le 21 ou 22 décembre. Au printemps dans un hémisphère correspond l'automne dans l'hémisphère opposé. L'été- Il commence lorsque le Soleil, s'approchant de plus en plus du zénith, a atteint sa plus grande hauteur méridienne; c'est-à-dire, lorsqu'il est arrivé au point de l'écliptique, qui coupe le colure des solstices; et il finit, lorsque le Soleil, s'éloignant ensuite de plus en plus du zénith, est parvenu à une hauteur méridienne moyenne entre sa plus grande et sa plus petite; c'est-à-dire, lorsqu'il est arrivé au point de l' écliptique qui coupe l'équateur. Ainsi pour ceux qui habitent l'hémisphère septentrional, au moins pour les habitants de la zone tempérée et de la zone glaciale septentrionales, l'été commence le 21 ou 22 juin; et il finit le 22 ou 23 septembre. Mais, pour les habitants de la zone tempérée et de la zone glaciale méridionales, l'été commence le 21 ou 22 décembre; et il finit le 20 ou le 21 mars.Le jour le plus long. - Le jour où l'été commence, correspond au jour naturel le plus long de l'année, et à la nuit la plus courte; c'est-à-dire, que le Soleil demeure au-dessus de l'horizon le plus longtemps et au-dessous le moins de temps qu'il est possible pour chaque lieu : et la différence de la longueur du jour à celle de la nuit est d'autant plus grande, que le lieu dont il s'agit, a une plus grande latitude. L'automne - Dans l'hémisphère Nord, il commence au moment de l'équinoxe d'automne, qui termine l'été (le 22 ou 23 septembre), et s'achève au moment du solstice d'hiver, qui marque le début de l'hiver (le 21 ou 22 décembre). Les jours naturels sont égaux aux nuits, à l'équinoxe. Ils diminuent tout au long de l'automne, pour atteindre leur durée minimale au moment du solstice (Les Jours et les Nuits). Comme les saisons sont inversées dans l'hémisphère Sud, la saison correspondante est le printemps. L'hiver - Il commence lorsque le Soleil, s'éloignant de plus en plus du zénith, est parvenu à sa plus petite hauteur méridienne, c'est-à-dire lorsqu'il est arrivé au point de l'écliptique qui coupe le colure des solstices; et il finit lorsque le Soleil, se rapprochant ensuite de plus en plus du zénith, a atteint une hauteur, méridienne moyenne entre sa plus grande et plus petite; c'est-à-dire, lorsque qu'il est arrivé au point de l'écliptique qui coupe l'équateur. Ainsi, pour ceux qui habitent l'hémisphère septentrional, l'hiver commence le 21 ou 22 Décembre; et il finit le 20 ou 21 Mars. Mais pour les habitants de l'hémisphère méridional, l'hiver commence le 21 ou 22 Juin, et il finit le 22 ou 23 septembre. La nuit la plus longue. - Le jour où l'hiver commence, est celui qui est le plus court de l'année, et la nuit, plus longue, c'est-à-dire, que le Soleil demeure au-dessus de l'horizon le moins de temps, et au-dessous le plus longtemps qu'il est possible pour chaque lieu; et la différence de la longueur du jour à celle de la nuit est d'autant plus grande, que le lieu dont il s'agit a une plus grande latitude. Les saisons météorologiques. La cause déterminante des saisons météorologiques réside ailleurs. C'est l'inclinaison de l'axe de la Terre sur son orbite qui, en faisant varier, chaque jour, la hauteur méridienne du Soleil et l'intervalle de son lever à son coucher (jour naturel), produit, entre l'été et l'hiver, les différences observées. Dans l'hémisphère boréal, par exemple, la hauteur méridienne du Soleil va sans cesse en augmentant du solstice de décembre au solstice de juin, en même temps que la durée du jour surpasse de plus en plus la durée de la nuit. Les rayons solaires arrivent ainsi de plus en plus verticalement et pendant un temps de plus en plus long. Du solstice de juin au solstice d'été, l'inclinaison des rayons et le temps durant lequel ils frappent la terre vont au contraire sans cesse en diminuant