Le phénomène intéressant en ce mois de septembre est l’apparition de plus en plus tôt vers l’horizon est d’un objet extragalactique fascinant : M31, la galaxie d’Andromède.

Cet objet est typique du ciel automnal et sera bien visible jusqu’au mois de janvier. On commence à l’observer en deuxième partie de nuit au début du mois d’août, lors des nuits des étoiles par exemple, et il est déjà accessible au-dessus de l’horizon est en première partie de nuit à la mi-septembre.

Qui verra-t-on ?

M31 n’est pas n’importe quelle galaxie, et ce pour plusieurs raisons : c’est la galaxie spirale la plus proche de la Voie lactée, notre galaxie, et c’est aussi le membre le plus grand et le plus massif de l’amas de galaxies dans lequel nous nous trouvons. Rappelons que notre galaxie fait partie d’un petit amas local qui contient une soixantaine de galaxies, dont seulement 3 spirales, qui sont par ordre de taille et de masse décroissante : M31 (la galaxie d’Andromède), la Voie lactée et M33 (la galaxie du Triangle). Toutes les autres galaxies sont de petites galaxies irrégulières. L’ensemble de ces galaxies tient dans un cube de 10 millions d’années-lumière de côté. M31 est située à environ 2,5 millions d’années-lumière de notre galaxie et M33 à environ 2,8 millions d’années-lumière. M31 est une galaxie imposante : son diamètre est de l’ordre de 220 000 années-lumière et elle contiendrait 1 000 milliards d’étoiles. Rappelons que la Voie lactée mesure environ 120 000 années-lumière et contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles. Quant à M33, elle contiendrait seulement 60 milliards d’étoiles et sa masse correspond à environ 5 % de celle de M31. M31 domine donc les débats question taille et masse dans notre amas local.

Que verra-t-on ?

M31 est un objet du ciel profond hors norme ; c’est en effet, et de loin, l’objet le plus lointain visible à l’œil nu. Il s’agit d’une galaxie qui contient tellement d’étoiles que, malgré la coquette distance de 2,5 millions d’années-lumière, sa magnitude atteint 3,4. Rappelons que sous un ciel parfait (en montagne par exemple), l’œil humain est capable de distinguer des étoiles de magnitude 6. D’autre part, elle couvre une zone de ciel de près de 3 degrés, soit 6 fois la taille de la pleine Lune !

Notons cependant que, s’il s’agit d’un objet grand, son éclat est assez dilué et apparaît donc « vaporeux », et peu contrasté. De ce fait, il est tout à fait impossible de voir M31 en ville, où la pollution lumineuse est trop forte, ou lors d’une période de pleine Lune. Il faudra donc disposer d’un ciel de campagne, sans Lune, pour optimiser ses chances de l’observer.

Pour la localiser dans le ciel, on repérera au préalable, en haut à gauche du carré de Pégase, la branche des 3 étoiles qui constituent la constellation d’Andromède, à savoir, en partant de l’est : γ qui porte le nom d’Almach, β, Mirach et α, Alpheratz. En partant de β, Mirach, on note en remontant vers le nord deux étoiles plus faibles ; il s’agit de μ et ν d’Andromède. M31 est située à un peu plus de 1° (deux fois le diamètre lunaire) au nord-ouest de ν Andromède.

À l’œil nu, avec un ciel moyen, la galaxie n’est pas évidente. Il faudra peut-être recourir à la vision décalée. Cette pratique de regarder « un peu à côté » de l’objet que l’on cherche permet de solliciter les bâtonnets disposés à la périphérie du fond de l’œil, bâtonnets qui sont bien plus sensibles que les cônes, sollicités en vision directe. Cette pratique permet de distinguer des objets plus faibles que si l’on regarde en vision directe. En utilisant cette méthode, on parvient à distinguer comme un petit haricot de lumière grise. Il s’agit non pas de la galaxie tout entière, mais seulement de son noyau central, zone de loin la plus brillante de la galaxie. Même s’il s’agit d’une très belle performance visuelle (voir une galaxie à plus de 2 millions d’années-lumière), on n’ira guère plus loin. Pour en voir plus, il faut s’équiper d’une paire de jumelles, idéalement 10 × 50 (grossissement de 10 fois et lentilles de 50 mm de diamètre). Ainsi équipé, l’observateur accède à une image passionnante, car cette optique, même modeste, permet d’appréhender la quasi-totalité de l’objet. On retrouve le centre qui prend la forme d’un microballon de rugby et on note que ce noyau baigne dans un grand halo très allongé et bien plus faible de lumière grise. Ce halo est constitué par les spirales, dont on ne perçoit pas la forme spiralée dans les jumelles, on distingue juste un voile très faible. Pour autant, il s’agit d’une très belle observation, car on accède à une image pas si éloignée des belles photos.

