Le phénomène intéressant en ce mois de janvier 2021 est le rapprochement entre deux planètes de notre système solaire : il s’agit de la conjonction qui aura lieu le 20 janvier entre Mars et Uranus.

Il est plus souvent coutume de présenter des conjonctions entre des objets visibles à l’œil nu. Nous avons eu le mois dernier un magnifique rapprochement entre Jupiter et Saturne, toutes deux visibles à l’œil nu. Pourtant, ce mois-ci, nous sortons des sentiers battus en proposant le rapprochement de Mars, une planète souvent assez brillante et donc bien visible à l’œil nu, et Uranus, qui elle ne l’est pas.

Quel est donc l’intérêt de proposer d’observer cette conjonction, sachant qu’un seul des deux astres sera visible ? Car à l’œil nu, il n’y aura bien sûr aucune conjonction. L’intérêt réside ainsi dans le fait que cette proximité va permettre d’accéder facilement, si l’on dispose d’un instrument d’astronomie, même modeste, à la planète Uranus.

Cette planète, pourtant accessible avec une simple paire de jumelles, ne fait pas partie des grands classiques de l’astronome amateur qui découvre le ciel. Dans des optiques modestes et à faible grossissement, elle n’est visible que sous la forme d’un point, comme une banale étoile. De ce fait, souvent perdue dans des champs trop riches (Voie lactée) ou trop pauvres de l’écliptique, donc pas toujours facile à trouver, elle est souvent absente du tableau de chasse des curieux du ciel.

Cette conjonction va donc permettre, même à un néophyte ou à un curieux du ciel équipé d’un instrument modeste, de pouvoir pointer et observer la lointaine planète. Il lui suffira de repérer Mars et de suivre quelques indications sommaires pour ensuite trouver Uranus.

Qui verra-t-on ?

Mars est la quatrième et dernière planète rocheuse de notre système solaire. Rappelons que les 3 premières sont Mercure, Vénus et la Terre. Mars est un objet assez petit, puisqu’elle est environ deux fois plus petite que la Terre (diamètre équatorial de 6 792 km contre 12 756 km pour la Terre). Elle est située en moyenne à 228 millions de kilomètres du Soleil, soit 1,52 unité astronomique (1 au = distance Terre-Soleil, soit 149,6 millions de kilomètres).

Mars est aussi appelée la planète rouge. Cette teinte qui est plus proche du jaune orangé à l’œil nu tient à la composition chimique du sol martien. Ce sol contient beaucoup de fer. En se combinant avec l’oxygène présent sur Mars, ce fer s’est oxydé : il est donc devenu de la rouille, matériau qui donne sa couleur caractéristique à Mars.

Mars et la Terre semblent avoir eu des conditions physiques très similaires au cours de leur premier milliard d’années d’existence. De très nombreux éléments actuellement visibles à la surface de Mars font penser que Mars a connu de grandes étendues d’eau liquide, probablement sous forme d’océan. Mais de cette eau liquide, on n’en voit aucune trace aujourd’hui. C’est même le contraire que l’on observe : la planète rouge est essentiellement recouverte de zones désertiques.

Qu’est devenue cette eau liquide ? Les astronomes pensent qu’elle est actuellement capturée sous forme de glace sous la surface martienne. Pourquoi cette eau liquide a-t-elle disparu ? Pour exister sous forme liquide, la molécule d’eau a besoin de deux conditions physiques : une température comprise entre 0 et 100° C et de la pression atmosphérique (environ 1 bar). Si ces deux conditions étaient remplies au cours du premier milliard d’années, elles n’ont pas pu se maintenir par la suite. Pourquoi ? Il faut chercher du côté de la différence de taille, et plus encore de masse. Si Mars est deux fois plus petite que la Terre en taille, elle est aussi dix fois moins massive. C’est cette différence très conséquente de masse qui est à l’origine de la disparition de l’eau. En effet, avec seulement 1/10^e de la masse terrestre, Mars a commencé à perdre rapidement son atmosphère, et par là même, la pression atmosphérique a chuté d’autant, ne permettant plus l’existence d’une eau liquide.

Aujourd’hui, les planétologues estiment que la pression atmosphérique de Mars doit avoisiner 6 millibars, soit une valeur 170 fois plus faible que l’atmosphère terrestre. La température moyenne à la surface de Mars est d’environ − 60° C et, lors des périodes de « canicule », cette température monte à + 10° C.

