Éditorial

L'ensemble du comité de rédaction de la Newsletter de l'IMCCE,les contributeurs occasionnels, présentent leurs meilleurs voeux 2016 aux plus de 2000 abonnés qui reçoivent 11 mois sur 12 les nouvelles préparées par l'Institut. Nous souhaitons réussir à continuer à intéresser à notre discipline et l'ensemble de nos activités, avec une fiabilité retrouvée dans les mises en page et les envois mensuels. En gardant à l'esprit que l'astronomie est multidisciplinaire, et vecteur de valeurs universelles, partagées par l'ensemble de la communauté internationale.

Bonnes lectures mensuelles pendant toute cette année 2016.

Visibilité des planètes

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

Mercure est visible le soir au crépuscule jusqu'au 6 janvier, date de sa dernière visibilité du soir à Paris. Elle sera de nouveau visible le matin à l'aube à partir du 23 janvier, date de sa première visibilité du matin à Paris. Elle se trouve dans la constellation du Capricorne jusqu'au 8 janvier, date où elle entre dans la constellation du Sagittaire.

Vénus est visible tout le mois en fin de nuit et à l'aube. Elle se trouve dans la constellation du Scorpion jusqu'au 5 janvier, date où elle entre dans la constellation d'Ophiuchus qu'elle quitte le 20 janvier pour entrer dans la constellation du Sagittaire.

Mars est visible tout le mois en fin de nuit et à l'aube. Elle se trouve dans la constellation de la Vierge jusqu'au 17 janvier, date où elle entre dans la constellation de la Balance.

Jupiter est visible tout le mois une grande partie de la nuit et à l'aube. Durant tout le mois, elle se lève de plus en plus tôt. Elle est tout le mois dans la constellation du Lion.

Saturne est visible tout le mois en fin de nuit et à l'aube. Durant tout le mois, elle se lève de plus en plus tôt. Elle se trouve tout le mois dans la constellation d'Ophiuchus.

Aspect des planètes au 16 janvier 2016 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 2016 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 2016 (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 2016.

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

Phénomènes astronomiques

Durée des saisons entre l'an -3000 et +3000

En 2016 la Terre passera au périhélie le 2 janvier à 22 h 48 m 45s UTC (23 h 48 m 45 s en temps légal français). La distance du centre de la Terre au centre du Soleil sera alors de 147 100 175,837 km et le diamètre apparent géocentrique du Soleil sera de 32' 31,85". 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 2016 :

• le 20/03/2016 à 04h 30m 12,40s UTC : équinoxe de printemps, durée de l'hiver : 88 jours 23h 42m 14,54s.
• le 20/06/2016 à 22h 34m 12,32s UTC : solstice d'été, durée du printemps : 92 jours 18h 3m 59,91s.
• le 22/09/2016 à 14h 21m 08,90s UTC : équinoxe d'automne, durée de l'été : 93 jours 15h 46m 56,58s.
• le 21/12/2016 à 10h 44m 11,99s UTC : solstice d'hiver, durée de l'automne : 89 jours 20h 23m 3,09s.

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

OTTO KOHL, GERHARD FELSMANN, Atlas, 1956, Université de Lille – Sciences et technologies, Laboratoire d'Astronomie de Lille. Cette carte présente toutes les étoiles visibles à l'œil nu dans les deux hémisphères célestes, ainsi que les nébuleuses et amas stellaires les plus brillants. L'équateur galactique est visible. Les constellations les plus anciennes sont localisées dans le ciel boréal puisque le ciel austral n'a commencé à être exploré que bien plus tard.