On savourera cette image plus encore en intégrant le fait que les photons perçus par nos yeux ont parcouru 2,5 millions d’années-lumière, ce qui signifie aussi, car l’année-lumière est une unité de mesure de distance (et, par voie de conséquence, de temps), que lesdits photons sont partis de M31, il y a 2,5 millions d’années, alors que notre ancêtre Lucie se tenait debout dans la savane de la corne de l’Afrique…

Ce n’est donc pas la M31 d’aujourd’hui que nous observons, mais celle d’il y a 2,5 millions d’années. Quant à la M31 d’aujourd’hui, ce sont nos arrières arrières arrières… petits enfants qui pourront l’observer, dans 2,5 millions d’années…

Par définition, l’instant de l’équinoxe d’automne dans l’hémisphère nord correspond au moment où la longitude géocentrique apparente du centre du Soleil est égale à 180°.

À cet instant, l’ascension droite n’est pas exactement égale à 12 h et la déclinaison du centre du Soleil n’est pas nulle, car la latitude apparente du centre du Soleil n’est pas nulle, mais ces deux dernières valeurs sont proches de zéro. La direction du centre du Soleil est alors très proche de la direction opposée au point gamma, intersection de l’écliptique et de l’équateur céleste. La définition de cette direction est donc unique sur la sphère céleste. Il ne faut pas confondre la direction de l’équinoxe d’automne qui est unique et le fait que le Soleil passe par cette direction. Ainsi, dans l’hémisphère nord, le début de l’automne correspond au passage du Soleil dans la direction de l’équinoxe d’automne, alors que ce même phénomène traduit le début du printemps dans l’hémisphère sud.

Notre calendrier (le calendrier grégorien) est construit de manière à éviter la dérive des dates des changements de saisons en conservant une date quasi fixe pour le début de chaque saison.

Les données pour 2020

La date de l’équinoxe d’automne est, en 2020, le mardi 22 septembre à 13 h 30 min 40,52 s UTC, soit à 15 h 30 min 40,52 s en Temps légal français (UTC + 2 h). À cet instant, la latitude géocentrique du centre du Soleil est de − 0,18″, son ascension droite est de 11 h 59 min 59,995 s et sa déclinaison est de − 0,16″. Comme on le constate, la déclinaison et la latitude sont très proches de zéro et l’ascension droite est très proche de 12 h. C’est pourquoi l’on dit souvent que le Soleil est dans la direction opposée au point gamma, ce qui est en partie exact dans la mesure où le diamètre apparent du Soleil est de l’ordre de trente minutes d’angle.

Néanmoins, pour un calcul à la seconde de temps près, le choix de la définition est important. En effet, la déclinaison du centre du Soleil est nulle à 13 h 30 min 30,62 s UTC et l’ascension droite du centre du Soleil est égale à 12 h à 13 h 30 min 42,44 s UTC.

Précisions sur les dates de l’équinoxe d’automne

Dans le calendrier grégorien, créé en 1582, l’équinoxe d’automne peut tomber le 21, 22, 23 ou 24 septembre. Il tombe en général le 22 ou le 23 septembre. Il tombera le 21 septembre en 2092 et ce sera la première fois depuis la création du calendrier grégorien. Cela se reproduira en 2096, puis en 2464, 2468, 2472, 2476, 2480, 2484, 2488, 2492, 2493, 2496 et 2497. Il est tombé un 24 septembre en 1803, 1807, 1903, 1907, 1911, 1915, 1919, 1923, 1927 et 1931, il tombera de nouveau à cette date en 2303. On trouvera dans un document suivant les dates des équinoxes sur la période allant de 1583 à 2999, ce document a été élaboré en 2008 avec des valeurs UTC extrapolées à partir de 2008, il peut donc y avoir de petits écarts avec les valeurs calculées chaque nouvelle année. Le jour de l’équinoxe, si l’on fait abstraction de la réfraction atmosphérique, la durée de la nuit est égale à la durée du jour et c’est également le jour où le Soleil se lève plein est et se couche plein ouest.

La Connaissance des temps (CDT) publie depuis 1679 les éphémérides des corps célestes, ainsi que diverses tables et données à destination des astronomes et des curieux de l’astronomie.

Lire le septième épisode : « Le problème de la longitude »

Dans cette lettre d’information, nous continuons d’explorer l’histoire scientifique de cet ouvrage et de voir son évolution au cours des trois derniers siècles. La CDT a‑t‑elle beaucoup changé ? A‑t‑elle été influencée par les événements politiques ? A‑t‑elle participé à l’essor des sciences en général et de l’astronomie en particulier ? Nous allons tenter de répondre à ces questions par une lecture attentive des 342 volumes de la CDT publiés à ce jour. Vous trouverez dans les textes que nous proposons des liens vers les pages de la Connaissance des temps que nous citons pour vous permettre d’avoir accès aux textes originaux.

