Visibilité des planètes

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

Mercure est visible le matin à partir du 11 février, date de sa première visibilité du matin à Paris, jusqu'au 24 février, date de sa dernière visibilité du matin. Tout le mois, elle est dans la constellation du Capricorne.

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. Elle se trouve dans la constellation du Verseau jusqu'au 16 février, date où elle entre dans la constellation des Poissons qu'elle quitte le 26 pour entrer dans la constellation de la Baleine, elle retourne dans la constellation des Poissons le 27 février.

Mars est visible tout le mois au crépuscule et en début de nuit. Elle se trouve dans la constellation du Verseau jusqu'au 11 février, date où elle entre dans la constellation des Poissons.

Jupiter est visible au crépuscule, toute la nuit et à l'aube jusqu'au 26 février, date de son coucher héliaque du matin, après cette date elle se couche avant l'aube. Elle se trouve dans la constellation du Lion jusqu'au 4 février, date où elle entre dans la constellation du Cancer.

Saturne est visible tout le mois en fin de nuit et à l'aube. Au cours du mois, elle se lève de plus en plus tôt. Elle se trouve tout le mois dans la constellation du Scorpion.

Aspect des planètes au 16 février 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 février 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 février 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 Cocher (Aur), le Bouvier (Boo), la Girafe (Cam), Cassiopée (Cas), Céphée (Cep), la Baleine (Cet), le Grand Chien (CMa), le Petit Chien (CMi), le Cancer (Cnc), la Chevelure de Bérénice (Com), la Couronne Boréale (CrB), le Cratère (Crt), les Chiens de Chasse (CVn), le Cygne (Cyg), le Dragon (Dra), Eridan (Eri), les Gémeaux (Gem), Hercule (Her), l'Hydre femelle (Hya), le Lézard (Lac), le Lion (Leo), le Lièvre (Lep), le Petit Lion (LMi), le Lynx (Lyn), la Licorne (Mon), Orion (Ori), Persée (Per), la Poupe (Pup),la Boussole (Pyx), la Grande Ourse (UMa), la Petite Ourse (UMi), le Sextant (Sex), le Taureau (Tau), le Triangle (Tri), la Vierge (Vir).

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 février 2015.

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

Phénomènes astronomiques

La figure ci-contre montre en fond le système des satellites galiléens entouré de diverses observations de phénomènes. Celui d'en bas à droite a été ajusté sur notre modèle photométrique.(c) Phemu15, F. Campos, W. Hanna, J. Montier, A. Pratt, H. Pavlov, K. Sofien-SAT

Dans la lettre de janvier, nous mentionnions la campagne d'observation des phénomènes mutuels des satellites de Jupiter. Le mois de février correspond à la période la plus riche en phénomènes : pourquoi? Le 5 février sera le jour de l'équinoxe sur Jupiter. Cette planète effectuant une révolution autour du Soleil en 12 ans, l'équinoxe a lieu tous les 6 ans. A cette date, le Soleil se trouve dans l'équateur de Jupiter (et la Terre n'en est pas loin puisqu'elle suit le Soleil dans le ciel de Jupiter). Ainsi, les satellites galiléens qui sont eux aussi dans le plan équatorial de Jupiter vont voir leurs ombres balayer le plan équatorial jovien, s'éclipsant mutuellement. Le 6 février sera le jour de l'opposition de Jupiter et du Soleil : la Terre sera au plus près de Jupiter dont le diamètre apparent atteindra 45 secondes de degré et Jupiter sera observable toute la nuit puisqu'il se lèvera au coucher du Soleil et se couchera au lever du Soleil.

Déjà de nombreuses observations ont été effectuées comme le montre la figure ci-contre. L'exploitation scientifique dépendra de la rigueur avec laquelle le protocole d'observation a été suivi :
- une échelle de temps à 0,1 seconde de temps maximum d'UTC
- l'observation d'un satellite de référence pour éliminer les variations d'absorption
- l'observation individuelle des satellites avant ou après le phénomène
- un réglage à gain fixe des caméras
- le choix d'un filtre adapté

Les prédictions 2015

Nouvelles astronomiques

Vue d'artiste de la mission GOCE. Crédit : ESA.