Exposition du patrimoine 11 janvier – 19 février 2016, Espace Culture, Université de Lille, Sciences et Technologies

La carte a toujours été l'un des modes de représentation par lesquels l'Homme a cherché à traduire sa vision du monde, sa place dans celui-ci, l'étendue de son territoire, la position de ses lieux symboliques ou matériels, les limites de l'inconnu, de l'étranger, du chaos. La multiplicité des cartographies n'est pas étonnante puisque leur histoire est loin d'être linéaire : plusieurs formes se sont développées simultanément, selon les besoins auxquels elles répondent : se déplacer, situer les lieux symboliques, etc. La réalisation d'une carte mobilise les savoirs d'une époque, contribue à les développer, utilise des codes visuels particuliers, exprime le pouvoir de ses commanditaires.

« La carte, miroir des hommes, miroir du monde » illustre la trame conceptuelle qui s'est développée à partir du XVIe siècle en Europe. Instruments de mesure performants, progrès des mathématiques, nouvelle astronomie ont permis d'obtenir des mesures de la Terre (angles, latitudes, altitudes, notamment), préalables à la réalisation plus précise d'un espace qui prend alors une signification propre (Mercator). L'image mentale du monde se fixe dès le début du XVIIe siècle et propose la trame conceptuelle de la cartographie occidentale, qu'elle soit topographique, géologique, céleste...

Véritables trésors des universités lilloises, du CNRS et du musée d'Histoire naturelle de Lille, les cartes, atlas et instruments scientifiques d'époque exposés illustrent les développements des instruments scientifiques et des techniques de la cartographie, qui ont fait interagir différents corps de métiers (astronomes, cartographes, ingénieurs, graveurs, entre autres) et interférer différents acteurs (commanditaires, mécènes, éditeurs, etc.) dans le processus de création de la carte ; depuis les représentations des cartographes et graveurs des XVIe et XVIIe siècles jusqu'aux nouvelles techniques de conception de la cartographie numérique, en passant par les triangulations, l'apparition de la photographie, des satellites et enfin du numérique, qui rendent la précision de la représentation de la Terre et de l'Univers de plus en plus grande.

Sophie Braun, Chargée du patrimoine scientifique
Université de Lille, Sciences et Technologies

Visites guidées d'une heure, gratuites et sur réservation (16 pers. max./groupe)
Contacter Alicia Zasso, médiatrice du patrimoine scientifique : alicia.zasso(at)univ-lille1.fr ou 03 20 33 77 17.

La carte, miroir des hommes, miroir du monde

Publications

Grâce à cet agenda, chaque semaine de vos occupations terrestres sera mise en lueur par le quotidien céleste de la Lune, du Soleil et des planètes en présence dans le ciel. Il vous propulsera aussi toute l'année dans une dimension céleste grâce aux multiples découvertes que vous ferez à travers des sujets aussi variés que les différentes conceptions du monde de l'Antiquité grecque à nos jours, les personnages qui nous ont ouvert les yeux, les fondements de la relativité générale et ses applications aujourd'hui, les phénomènes de l'année à ne pas manquer… Ainsi, tout en plongeant dans l'histoire du temps, de l'espace et de leur relativité, cet agenda sera votre compagnon de route, celui du quotidien, et celui, entre terre et ciel, des chemins de la curiosité et de la connaissance. Le prix indiqué ne comprend pas les frais de port.

Un jour, un observatoire

Observatoire du Pic du Midi de Bigorre

Nous inaugurons un nouveau feuilleton « Un jour, un observatoire » qui nous fera visiter quelques observatoires astronomiques. Pas n'importe lesquels, mais ceux où, un jour, nos chercheurs ont choisi d'aller effectuer des observations. Ils s'y sont rendus et ils y ont travaillé, observé et rapporté des données utiles à leurs travaux de recherche au sein de l'IMCCE.

Nous verrons ainsi comment on a accès à ces observatoires, comment on y travaille et comment on collabore avec les astronomes et personnels qui sont chargés de l'exploitation des instruments.

Nous irons aussi dans les observatoires où l'on n'observe plus ou peu du fait de la pollution lumineuse d'une grande ville mais où l'on peut travailler avec des collègues sur l'analyse des observations ou même réaliser des observations ponctuelles sur les télescopes encore en service.

