Information

Ce cent-huitième numéro de la lettre d'information de l'IMCCE marque sa dixième année d'existence grâce à l'investissement du comité de rédaction pour assurer sa publication. Afin de garantir sa publication mensuelle, quelques légères évolutions du contenu pourront être apportées cette année, tout en continuant à présenter les actualités astronomiques et les activités de recherche de l'IMCCE à un large public.

Bonne année 2015 à tous et à la lettre d'information.

D. Hestroffer directeur de l'IMCCE

Visibilité des planètes

(Planètes visibles entre les latitudes 60° Nord et 60° Sud et les constellations les plus voisines)

Mercure est visible le soir à partir du 2 janvier, date de sa première visibilité du soir à Paris, jusqu'au 21 janvier, date de sa dernière visibilité du soir. Elle est dans la constellation du Sagittaire jusqu'au 4 janvier, date où elle entre dans la constellation du Capricorne, qu'elle quitte le 22 pour entrer dans la constellation du Verseau.

Vénus est visible tout le mois au crépuscule et en début de nuit, au cours du mois elle se couche de plus en plus tard. En début de mois, elle se trouve dans la constellation du Sagittaire, jusqu'au 3 janvier date où elle entre dans la constellation du Capricorne qu'elle quitte le 25 pour entrer dans la constellation du Verseau. Le 11 janvier 2015 à 0h 59m 46s UTC on pourra observer un minimum d'élongation (38' 30,9") entre Mercure et Vénus.

Mars est visible tout le mois au crépuscule et en début de nuit. En début de mois, elle se trouve dans la constellation du Capricorne, jusqu'au 9 janvier date où elle entre dans la constellation du Verseau.

Jupiter est visible une grande partie de la nuit et à l'aube dans la constellation du Lion. À partir du 29 janvier, date de son lever héliaque du soir à Paris, elle est visible toute la nuit.

Saturne est visible en fin de nuit et à l'aube. Au cours du mois, elle se lèvera de plus en plus tôt. En début de mois, elle se trouve dans la constellation de la Balance, jusqu'au 17 janvier date où elle entre dans la constellation du Scorpion.

Aspect des planètes au 16 janvier 2015 Mercure, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus

Ciel du mois

Cartes du ciel pour une observation vers le nord et vers le sud
à Paris le 15 janvier 2015 à 23 h temps légal

Carte du ciel en direction du nord	Carte du ciel en direction du sud

Ces cartes du ciel montrent les étoiles brillantes et les planètes visibles dans le ciel de l'hémisphère nord, vers l'horizon sud et vers l'horizon nord, pour le 15 janvier 2015 (23h). Le trait vertical correspond à la projection sur le ciel du méridien du lieu. L'arc de cercle rouge sur l'horizon sud représente l'écliptique (lieu de la trajectoire apparente du Soleil durant l'année). Les constellations visibles sur ces cartes sont, par ordre alphabétique des sigles :

Andromède (And), le Bélier (Ari), le Bouvier (Boo),le Cocher (Aur), la Girafe (Cam), Cassiopée (Cas), Céphée (Cep),la Baleine (Cet), le Grand Chien (CMa), le Petit Chien (CMi), le Cancer (Cnc), les Chiens de Chasse (CVn), le Cygne (Cyg), le Dragon (Dra), Eridan (Eri), les Gémeaux (Gem), l'Hydre femelle (Hya), le Lézard (Lac),le Lion (Leo),le Lièvre (Lep), le Lynx (Lyn), la Licorne (Mon), Orion (Ori), Pégase (Peg), Persée (Per), la Grande Ourse (UMa), la Petite Ourse (UMi), les Poissons (Psc), la Poupe (Pup), le Sextant (Sex), le Taureau (Tau), le Triangle (Tri).

Le Soleil dans sa course apparente sur l'écliptique est accompagné de plusieurs planètes proches. Celles qui sont à l'est peuvent être observées au coucher du Soleil et au début de nuit selon leur élongation et leur magnitude, celles qui sont à l'ouest le seront en fin de nuit et au lever du Soleil sous les mêmes conditions. La figure suivante montre la configuration au 15 janvier 2015.