Chez les géophysiciens, la décennie 2000-2010 a été appelée la décennie de la gravimétrie, avec le lancement de trois missions qui ont révolutionné notre connaissance du champ de pesanteur terrestre, donnant accès également aux variations temporelles. Renseignant sur les transferts de masse au sein de notre planète, ces données sont extrêmement précieuses pour la compréhension du fonctionnement de l'ensemble du "système Terre", et de son évolution. Des trois missions CHAMP (lancement 2000, avec un premier accéléromètre à bord), GRACE (lancement en 2002 de deux satellites jumeaux, dédiés aux variations temporelles du champ de gravité), GOCE (mission ESA, lancement 2005, dédiée à la modélisation du champ statique à très haute résolution), seule la mission GRACE est encore en orbite, les deux autres missions s'étant désintégrées dans l'atmosphère au fur et à mesure de la diminution de leur altitude. Les phases de mise au point de la trajectoire de telles missions doivent établir les meilleurs compromis entre (i) la haute sensibilité de la trajectoire à la répartition de masse à des échelles locales ou régionales (qui impose une trajectoire la plus basse possible pendant un maximum de temps), (ii) les effets très importants du freinage atmosphérique (qui à très basse altitude peut réduire le temps de vie des satellites à quelques mois voire même quelques jours).

Ainsi que l'a rappelé Isabelle Panet lors du séminaire qu'elle a donné à l'Observatoire de Paris en ce mois de janvier, la mission GOCE est un véritable succès. En analysant les très faibles variations du vecteur gravité le long de la trajectoire du satellite qui a couvert toute la Terre, et à de nombreuses reprises au cours des quatre années de mission, il a été possible de modéliser l'ensemble des structures du champ de gravité statique, i.e. la partie constante liée à la répartition des masses à l'intérieur de notre planète. Les structures révélées, avec des longueurs d'onde caractéristiques de quelques centaines à quelques milliers de kilomètres, sont signe des hétérogénéités de masse principalement dans le manteau. Une véritable mine d'or qu'offrent les astronomes et les géodésiens aux géophysiciens !!

	La mission GOCE sur le site de l'ESA
	Page de l'ESA sur la fin de la mission GOCE

Représentation pendant dix jours de la trace de l'orbite du satellite TELECOM-2D, en novembre 2012. On constate que ce satellite n'est plus géostationnaire, après une manoeuvre de désorbitation qui l'a placé sur une trajectoire plus haute d'environ 500km par rapport à l'orbite géostationnaire nominale. En conséquence, sa vitesse est plus faible que la vitesse de rotation de la Terre sur elle-même, et dans le repère tournant lié à la Terre, le satellite dérive vers l'Ouest au cours du temps. Image obtenue avec le logiciel IXION. (c) LMD-CNRS.IXION

Nous commençons cet inventaire, cette taxinomie autour de la Terre, par l'un des premiers types de trajectoires que l'on découvre au lycée quand l'on traite le problème newtonien : les orbites géostationnaires (ou "GEO"), et leur généralisation à toutes les inclinaisons que sont les orbites géosynchrones ("GSO"). Dans chacun de ces deux cas, la période de révolution autour de la Terre est la caractéristique principale, puisqu'elle est égale à un jour sidéral exactement, à savoir 23h 56min 4s. Les satellites GEO et GSO parcourent donc une orbite autour de la Terre pendant que la Terre fait exactement un tour sur elle-même. Au bout de ces 86164 secondes, une étoile se retrouve donc visible dans les mêmes conditions que le jour précédent, alors qu'en raison du mouvement de la Terre autour du Soleil, il faut environ 4 minutes de plus pour qu'il en soit de même pour le Soleil : c'est la différence entre jour sidéral et jour solaire moyen, pris pour des raisons pratiques comme définition naturelle d'une journée de 24h.