Uranus est la septième planète par ordre de distance au Soleil et la troisième planète gazeuse, après Jupiter et Saturne, et avant Neptune. Elle est située à 18,83 au, soit 2,82 milliards de kilomètres du Soleil, ce qui implique une période de rotation de 84 ans autour de notre étoile.

Comme ses quatre compagnes, on pense qu’Uranus possède un noyau solide de fer et de silicates, de taille comparable à la Terre. On peut la considérer comme une sœur jumelle de Neptune, dont elle est très proche en taille (environ 50 000 km de diamètre, soit presque trois fois plus petite que Jupiter). Elle est toutefois quatre fois plus grosse que la Terre.

En termes de composition chimique, comme Jupiter et Saturne, mais aussi Neptune, elle partage une très forte proportion d’hydrogène et d’hélium. Comme Neptune uniquement, elle possède des gaz volatils, comme l’eau, l’ammoniac et le méthane (éléments quasi inexistants sur Jupiter et Saturne).

En mars 1977, une équipe de chercheurs américains a mis en évidence l’existence d’anneaux autour d’Uranus, tout comme Saturne, même si ceux d’Uranus sont bien moins larges et complexes que ceux de Saturne. Uranus est l’un des objectifs de la sonde Voyager 2, première sonde à effectuer un survol de la planète en janvier 1986, mettant en évidence la présence d’un champ magnétique, dont l’intensité est proche de celui de la Terre, et qui est incliné de 60° par rapport à l’axe de rotation de la planète.

Une autre des particularités de cette planète est son axe de rotation très incliné. Cette forte inclinaison fait que l’on dit d’Uranus qu’elle « roule » sur son orbite ; en d’autres termes, tantôt son pôle Nord « regarde » le Soleil, tantôt (soit une quarantaine d’années plus tard…), c’est le pôle Sud qui le « regarde ».

Que verra-t-on ?

Le 20 janvier 2021, vers 19 h 00 (UTC), les deux planètes seront situées sur le méridien nord-sud, dans la constellation du Bélier, hautes dans le ciel puisqu’à environ 55° au‑dessus du point cardinal Sud. Avec une magnitude de − 1,52, Mars sera donc bien visible, environ 8° au sud de l’étoile α du Belier (Hamal). Dès qu’on aura repéré Mars, une simple paire de jumelles, même de modestes 8 × 30, suffira pour repérer Uranus, située quant à elle à 1,6° (soit environ trois fois le diamètre lunaire) au sud/sud-est de Mars. Dans une paire de jumelles, Uranus apparaîtra comme une petite étoile de magnitude 5,8.

Contrairement à la Grande Conjonction du mois précédent, où il était possible de voir des détails sur les deux planètes Jupiter et Saturne, cette conjonction entre Mars et Uranus sera beaucoup plus avare en belles images planétaires. Mars était en opposition en octobre dernier (voir la Lettre d’information de l’IMCCE d’octobre 2020). Le 6 octobre, son diamètre apparent de 22,6″ d’arc permettait de voir de nombreux détails à sa surface, même avec un modeste instrument de 150 mm d’ouverture. Mais, depuis cette date, la Terre s’est déplacée sur son orbite autour du Soleil et les deux planètes se sont éloignées (Mars sera ce 20 janvier 2021 à 162 millions de kilomètres de la Terre, alors qu’elle n’en était qu’à 62 millions au début du mois d’octobre 2020).

Il en résulte que le jour de la conjonction de Mars avec Uranus, la planète rouge n’offrira un diamètre que de 8,6″. De plus, vus d’en haut, les trois astres Soleil, Terre et Mars dessinant un triangle, Mars ne montre pas, vue depuis la Terre, un disque rond. Seuls 89 % de sa surface étant illuminés, elle montre un phénomène de phase (comme notre satellite entre le premier quartier et la pleine Lune). La combinaison d’un diamètre restreint et d’une Mars gibbeuse réduit à quasi-néant tout espoir de voir des détails sur la planète rouge.

En ce qui concerne Uranus, c’est encore pire bien sûr. Située à près de 2,8 milliards de kilomètres, elle offre un diamètre apparent de 3,6″. En observation visuelle et avec un instrument amateur, il est illusoire d’espérer voir des détails à sa surface. De furtifs détails peuvent être mis en évidence seulement en imagerie CCD et avec de puissants traitements d’images. Autant dire qu’en ce 20 janvier 2021, si les conditions sont bonnes pour repérer les deux planètes dans le ciel, ces conditions ne feront pas date pour admirer des détails planétaires.

Est-ce à dire qu’observer cette conjonction n’a aucun intérêt ?

Que non !