Les cartes du ciel sont générées à l'aide du logiciel libre Stellarium.

Phénomènes astronomiques

Durée des saisons en jour entre -3000 et +3000

En 2015 la Terre passera au périhélie le 4 janvier à 6 h 36 m 11 s UTC (7 h 36 m 11 s en temps légal français). La distance du centre de la Terre au centre du Soleil sera alors de 147 096 203,893 km et le diamètre apparent géocentrique du Soleil sera de 32' 31,90". Suite à la seconde loi de Kepler (loi des aires) lorsque la Terre passe au périhélie sa vitesse angulaire est maximale. La vitesse angulaire étant plus rapide au voisinage du périhélie, l'hiver est la saison la plus courte dans l'hémisphère nord.

Voici les dates et les durées des saisons de l'hémisphère nord pour l'année 2015 :

• le 20/03/2015 à 22 h 45 m 11 s UTC : équinoxe de printemps, durée de l'hiver : 88 jours 23 h 42 m 7,74 s.
• le 21/06/2015 à 16 h 37 m 57 s UTC : solstice d'été, durée du printemps : 92 jours 17 h 52 m 46,52 s.
• le 23/09/2015 à 08 h 20 m 35 s UTC : équinoxe d'automne, durée de l'été : 93 jours 15 h 42 m 37,87 s.
• le 22/12/2015 à 04 h 47 m 59 s UTC : solstice d'hiver, durée de l'automne : 89 jours 20 h 27 m 23,90 s.

Sous l'effet des perturbations planétaires, le périhélie avance dans le sens direct d'environ 11,61235" par année julienne. L'axe des apsides fait donc un tour en environ 111915 années juliennes. Comme la droite des équinoxes tourne d'environ 50,38792" par an dans le sens rétrograde, les deux axes sont confondus tous les 20903 années juliennes, cette période porte le nom de précession climatique. En effet, tous les 10451,5 ans (demi-période de la précession climatique) l'aphélie passe du solstice l'été au solstice d'hiver. Or même si la distance Terre-Soleil n'est pas le facteur prédominant dans la nature des saisons, la combinaison du passage de la Terre à l'aphélie en hiver donne des hivers plus rudes. Actuellement la direction du périhélie se rapproche de l'équinoxe de printemps qu'elle atteindra le 24 juin 6430. À partir de cette année l'hiver ne sera plus la saison la plus courte dans l'hémisphère nord mais ce sera progressivement le printemps.

Nouvelles astronomiques

L'IMCCE propose un site de promenade dans le système solaire qui a été récemment rénové grâce à l'aide de la région Ile-de-France (Domaine d'intérêt majeur « Astrophysique et conditions d'apparition de la vie ») et du 7ème programme pour la recherche de l'union européenne (programme ESPaCE no 263466). Son but est de vous faire visiter le système solaire selon différents points de vue :

- Le point de vue « encyclopédique » : vous y trouverez une description exhaustive des corps qui composent le système solaire avec les paramètres numériques physiques et dynamiques des principaux corps : planètes, satellites, comètes, astéroïdes en commençant par le Soleil. La nouvelle classification des corps est aussi explicitée : pourquoi Pluton n'est plus une planète ? Des images en provenance des sondes spatiales ou des télescopes terrestres illustrent cette partie.

- Le point de vue « découvertes » : chaque corps est abordé par le côté de la découverte. Comment a-t-il été découvert ? Par qui ? Comment nos connaissances sur ces corps ont-elles progressé ? Un choix parmi les découvertes les plus célèbres ou les moins connues, les plus anciennes comme les plus récentes a été fait. On découvrira aussi les astronomes qui ont marqué leur époque et on montrera leur apport au progrès de nos connaissances.

- L' "aventure spatiale" : on visitera aussi le système solaire par l'intermédiaire des principales missions spatiales qui ont révolutionné nos connaissances du système solaire. On verra l'histoire de la conquête spatiale depuis les balbutiements des premières sondes Luna et Surveyor vers la Lune jusqu'aux missions vers les comètes et l'extérieur du système solaire.