La troisième loi de Képler dit que dans un problème des deux corps ponctuels (ou à symétrie sphérique), excellente première approximation du mouvement réel, le cube du demi-grand axe divisé par le carré de la période orbitale est une constante, reliée à la masse du corps central et la constante de la gravitation universelle. Fixer la période orbitale revient à fixer l'altitude moyenne, égale pour les orbites géostationnaires et géosynchrones à 35788 km. Avec une telle altitude (élevée), un satellite GEO ou GSO a en visibilité une très grande partie de la Terre (voir "en savoir plus").

En théorie, telles qu'on les décrit à l'école, les trajectoires GEO ont une inclinaison nulle sur l'équateur, ce qui fait que le point suborbital (la projection sur la surface de la Terre de la position du satellite dans l'espace ; nous reviendrons ultérieurement sur cette notion) est toujours situé sur l'équateur, en un point fixe. Cette propriété fait de l'orbite GEO une orbite unique pour un corps central donné, extrêmement précieuse pour couvrir avec un seul satellite des régions entières de notre planète, que ce soit pour l'observation globale de la Terre (les satellites météorologiques en particulier), ou les télécommunications. C'est pour cela que l'orbite géostationnaire est très encombrée depuis le lancement en 1964 du premier satellite géostationnaire. Sept ans après le premier Sputnik, il s'agissait de Syncom-3, lancé le 19 août 1964, pour permettre la retransmission en direct des Jeux Olympiques de Tokyo aux Etats-Unis. Les groupes de travail internationaux pour la préservation de l'environnement spatial, sous l'égide de l'ONU et des agences spatiales, sont aux petits soins pour l'orbite géostationnaire : ils mettent en place pour les satellites arrivés en fin de vie opérationnelle des procédures de désorbitation sur des orbites parking (en général situées quelques centaines de kilomètres au-dessus de l'orbite géostationnaire, solution souvent la plus économique en termes de dépenses de carburant), pour laisser la place à la génération suivante de satellites. La population des objets GEO est ainsi très nombreuse, environ 1300 : on distingue parmi ceux-là environ 400 satellites dont la mise à poste est contrôlée en permanence (dans les deux directions Est-Ouest et Nord-Sud), les satellites en dérive ou qui ne sont pas ou plus identifiés... Depuis le sol, un habitant de l'hémisphère Nord verra toujours les satellites géostationnaires dans la direction du sud, un habitant de l'hémisphère Sud verra toujours les satellites géostationnaires dans la direction du nord, et un habitant de l'équateur pourra en voir au zénith !

Dans la réalité, les satellites ont une petite inclinaison sur l'équateur, et peuvent survoler des lieux dont la latitude est comprise entre +/- cette inclinaison. La forme de la trajectoire projetée sur Terre ressemble alors à celle des satellites GSO, dont l'inclinaison est volontairement une valeur très différente de zéro. Les GSO gardent cette propriété qu'ont les GEO de rester en moyenne au voisinage d'une même longitude. Si ces trajectoires sont parfaitement circulaires, la vitesse le long de la trajectoire est une constante, et la forme de la trajectoire est très proche d'un segment de droite, perpendiculaire à l'équateur, et dont les extrémités sont situées en les lieux de même longitude que la longitude de mise à poste. En réalité, là encore, les trajectoires ont une excentricité qui ne peut pas être rigoureusement nulle, et le satellite connait alors des variations de vitesse, en plus ou en moins par rapport à la vitesse de la rotation de la Terre. Dans le repère de projection lié à la Terre, ces variations de vitesse, même petites, sont responsables d'une forme en "8" caractéristique de cette famille de trajectoires, selon que la vitesse du satellite est légèrement inférieure ou supérieure à la vitesse moyenne. Les amateurs de jolies courbes mathématiques pourront vérifier que contrairement à ce que l'on peut trouver fréquemment dans la littérature, il ne s'agit pas d'une lemniscate de Bernoulli, l'une des courbes bien connues de celles et ceux qui étudient les représentations en coordonnées polaires.