et repassent, dans l'ordre inverse, par les mêmes valeurs. Il en résulte que notre hémisphère reçoit, de l'équinoxe de mars à l'équinoxe de septembre, une quantité de chaleur bien plus considérable que de l'équinoxe de septembre à l'équinoxe de mars : c'est l'été, ou saison chaude, et réciproquement, dans l'autre hémisphère, dans l'hémisphère austral, où les phénomènes sont d'ordre diamétralement opposé, l'hiver, ou saison froide. De la même façon que l'hiver et l'été sont inversés dans les deux hémisphères, le printemps de l'un correspond à l'automne de l'autre. L'époque de la température la plus élevée ne coïncide pas, au surplus, exactement avec le solstice d'été (solstice de juin, dans l'hémisphère boréal, solstice de décembre, dans l'hémisphère austral). Tant que le soleil demeure relativement très haut et que lés jours n'ont encore qu'insensiblement diminué, la quantité de chaleur quotidiennement reçue continue à être supérieure à celle perdue la nuit par rayonnement et la température monte de plus en plus. Aussi est-elle, en général, la plus élevée quelques semaines seulement après ce solstice, dans la seconde quinzaine de juillet. Elle est, de même, la plus basse vers le milieu ou la fin de janvier. Ajoutons que des circonstances diverses, les unes générales, les autres locales, mais toutes jusqu'ici indéterminées, peuvent faire varier ces datés, de façon considérable, d'un lieu on d'une année à l'autre. Quant à la durée et à l'intensité respectives des saisons météorologiques, c'est suivant la latitude qu'elles varient. Dans les régions équatoriales, où les jours restent d'un bout de l'année à l'autre à peu près égaux aux nuits, ces saisons ne sont, en réalité, qu'au nombre de deux, l'été, et l'hiver, différant bien peu et l'un et l'autre très chauds. Au delà des tropiques, et à mesure qu'on s'avance vers les pôles, l'été devient moins chaud, l'hiver plus froid, et deux saisons intermédiaires se dessinent, le printemps et l'automne. Plus haut encore, la saison d'hiver domine et l'été est réduit à quelques semaines. Enfin, et à situation analogue, la température moyenne est plus élevée dans l'hémisphère boréal que dans l'hémisphère austral. Cela tient partie à ce que la surface baignée par les mers est moins grande dans le premier que dans le second, partie à ce que le temps durant lequel le soleil reste dans le premier est plus long de huit jours, chaque année, que celui durant lequel il reste dans le second. On a vu, en effet, plus haut que de l'équinoxe de mars à l'équinoxe de septembre (printemps et été de notre hémisphère), il y a eu tout 186 jours 11 heures et de l'équinoxe de septembre à celui de mars,178 jours 19 heures seulement. On a vu aussi que le rapport se trouvera, un jour, renversé. D'autres critères que la température peuvent également être pris en compte. Dans les régions tropicales, il est ainsi souvent plus pertinent de considérer les conditions pluviométriques et de parler de la saison des pluies et de la saison sèche, par exemple. On ne s'étonnera donc pas que selon les lieux et les époques les saisons aient des définitions différentes. Et cela sans rien dire de ce que les poètes peuvent aussi avoir dire des saisons à l'occasion... Les anciens divisaient déjà l'année en saisons, d'après les variations de la température. Dans l'Inde, où cet usage semble avoir pris naissance, on n'en comptait que trois : le printemps, l'été, l'hiver. Les Grecs firent d'abord de même; puis ils ajoutèrent une quatrième saison, l'automne, et les Romains adoptèrent leur division. Dans le Nord de l'Europe, et sauf peut être chez les Germains, qui admettaient un printemps, ou ne connaissait que l'été et l'hiver. Chez les Arabes, on suivait la division tripartite des Indiens.
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