La promenade est complétée par une visite de quelques observatoires qui ont participé grandement à l'exploration du système solaire depuis le sol terrestre.

Enfin, un dernier chapitre approfondit les thématiques liées au système solaire : physique des planètes, des comètes, du Soleil ; mécanique céleste, fabrication du temps, des calendriers, éphémérides, histoire de l'astronomie, concepts fondamentaux.

Cette promenade se lit sur ordinateur ou sur tablette. Pour commencer la promenade, cliquez sur le lien ci-dessous.

Elle peut également être téléchargée (1 Go).

	Début de la promenade ici.
	Télécharger la promenade dans le système solaire (1 Go)

Réseau de points de contrôle à la surface de Mimas, une technique ayant permis de déterminer son mouvement de rotation. © NASA/JPL/Space Science Institute/Tajeddine et. al 2014.

À partir d'observations réalisées par la sonde Cassini, l'équipe internationale ENCELADE, comprenant des chercheurs de l'IMCCE, a mesuré la rotation de Mimas, une lune de Saturne, et y a détecté des oscillations. Non conformes aux modèles prédictifs, ces oscillations laissent penser que Mimas pourrait abriter un noyau fortement aplati ou un océan sous sa couche de glace. Ces travaux ont fait l'objet d'un article paru récemment dans la revue Science. Sans être une fin en soi, ils représentent un pas de plus vers une nouvelle vision de la formation et évolution du système de Saturne.

Tout comme la Lune autour de la Terre, Mimas est en rotation synchrone autour de Saturne, sa planète. Cela signifie que ce satellite tourne sur lui-même à la même vitesse qu'il effectue une révolution autour de Saturne, montrant ainsi toujours la même partie de sa surface à sa planète. Toutefois, à ce mouvement moyen uniforme, se superposent des oscillations appelées librations. Les librations résultent du couple de force gravitationnelle exercée par Saturne sur Mimas. Les travaux menés par l'équipe internationale ENCELADE impliquant des chercheurs français de l'Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides ont permis de mettre en évidence deux types de librations : l'un à basse fréquence, l'autre à haute fréquence. Or, sur ces deux types, celui à haute fréquence présente une amplitude deux fois plus importante, incompatible avec le modèle de rotation d'un satellite, solide, à l'équilibre hydrostatique. Cette amplitude est révélatrice de la distribution de masse à l'intérieur du corps et de la présence ou non de couches liquides.

Ces observations sont donc surprenantes et révèlent une structure interne intrigante. Après avoir exploré plusieurs hypothèses, il apparaît que cette forte amplitude peut s'expliquer soit par la présence, sous le manteau de glace de Mimas, d'un noyau de roche de forme très allongée, soit par l'existence d'un océan interne caché entre sa surface glacée et son noyau.

Que ce soit l'une ou l'autre de ces deux solutions, nous savons dorénavant que Mimas, malgré sa surface apparemment ancienne criblée de cratères et sa petite taille, n'est pas l'astre froid et inerte que l'on imaginait. Percer le secret de son intérieur éclairera sûrement sur sa formation, et par là-même sur la formation du système de Saturne dans sa globalité.

Une image de météores (c) JV

L'essaim météoritique des Géminides a été comme chaque année spectaculaire en cette année 2014. De nombreuses étoiles filantes, observables depuis une très large partie de la Terre, ont donné lieu à un grand nombre de vidéos qui ont vite fait de circuler sur le Web. Le corps parent à l'origine du nuage de poussières qu'a traversé la Terre orbite sur une trajectoire dont l'origine dynamique reste encore à comprendre. Il s'agit de Phaeton, et il s'approche à 0,14 ua du Soleil. A l'origine de la seconde plus grande pluie de météores sur Terre, de manière surprenante, il a tout d'un astéroïde, et non pas d'une comète. L'activité sur plusieurs jours des Géminides est encore un sujet de recherche actuel, en particulier pour en trouver l'origine et l'âge exact. La preuve, s'il en fallait encore une, qu'il reste encore beaucoup de choses à découvrir et à comprendre au sein de notre système solaire.