Un magnifique exemple de trajectoires GSO sont celles des satellites japonais QZS (Quasi-Zenithal Satellite), amenés à compléter le système GPS au Japon, en particulier dans les centres villes où les immeubles peuvent empêcher de capter fidèlement les signaux émis par les satellites de radionavigation "traditionnels" s'ils sont à basses élévations. Le choix des paramètres orbitaux (altitude, inclinaison, excentricité) est tel que les satellites QZS peuvent passer une très grande partie de leur temps au dessus du Japon (alors qu'ils survolent l'Australie à très grande vitesse), et que seuls 3 satellites QZS sont suffisants pour que l'un d'entre eux soit toujours visible depuis le Japon.

Une description plus détaillée des trajectoires des systèmes de radionavigation par satellites comme le GPS fera l'objet du prochain épisode.

	Orbites Géostationnaires nominales
	Orbites Géostationnaires réelles
	Orbites Géosynchrones

Année du mouton ou de la chèvre (羊 (yáng)

Cette année l'année lunaire (nián : 年) chinoise commence le 19 février 2015 et se termine le 7 février 2016. Cette année lunaire est une année commune de douze mois lunaires. C'est une année 乙未(yǐ wèi) qui correspond à la huitième branche terrestre 未 (wèi) associée au signe du mouton ou de la chèvre (羊 yáng) et au second tronc céleste 乙(yǐ) associé à l'élément bois 木 (mù).

L'année solaire (suì : 歲 岁) est une année abondante de douze mois lunaires, elle commence au solstice d'hiver (dōng zhì 冬至) du 22 décembre 2014 et se termine au solstice d'hiver suivant (dōng zhì 冬至) du 22 décembre 2015.

	Le calendrier chinois
	Le calendrier 2015 avec des explications
	Un calendrier au format A3

Photo prise le 7 février 2008

Comme chaque année début février, il est possible d'observer le lever du Soleil juste sous l'arche de l'Arc de Triomphe. Cette observation se fait depuis l'avenue de la Grande Armée. Le seul lieu propice à cette observation est le terre-plein situé au centre du square de la porte Maillot. Depuis ce lieu, le diamètre apparent du Soleil est lègerement plus petit que le diamètre apparent de l'arche de l'Arc de Triomphe, mais si l'on s'éloigne plus de l'Arc de Triomphe, la ligne de visée dans la direction de l'arche rencontre des jeux de signalisation disgracieux.

La table suivante indique les dates et instants de prises de vue du Soleil dans l'axe de l'arche de l'Arc de Triomphe depuis le square de la Porte Maillot. Les instants sont en Temps universel, et il conviendra d'ajouter une heure pour obtenir l'heure légale en France métropolitaine.

ATTENTION : même à faible altitude l'observation directe du Soleil peut être dangereuse pour la vue (et pour votre appareil photo). Pour les photos, il y a risque de surexposition, pensez à prendre un filtre si votre appareil photo ne permet pas de faire de très courtes expositions.

Lever coucher du Soleil sous l'arche de l'Arc de Triomphe en 2015

Observation de la rentrée atmosphérique de l'ATV-1 'Jules Verne', en 2008 au-dessus du Pacifique Sud. Crédit : J. Vaubaillon - IMCCE/ESA