1/8 : l'observatoire du Pic du Midi Situé dans les Pyrénées à 2876 mètres d'altitude, le Pic du Midi est réputé pour la qualité des images. Dédié de ce fait principalement à l'étude des surfaces planétaires et du Soleil, nous y avons aussi pratiqué des observations astrométriques des corps du système solaire dès les années 1970. L'IMCCE y exploite maintenant un télescope dans le cadre de la station de planétologie des Pyrénées, « S2P ».

Le Pic du Midi

En direct du Laboratoire

L'IMCCE bénéficie d'un service rare dans un établissement de recherche : un service d'édition. Cela s'explique historiquement puisque l'IMCCE a, parmi d'autres missions, celle de publier les ouvrages d'éphémérides que ses scientifiques élaborent. Mais le service édition de l'IMCCE va bien au-delà de la simple réalisation d'une mission de diffusion des éphémérides. Il a aussi une mission plus large de diffusion des connaissances. Il publie toutes sortes de documents à destination d'un public varié et interagit avec des personnes aussi différentes que des scientifiques ou des éditeurs contraints à la réalité du marché du livre.

Que recouvre le terme édition dans ce service ?
Le service assure les quatre grandes étapes de réalisation d'un livre ou d'un document imprimé : la conception (la naissance d'une idée ou d'un sujet, la définition du public ciblé, le type de support), l'élaboration du contenu (la définition du format, la rédaction du texte, la recherche et le traitement d'images, la mise en page de l'intérieur et de la couverture), la fabrication (l'impression et le façonnage du produit que le lecteur tiendra dans les mains) et la diffusion (la mise à disposition de l'ouvrage aux lecteurs par l'intermédiaire de professionnels, éditeurs et libraires, ou grâce à la vente par correspondance).

Quels types d'ouvrages sont publiés par l'IMCCE ?
L'IMCCE publie des ouvrages scientifiques destinés aux professionnels (ouvrages d'éphémérides pour les astronomes ou les navigateurs, manuels d'usage des éphémérides, comptes rendus de colloque, notes scientifiques), des ouvrages et guides pour les astronomes amateurs, des documents de communication et de vulgarisation scientifique pour tout public (agenda, ouvrages thématiques, documents ludo-pédagogiques).

Quels sont les défis relevés par l'équipe de ce service ?
En plus de l'accomplissement de la mission de publication des éphémérides, le service édition s'attache à diversifier ses supports de communication et à toucher un public plus large, très demandeur dans ce domaine de recherche qui fait rêver. C'est dans cet esprit que le service édition tâche de faire preuve de créativité et d'imagination en mettant en lumière des sujets qui suscitent curiosité et désir d'apprendre et en développant des outils modernes tels que les ebooks, les animations et les extensions vidéo.

Après 4 ans de travail, la mise en place du réseau FRIPON (Fireball Recovery and InterPlanetary Observation Network) est bientôt terminée. Les caméras et ordinateurs sont en cours d'installation et de configuration et près de ¾ du réseau devrait être opérationnel courant février.

Ces derniers mois ont permis la fin du développement du pipeline d'acquisition, de détection et de transfert des données. Cette partie est le résultat notable du travail de Yoann Audureau qui a fini son contrat fin décembre 2015 au laboratoire GEOPS de l'Université Paris Sud. L'équipe FRIPON a pu tester ce pipeline sur une dizaine de stations déjà opérationnelles (Orsay, Uranoscope de l'Ile de France, Orléans, OHP,…). Des triples détections ont été réalisées et confirment le bon fonctionnement du pipeline. Les données acquises du réseau seront dès 2016 stockées au centre IDOC (Integrated Data and Operation Center) de l'IAS/OSUPS.

L'équipe de l'IMCCE continue de travailler sur le pipeline de calcul de trajectoire et d'orbite. Fin février, le pipeline final et le réseau de caméras seront prêts pour détecter les premiers bolides en multi-détection. Une première météorite et une centaine d'orbites sont espérées pour 2016.