Éléments osculateurs de l'orbite d'un satellite

Le feuilleton que nous vous proposons pour cette année 2015 comportera quelques notions de mécanique spatiale. Les équations qui régissent le mouvement des corps du système solaire autour du Soleil sont les mêmes que celles des satellites artificiels de la Terre, et les célèbres lois de Képler donnent une bonne idée de la nature de la trajectoire. On distingue ainsi les orbites périodiques qui sont des ellipses, et les orbites non périodiques comme celles des comètes. On caractérise la forme à l'aide des deux paramètres : le demi grand-axe a et l'excentricité e. Dans un repère de référence, qui est fixe dans le temps, cette trajectoire est plane. L'orientation de ce plan orbital est caractérisée par trois paramètres supplémentaires qui sont respectivement l'inclinaison par rapport au plan de référence (en général, l'équateur ou l'écliptique, selon les cas), la longitude du noeud ascendant et l'argument du périastre. Il reste ensuite à choisir un dernier paramètre pour positionner le corps le long de la trajectoire. Dans la figure jointe, il s'agit de l'anomalie vraie v, comptée à partir du périastre.

Nous observons cependant les trajectoires des satellites et des planètes dans des repères liés à la Terre qui sont mobiles au cours du temps. Que deviennent les formes de ces trajectoires une fois projetées dans ces repères d'observation ? Ce feuilleton est l'occasion de passer en revue les différentes familles de satellites qui orbitent au-dessus de nos têtes. Projetées dans un repère tournant et représentées à l'aide de séries temporelles de latitude et longitude des points survolés, ces trajectoires peuvent être tout à fait originales et ne plus ressembler du tout à une conique. Nous commencerons dans le prochain numéro par une description des caractéristiques des orbites géosynchrones ou géostationnaires, qui en première approximation ne sont visibles que pour une gamme de longitudes données, puisque la période de révolution de ces satellites coïncide avec celle de la rotation diurne de la Terre.

On a souvent l'occasion dans cette rubrique de s'émerveiller de la précision prodigieuse des mesures astronomiques. Les progrès technologiques de tous ordres accomplis au cours du 20e siècle, qui se poursuivent au 21e siècle y sont pour beaucoup, en particulier avec l'avènement de l'ère spatiale à partir de 1957.

Ainsi, la mesure des variations de la rotation de la Terre s'est améliorée d'une manière stupéfiante, l'incertitude étant réduite dans un facteur 100 de 1970 à 1990, et la résolution temporelle passant de la décade à quelques heures. Avec les séries temporelles ainsi constituées depuis 1980, on appréhende non seulement l'effet régulier du couple de marée luni-solaire sur le bourrelet équatorial mais aussi l'influence irrégulière des redistributions des masse en surface ou internes se déroulant de quelques heures à plusieurs années avec les périodes caractéristiques présidents au chauffage solaire (24h et 365 jours et leurs harmoniques).

L'action gravitationnelle de la Lune et du Soleil régit principalement la précession-nutation de l'axe de rotation par rapport aux étoiles et fait l'objet d'un modèle analytique précis à moins de 0.001'' près.

Les redistributions de masse géophysiques modifient la position du pôle de rotation par rapport au repère terrestre à la hauteur de 0.3'' et de manière imprédictible; le mouvement correspondant, appelé mouvement du pôle, résulte en grande partie de la circulation dans toute l'hydrosphère. Ainsi la confrontation des moments cinétiques hydroatmosphériques au mouvement du pôle est riche d'enseignement pour le météorologue ou l'océanographe qui peut y trouver la validation des modèles de circulation sous-jacents. De plus l'amplitude et la phase du mouvement du pôle dépendent non seulement de l'excitation mécanique qui vient d'être mentionnée mais également des paramètres rhéologiques de la Terre solide, comme son élasticité. Par ce biais, le géophysicien peut déduire des séries des paramètres de la rotation terrestre la valeur de certains paramètres géophysiques globaux.