Dans des optiques modestes, jumelles, et instruments de 60 à 100 mm et jusque 1 mètre de focale, on pourra, à très faible grossissement, les repérer dans le même champ dans le ciel et, au plus fort grossissement possible (150 à 180 fois), on admirera de minuscules billes colorées : ton orangé pour Mars et gris bleuté pour Uranus. L’observateur qui voudrait en voir un peu plus devra posséder un instrument dont la combinaison optique offre une grande focale, soit un Maksutov, soit une Schmidt-Cassegrain, pouvant atteindre 2,80 m de focale. Dès lors, des grossissements de 250 à 300 fois montreront nettement la forme gibbeuse de Mars, peut-être quelques furtifs détails si la turbulence est très faible, et montreront aussi un joli confetti bleuté pour Uranus. Même si cette dernière ne montre pas de détails, le fait de voir un disque net et brillant est déjà une belle satisfaction si l’on considère la distance qui nous sépare de la planète gelée.

Notons qu’une intruse ne va pas faciliter l’observation ce soir-là : la Lune sera située à environ 10° au sud-ouest des deux planètes le jour de la conjonction. Toutefois, les deux planètes seront aussi très proches 3 ou 4 jours avant et après le 20 janvier. On pourra donc faire cette observation entre le 15 et le 25 janvier, à une date où la Lune sera plus éloignée dans le ciel.

Pour l’anecdote, notons un phénomène pour le moins extraordinaire : une conjonction tellement rapprochée entre ces deux planètes que la planète Mars va… éclipser, occulter Uranus. La scène sera visible à Paris. Mais il y a deux bémols : le premier, c’est que l’événement aura lieu en plein jour, à 9 h 45 UTC en géocentrique pour être précis. Le deuxième, c’est qu’il va falloir compter sur quelques progrès de la médecine pour que des lecteurs de ces lignes puissent assister à un phénomène qui aura lieu le 6 février… 2825.

Vous trouverez ci-dessous le lien de téléchargement du calendrier pour l’année 2021 établi par Patrick Rocher.

Télécharger le calendrier astronomique 2021.

Ce calendrier donne, pour chaque jour de l’année 2021, les instants des levers et des couchers du centre du Soleil et du centre de la Lune en Temps légal français. Les calculs, réalisés pour la latitude et la longitude de l’Observatoire de Paris, sont élaborés pour un horizon plat et une réfraction horizontale égale à 36,6′.

Les différentes phases de la Lune et les dates des équinoxes et des solstices sont également données. Au verso de chaque page sont mentionnés les phénomènes astronomiques du mois (instants en Temps légal français). Enfin, les dernières pages fournissent les dates des fêtes légales et religieuses dans différents calendriers, ainsi que les concordances entre ces calendriers.

Remarque importante

Le 3 avril 2019, le Conseil de l’Union européenne a émis deux propositions :

1. La directive 2000/84/CE instaurant le passage à l’heure d’été doit être abrogée avec effet au 1^er avril 2021.
2. Les États membres doivent notifier à la Commission, au plus tard le 1^er avril 2020, leur intention de modifier leur heure légale le dernier dimanche du mois d’octobre 2021.

Or au 1^er avril 2020, en raison de la crise sanitaire, aucun État n’avait notifié sa décision : il est donc probable que le passage à l’heure d’été ne soit pas abrogé le dernier dimanche d’octobre 2021 et que le passage à l’heure d’hiver soit maintenu. Dans les éphémérides que l’on publie, nous avons admis cette hypothèse et conservé un passage à l’heure d’hiver le dernier dimanche d’octobre 2021.

En 2021, la Terre passera au périhélie le samedi 2 janvier à 13 h 50 min 35 s UTC (14 h 50 min 35 s en Temps légal français).

La distance du centre de la Terre au centre du Soleil sera alors de 147 093 162,574 km et le diamètre apparent géocentrique du Soleil sera de 32′ 31,94″. 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 actuellement la saison la plus courte dans l’hémisphère nord.

Vous trouverez ci-dessous les dates et les durées des saisons de l’hémisphère nord pour l’année 2021 (TT-UTC = 69,184 s).

Samedi 20/03/2021 à 9 h 37 min 30 s UTC
Équinoxe de printemps, durée de l’hiver : 88 jours 23 heures 35 minutes 8,13 secondes.

Lundi 21/06/2021 à 3 h 32 min 11 s UTC
Solstice d’été, durée du printemps : 92 jours 17 heures 54 minutes 41,36 secondes.

Mercredi 22/09/2021 à 19 h 21 min 07 s UTC
Équinoxe d’automne, durée de l’été : 93 jours 15 heures 48 minutes 55,63 secondes.