Le lancement officiel du site internet FRIPON/Vigie Ciel aura lieu fin février/début mars. Ce site permettra au grand public d'avoir accès aux images des 100 caméras jour et nuit rafraichis toutes les 10 minutes. La mise en ligne du site sera la première pierre du programme Vigie Ciel mené par Brigitte Zanda du Muséum National d'Histoire Naturelle. Vigie Ciel sera opérationnel en 2017 mais le grand public pourra dès 2016 s'inscrire sur http://www.vigie-ciel.fr/ afin de recevoir la newsletter et faire grandir la communauté de chercheur de météorites indispensable lors d'une chute.

Vue d'artiste NASA. La sonde Cassini-Huygens lancée en octobre 1997 à destination de Saturne a permis l'une des vérifications les plus précises de la relativité générale. Durant l'été 2002, la sonde et la Terre se sont trouvées dans des positions presque diamétralement opposées par rapport au Soleil. Les mesures ont montré que le temps mis par les ondes radio effectuant un aller-retour entre la Terre et la sonde était plus long que la durée prévue par la théorie newtonienne. Ce phénomène de retard s'est avéré en excellent accord avec la durée calculable à partir de la relativité générale. La théorie einsteinienne s'est ainsi trouvée vérifiée avec une précision de l'ordre de 1 sur 50 000.Crédit : NASA.

Durant ces vingt dernières années, d'immenses progrès ont été réalisés dans le domaine des sciences spatiales, permettant notamment d'accéder à des mesures de positions et de vitesses d'une précision inouïe. Ainsi, la mission BepiColumbo qui sera lancée en 2017 pour étudier la planète Mercure atteindra-t-elle une exactitude de l'ordre de 10 cm sur la localisation et de 10^-6 m/s sur la détermination de la vitesse de la sonde par effet Doppler. Un autre exemple est constitué par la mission astrométrique Gaia lancée en décembre 2013, destinée à fournir la position, la parallaxe et le mouvement propre d'un milliard d'étoiles avec une précision comprise entre 5 et 600 microsecondes d'arc selon la luminosité de la source. De telles précisions nécessitent la prise en compte des effets du champ gravitationnel des corps du système solaire et/ou des étoiles de la Galaxie sur la propagation de la lumière. La modélisation de ces effets doit s'effectuer dans le cadre de ce qu'on appelle aujourd'hui les théories métriques de la gravitation. Ce cadre constitue l'extension de la théorie de la relativité générale proposée par Einstein en 1915.

Selon les théories métriques, l'action du champ de gravitation sur la matière et sur la lumière se déduit d'une « distance généralisée » dont les coefficients ne sont pas des constantes comme en relativité restreinte mais des fonctions astreintes à satisfaire des équations de champ (les fameuses équations d'Einstein en relativité générale). Cette « distance » est appelée la métrique de l'espace-temps. Dans les champs gravitationnels faibles (le système solaire, par exemple), les prédictions de chaque théorie métrique sont fixées par dix paramètres postnewtoniens intervenant dans la métrique. Ces paramètres sont susceptibles d'être contraints par l'observation ou l'expérience, en mesurant par exemple la déviation des rayons lumineux par le Soleil ou Jupiter, le décalage Doppler entre une sonde spatiale et un récepteur terrestre ou encore l'avance séculaire du périhélie de Mercure.