L'IMCCE participera en février prochain à la campagne d'observation de la rentrée atmosphérique du cargo spatial Européen ATV-5 'Georges Lemaitre', à bord du DC-8 de la NASA. Une vingtaine de scientifiques européens et américains participeront à la campagne. Une vingtaine de caméras seront déployées pour l'occasion. La mission se déroulera en deux temps. Les 15 premiers jours en Californie (au Dryden, Armstrong flight research center) seront réservés à la préparation et aux vols de tests. Puis l'ensemble de l'équipe se rendra à Tahiti qui abrite la seule base aérienne suffisamment équipée pour accueillir le DC8 dans cette zone de l'océan pacifique. L'observation aura lieu de nuit du 26 au 27 février 2015, en plein milieu du Pacifique sud. L'Agence Spatiale Européenne (ESA) profitera de cette mission pour réaliser une expérience sur les rentrées atmosphériques contrôlées de débris artificiels, en vue de la préparation de la fin de vie de l'ISS. L'IMCCE dépêchera sur place M.K. Kwon et A. Egal pour opérer deux caméras en visible et en infra-rouge, respectivement prêtées par le LESIA (observatoire de Paris) et l'université Paul Sabatier (Toulouse). Ceci sera la seconde participation de notre laboratoire à l'observation aéroportée d'une rentrée atmosphérique, la première ayant eu lieu en 2008 pour l'ATV-1.

	La campagne.
	La campagne précédente, en 2008.

Vue d'artiste de la structure de Titan, en orbite autour de Saturne. Credit : NASA/JPL -Caltech/SSI/Univ. of Arizona/G. Mitri/University of Nantes

Cette nouvelle rubrique permettra de faire le point sur un projet en cours ou qui s'est terminé au sein de l'Institut. Ce pourra être la description d'un sujet de thèse, achevée ou en cours, ou le statut d'un projet scientifique que nous dirigeons ou dans lequel nous sommes l'un des partenaires. Dans le cas d'une thèse, le titre restera tel qu'il apparaît sur les manuscrits déposés aux Ecoles Doctorales, mais les explications tacheront de rester accessibles au plus grand nombre.

Titre: Modèle de satellite à trois couches élastiques : application à la libration en longitude de Titan et Mimas

Un grand nombre de satellites naturels du système solaire sont en rotation synchrone, c'est- à-dire que leur rotation s'effectue avec une période égale à leur période de révolution. Les librations en longitude peuvent alors être définies comme étant les variations autour de la rotation uniforme du satellite. Elles sont forcées par le couple gravitationnel exercé par la planète sur le satellite et leurs amplitudes dépendent de la structure interne du satellite. Les récentes observations de la sonde Cassini, en orbite dans le système de Saturne depuis 2004, ont permis de montrer que Titan possède sans doute un océan interne, une particularité de certains satellites de glace déjà détectée notamment sur Europe.

L'étude des librations de ces corps glacés, au sein d'équipes de recherche telles que celles de l'IMCCE, permet d'identifier éventuellement la signature d'un océan dans la dynamique rotationnelle des corps. Cette thèse a eu pour objectif de construire un modèle de libration pour les satellites de glace possédant une structure à trois couches élastiques : noyau, manteau (ou plus particulièrement océan) et croûte. L'atmosphère n'est considérée que comme un forçage de la croûte. Nous avons ainsi construit un modèle de libration tenant compte de l'orbite non-Képlerienne du satellite, des déformations élastiques des couches solides sous l'influence des forces de marées de la planète, ainsi que, dans le cas de Titan, du couplage exercé par l'atmosphère.

Pour Titan, Les résultats obtenus montrent que la prise en compte des déformations élastiques de marées des différentes couches de Titan réduit l'amplitude de la libration à la fréquence orbitale au même ordre de grandeur que celle d'un corps solide, rendant difficile la détection d'un océan interne. Les librations les plus importantes sont associées à des oscillations saisonnières dont l'amplitude ne dépend qu'au second ordre de la structure interne. Finalement, l'atmosphère de Titan ne contribue que pour quelques pourcents à la libration saisonnière, la principale composante de cette libration étant due à la perturbation orbitale lié au mouvement de Saturne autour du Soleil.

Nous avons également appliqué le modèle de libration à Mimas. Les librations de ce satellite ont été récemment observées, avec une amplitude de libration à la fréquence orbitale deux fois supérieure à celle attendue pour un modèle solide. En incluant un océan interne sous la surface de Mimas, nous montrons que l'amplitude observée est retrouvée. Ce résultat apporte un nouveau scénario sur la structure interne de Mimas et de nouvelles interrogations sur sa formation.

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