Attraction discrète au début de cet été, une comète visible à l’œil nu, cela n’arrive pas souvent. Ce fut pourtant le cas de cette petite comète dénommée C/2020 F3 NEOWISE.

Le nom ne fait pas rêver, mais la comète oui ! Certes, elle n’accédera pas à la catégorie des vénérables grandes comètes. Il aurait fallu pour cela qu’elle fût visible à l’œil nu sous tous les ciels avec un éclat surpassant celui de toute étoile. La dernière à avoir intégré le cercle très fermé des grandes comètes est la comète Hale-Bopp, il y a près de 25 ans, une génération entière. Son noyau était d’un autre calibre, 30 km de large contre 5 km pour la comète NEOWISE.

Néanmoins, sous un ciel bien noir, dépourvu de toute pollution lumineuse, la visiteuse se montrait à l’œil nu, intégrant le grand décor du ciel. Elle fut particulièrement visible autour du 23 juillet, date de son rapprochement avec la Terre. Rapprochement tout relatif, car elle était alors à une distance d’une centaine de millions de kilomètres. Pour l’anecdote, la jolie comète avait choisi de se placer sous la protection de la constellation de la Grande Ourse, sans doute la constellation la plus connue de l’hémisphère nord et aussi la plus facile à identifier.

Une comète, ça vient et ça va. Celle-ci nous vient des profondeurs du Système solaire – à une distance 360 fois supérieure à celle qui sépare la Terre du Soleil - pour ensuite y retourner une fois achevée sa petite visite du Soleil. Elle se déplace sur une orbite elliptique très allongée qu’elle parcourt en 6 868 ans. Elle fond sur sa proie, le Soleil. Sa vitesse près du Soleil est de 231 000 km/h.

Dans le même temps, avec l’élévation de la température, le petit noyau rocheux se désintègre quelque peu en relâchant poussières et gaz emprisonnés par les glaces qu’elle renferme. La comète fond sous la chaleur du Soleil. Deux grandes queues apparaissent à sa suite. L’une, bleutée, est dirigée dans la direction exactement opposée à celle du Soleil. Des particules très légères chargées électriquement la composent, elles sont repoussées par le vent solaire. L’autre, plus brillante, d’une teinte blanchâtre, est faite de poussière et de gaz. Elle s’incurve légèrement, car bien que repoussées par la pression de radiation solaire, les particules sont plus grosses et plus lourdes, elles sont donc très sensibles à la force d’attraction du Soleil. Ainsi, le Soleil les repousse tout en les attirant. Finalement, elles s’étendent en une longue queue qui va s’incurver dans la direction du Soleil pour se rapprocher de la trajectoire suivie par la comète.

Au bout du compte, par le jeu d’une illusion d’optique, sa longue traînée brillante semble être attachée au noyau à la façon d’une queue que la comète baladerait dans le ciel. L’appellation même de « queue cométaire » renforce cette méprise, « traînée » est à préférer. En vérité, les poussières de cette queue sont évacuées constamment. Les plus anciennes (une vingtaine de jours après leur expulsion) se trouvent en bout de traînée à plusieurs centaines de millions de kilomètres du noyau, leur lieu de provenance ; les plus récentes se trouvent au plus près du noyau. Elles finissent toutes par se diluer dans l’espace le long de la trajectoire de la comète. La comète ne traîne donc pas derrière elle une queue de poussières qui la suivrait dans son périple, mais bien au contraire cette queue est renouvelée en permanence.

Cette activité cométaire donne son allure à toute comète. La comète ne peut être visible que lorsqu’elle pourra commencer à dégazer son contenu volatile. Cela ne peut se faire qu’à l’approche du Soleil. C’est pourquoi nous la voyons dans le ciel à proximité du Soleil, aux heures crépusculaires (comme le montrent les photos). Celui-ci se trouvant nécessairement sous l’horizon, toute comète donnera toujours l’impression de plonger du ciel vers la Terre, car les traînées qu’elle laisse vont dans la direction opposée à celle du Soleil. Jamais vous ne verrez une comète ayant l’air de provenir de la Terre.

C’est sans doute la raison pour laquelle les comètes ont toujours été vues d’un mauvais œil, un vieux souvenir gaulois de l’époque où le ciel menaçait de nous tomber sur la tête. Il fallut d’ailleurs attendre 1577 pour enfin comprendre que les comètes ne sont pas des exhalaisons terrestres présentes dans l’atmosphère, comme on le pensait depuis Aristote, mais bien des astres célestes passagers.