Parmi les outils théoriques permettant de modéliser les expériences ou les observations impliquant des rayons lumineux, l'expression fournissant le temps de parcours de la lumière en fonction des coordonnées spatiales de l'émetteur à l'instant d'émission et des coordonnées spatiales du récepteur à l'instant de réception présente un intérêt crucial. Une telle expression peut être appelée « fonction de transfert de temps » associée à la trajectoire décrite par le rayon lumineux. L'intérêt d'une telle fonction vient de ce qu'elle permet un calcul direct de chaque type d'action du champ de gravitation sur la propagation de la lumière, qu'il s'agisse du décalage Doppler entre une sonde spatiale et une station terrestre ou de la direction apparente des corps célestes pour un observateur spécifié. Pourtant, et cela peut sembler paradoxal alors que la relativité générale a cent ans, la détermination des fonctions de transfert de temps reste un problème ouvert, en dépit d'avancées majeures obtenues durant les quinze dernières années. Nécessitant des calculs complexes, une telle détermination est compliquée par le fait qu'il existe en général plusieurs rayons lumineux distincts susceptibles de relier un émetteur et un récepteur de positions données. La seule méthode générale actuellement disponible est relative aux rayons lumineux pouvant être considérés comme des perturbations faibles d'une ligne droite dont tous les points restent confinés dans une zone de champ gravitationnel faible. Malheureusement, cette méthode montre deux points faibles. D'une part, elle est clairement inapplicable lorsque l'émetteur et le récepteur sont en quasi-conjonction. D'autre part, elle conduit à un rayon lumineux unique, alors qu'un raisonnement géométrique intuitif suffit à montrer qu'une étoile observée par Gaia par exemple peut avoir plusieurs images. Ce phénomène est appelé effet de « lentille gravitationnelle » ou encore effet de « mirage gravitationnel ». Bien observé et étudié dans le domaine extragalactique depuis des décennies, l'effet de lentille gravitationnelle doit aussi être pris en compte en astrométrie de haute précision.

Le séminaire de Pierre Teyssandier intitulé « Progrès récents dans la théorie des transferts de temps en relativité générale » a eu pour motif d'exposer les progrès très récents qui ont permis le calcul exact de toutes les fonctions de transferts de temps possibles pour des métriques statiques et à symétrie sphérique traitées dans le cadre de l'approximation linéaire. La méthode de calcul est valide pour des rayons lumineux se propageant dans des régions où le champ gravitationnel reste faible. Sous les hypothèses faites, il est possible de démontrer qu'il existe en général deux rayons lumineux distincts joignant deux points donnés. En collaboration avec B. Linet, de l'Université François Rabelais de Tours, l'auteur a déterminé explicitement la fonction de transfert de temps associée à chacun de ces rayons. L'expression de chacune des deux fonctions ainsi obtenues est valide pour n'importe quelles positions de l'émetteur et du récepteur. Il est possible de distinguer deux régimes standard en fonction de l'angle que font les vecteurs positions de l'émetteur et du récepteur. Lorsque cet angle est très voisin de 180° (quasi-conjonction), on retrouve une configuration de lentille gravitationnelle, avec deux images. Dans le cas contraire, il n'existe qu'un seul rayon lumineux confiné dans la zone de champ faible. On peut alors montrer que la fonction de transfert de temps de ce rayon généralise la formule de retard due à Shapiro, largement utilisée dans la réduction des données astrométriques fournies par le réseau VLBI. De plus, le développement de la nouvelle formule permet de comprendre l'origine des termes dits de renforcement que l'on doit prendre en compte pour des rayons lumineux passant très près du Soleil ou de Jupiter. Le terme d'ordre deux par rapport à la constante de la gravitation s'avère d'ores et déjà indispensable pour modéliser certains aspects de missions comme Gaia ou BepiColumbo.

Pour conclure, on peut souligner que la nouvelle méthode conduit à une description unifiée de situations physiques qui demeuraient jusqu'ici étrangères l'une à l'autre. Cette démarche s'avère d'autant plus fructueuse qu'elle permet une estimation d'effets dont il faudra tenir compte dans un avenir proche pour améliorer la détermination des paramètres postnewtoniens dans le système solaire et tester ainsi la relativité générale avec une précision dix à cent fois supérieure à celle que l'on est capable d'atteindre actuellement.

Les séminaires de l'Observatoire de Paris

Séminaires