Le mouvement du pôle est dominé par le terme de Chandler du nom de son découvreur (1846-1913), oscillant de 0.2''en moyenne (6 m à la surface de la Terre) avec une période de 433 jours. Si sa période fut identifiée quelques années après sa découverte en 1891 comme la période du mouvement libre d'Euler allongée par la non rigidité de la Terre, son excitation restait incomprise. De récentes avancées tendent à montrer que cette dernière réside avant tout dans la circulation dans les océans et l'atmosphère et qu'elle traduit les fluctuations climatiques observées dans la température globale et le niveau moyen des mers.

Tracé du planétaire

Le planétaire est à l'origine un système mécanique qui représente le système solaire. C'était un automate qui était construit par les horlogers et avait une portée pédagogique forte pour illustrer, décrire et expliquer les orbites des planètes et des satellites du système solaire. Dans le cadre d'un projet avec Sorbonne Université/ UPMC, Eu-Hou, l'IMCCE a participé à la mise en place d'un projet de planétaire à échelle humaine dans le but d'ajouter une dimension kinesthésique à l'apprentissage de la mécanique. En effet, selon certaines études l'acquisition de connaissance est souvent favorisée par une participation active. Il existe au moins deux expériences de planétaires à l'échelle humaine dans le monde, une au Japon au Dynic Astropark Observatory, et l'autre à l'observatoire d'Armagh en Irlande.

Le dessin du planétaire est présenté sur la figure 1. Ce planétaire se compose, dans l'ordre croissant depuis le centre représenté par le Soleil, les planètes telluriques Mercure, Vénus, la Terre, Mars, la ceinture d'astéroïdes représentée par la partie grisée, la planète naine Cérès, deux comètes 2P/Encke et 67P/Churyumov-Gerasimenko, la sonde européenne Rosetta, la planète géante Jupiter et la position des constellations du zodiaque.

Ce planétaire a été imprimé sur une bâche de 12x12 m² qui est transportable et sur laquelle on peut marcher – ou courir. L'échelle est de un mètre pour une unité astronomique. La Terre est donc à un mètre en moyenne du Soleil tandis que l'orbite de Jupiter a un diamètre d'environ 10,5 m. Cette taille est minimale pour pouvoir se déplacer sur les premières orbites jusqu'à la Terre.

Les orbites des cinq planètes, de la planète naine (Cérès) et des deux comètes sont représentées par une suite de médaillons de couleurs différentes. L'origine du planétaire est le centre du Soleil et toutes les orbites sont ramenées dans un seul et même plan. L'axe x pointe vers le point vernal, la direction de l'équinoxe de printemps aussi appelé point gamma. La date initiale du planétaire est le 1^er janvier 2014 à 12 h soit à la date julienne 2 456 659. Les médaillons représentent les positions des planètes et astéroïdes qui évoluent dans le futur. On peut aussi utiliser les trajectoires dans le passé en inversant l'ordre des médaillons.

Les périodes des orbites issues des éphémérides sont modifiées de façon à avoir des périodes entières et commensurables avec 16 (sauf pour Mercure dont le rapport est demi-entier). La table ci-dessous donne les valeurs issues des éphémérides et les valeurs utilisées pour le planétaire, ainsi que l'espacement entre chaque médaillon et le nombre de médaillons.

La mission spatiale de l'ESA Rosetta est dédiée à l'étude des petits corps du système solaire. Elle a déjà effectué des survols et des études des astéroïdes Steins et Lutétia. Elle est actuellement en orbite autour de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko pour l'étudier en détail. Sa trajectoire illustre le principe d'assistance gravitationnelle et l'ESA a réussi l'exploit de réveiller la sonde après 31 mois d'hibernation le 20 janvier 2014. La trajectoire de la sonde est représentée par un tracé fin marron jusqu'au 1^er janvier 2014 (donc trajectoire passée).

Pour l'enseignement à l'université, cette activité permet d'introduire de manière interactive les lois de la mécanique céleste, de ressentir la signification de la loi de la gravitation, les notions de vitesse, d'accélération et de force. Plusieurs ateliers autour de ce planétaire ont été créés que ce soit au niveau de l'Université ou de l'enseignement du secondaire.

Enfin, l'astronomie est une science d'observation avec très peu d'expériences réalisables à l'échelle humaine. Le planétaire permet donc de faire des observations et des expériences à la portée de tous.

Les éclipses et occultations des satellites de Jupiter

Les satellites galiléens de Jupiter sont les objets du système solaire parmi les plus intéressants : ils rassemblent un grand nombre de particularité qui en ont fait les objets les plus étudiés depuis leur découverte par Galilée en 1610. Leur taille, similaire à celle de Mars ou Mercure en fait des petites planètes telluriques qui ont conservé une grande quantité de glaces. Leur mouvement est très complexe du fait de la présence de Jupiter, du Soleil, de Saturne et des interactions gravitationnelles entre satellites du fait de leurs masses importantes. La compréhension de l'évolution dynamique de ces objets aide à comprendre celle du système solaire ou celle des systèmes extrasolaires. Ces corps rapides sont également soumis à des forces de marée importantes entraînant de la dissipation d'énergie et un chauffage interne. Io est le siège d'un volcanisme actif, Europe possède une banquise qui recouvre probablement un océan qui resurface régulièrement le satellite dépourvu de cratères d'impact. Ganymède est un mélange de rocs et de glace plus différencié que Callisto.

Comment explorer ces corps ? Comment comprendre leur formation, leur évolution ? Comment valider nos modèles dynamiques et de structure interne ? Pour cela, l'exploration spatiale a beaucoup apporté mais a aussi posé beaucoup de question. Après la moisson de données de Voyager et de Galileo, il nous faudra attendre 2030 pour une prochaine mission in situ. Cependant, grâce à des observations depuis le sol, nous pouvons faire progresser nos modèles et préparer les futures missions.

Ces satellites sont très brillants : ils seraient visibles à l'œil nu si Jupiter ne nous éblouissait pas ! Leur observation est donc facile avec des petits instruments, en particulier ceux des astronomes amateurs. Mieux, ils sont régulièrement le siège d'occultations et d'éclipses mutuelles spectaculaires observables avec une petite caméra. La précision de ces observations est proche de celle des observations effectuées par les premières sondes spatiales, ce qui les rend précieuses. Nous organisons donc à l'occasion des phénomènes se produisant lors de l'opposition de Jupiter de 2015, une campagne internationale d'observation rassemblant amateurs et professionnels. Déjà des campagnes similaires dans le passé ont eu lieu et les observations publiées dans des revues scientifiques internationales. Nous convions donc les amateurs équipés d'un instrument même modeste de rejoindre la campagne d'observation. Pour cela rendez-vous sur le site de la campagne à l'adresse : www.imcce.fr/phemu

Le site web de la campagne Phemu15

Publications

Couverture de l'annuaire astronomique 2015

Ce guide, présenté dans une version couleur plus agréable et remaniée, est conçu pour répondre aux besoins de l'observateur :

• Les positions des astres sont données mois par mois pour préparer les observations : d'un seul coup d'oeil tous les astres du mois sont lisibles.
• Un chapitre entier est dédié aux méthodes d'observation de différents phénomènes : l'observateur a toutes les clefs pour réaliser des observations scientifiquement utilisables, intégrer un réseau d'observateurs et contribuer ainsi à l'amélioration de la recherche.
• Les explications nécessaires à l'utilisation des éphémérides sont accompagnées d'exemples.
• Une multitude d'informations sur les phénomènes observables sont communiquées agrémentées de cartes.
• Les notions de calendriers, d'échelles de temps et autres connaissances indispensables sont rappelées.

Enfin, deux cahiers thématiques mettent en avant les dernières avancées scientifiques. Rédigés par des spécialistes, ces articles font le point sur l'actualité de la recherche dans plusieurs domaines :

• Les systèmes d'observation météorologique par satellite, par Jean Pailleux
• Mission accomplie pour le programme exoplanètes de CoRoT : une population de planètes à l'étonnante diversité, par Daniel Rouan

En vente dans votre librairie préférée, ou chez l'éditeur EDP Sciences. Le prix indiqué ne comprend pas les frais de port.

Prix : 19 €
ISBN : 978-2-7598-1259-2

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