Mardi 21/12/2021 à 15 h 59 min 19 s UTC
Solstice d’hiver, durée de l’automne : 89 jours 20 heures 38 minutes 12,72 secondes.

Sous l’effet des perturbations planétaires, le périhélie avance dans le sens direct d’environ 11,612 35″ par année julienne. L’axe des apsides fait donc un tour en environ 111 915 années juliennes. Comme la droite des équinoxes tourne d’environ 50,387 92″ par an dans le sens rétrograde, les deux axes sont confondus toutes les 20 903 années juliennes : cette période porte le nom de précession climatique.

En effet, tous les 10 451,5 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.

Le graphique ci-dessus donne l’évolution de la durée des saisons sur une période de 6000 ans, allant de l’an − 3000 à l’an 3000. On remarque qu’en − 330 (331 av. J.‑C.), à l’époque de Callippe de Cyzique (vers 370 av. J.‑C. – vers 310 av. J.‑C.) l’hiver n’était pas la saison la plus courte, c’était l’automne. Sur cette période de 6000 ans, les durées de l’été et de l’hiver ont été égales en − 1404 : l’automne a eu une durée minimale de 88,37 jours en − 1641 et le printemps une durée maximale de 94,31 jours en − 1604.

Le 10 janvier 2021, à 19 h 21 min 30 s UTC (20 h 21 min 30 s en Temps légal français), se produira un regroupement des planètes Mercure, Saturne et Jupiter sur un cercle de la sphère céleste d’un diamètre de 2° 23′ 12,9″.

À cet instant, l’élongation au Soleil de Saturne, la planète la plus proche de notre étoile, sera de 11° 59′ 30,3″ Est. Pour rappel, le système de représentation est celui de la sphère céleste : les côtés du triangle sphérique formé par les directions des trois planètes sont donc des arcs de grands cercles de la sphère céleste.

Les élongations entre les planètes sont données par le tableau suivant.

Planètes	Élongation
Mercure et Jupiter	1° 56′ 47,9″
Mercure et Saturne	1° 52′ 21,2″
Jupiter et Saturne	2° 17′ 26,8″

Ce regroupement est encadré par deux conjonctions en longitude, une entre Saturne et Mercure, et l’autre entre Jupiter et Mercure.

10/01/2021 à 3 h 17 min 13 s UTC
Conjonction géocentrique en longitude entre Mercure et Saturne, différence de latitude : − 1° 36′ 39,17″, élongation solaire de Saturne : 13° Est.

10/01/2021 à 4 h 09 min 19 s UTC
Élongation minimale entre Mercure et Saturne, élongation : 1° 36′ 35,83″.

11/01/2021 à 17 h 19 min 22 s UTC
Conjonction géocentrique en longitude entre Mercure et Jupiter, différence de latitude : − 1° 24′ 50,60″, élongation solaire de Jupiter : 14° Est.

11/01/2021 à 18 h 31 min 57 s UTC
Élongation minimale entre Mercure et Jupiter, élongation : 1° 24′ 44,40″.

La carte ci-dessus donne la zone de visibilité des trois planètes à l’instant du regroupement (19 h 21 min 30 s UTC), ce sont les lieux où le Soleil est couché et où les trois planètes sont encore au-dessus de l’horizon Ouest. Dans le tracé des terminateurs, la réfraction horizontale prise en compte est égale à 36,6′.

Pour les instants intérieurs et postérieurs à 19 h 21 min 30 s UTC, il suffit de décaler les zones de visibilité respectivement vers l’est ou vers l’ouest. Le regroupement sera donc visible en France peu de temps après le coucher du Soleil. Le tableau ci-dessous donne les instants à Paris des couchers des quatre astres et la hauteur apparente des trois planètes à l’instant du coucher du Soleil. Pour avoir les instants en Temps légal français, il faut ajouter une heure à UTC.

Astre	Instant du coucher en UTC	Hauteur
Soleil	16 h 13,6 min	0°
Mercure	17 h 13,3 min	7° 10′ 46,95″
Jupiter	17 h 27,6 min	9° 13′ 52,51″
Saturne	17 h 15,7 min	7° 44′ 16,99″

Cet ouvrage d’éphémérides est destiné aux astronomes, aux enseignants et aux étudiants.

Le cœur de cet ouvrage présente, pour l’année en cours, les éphémérides tabulées du Temps sidéral, des variables liées aux nouveaux paradigmes de l’Union astronomique internationale sur les systèmes de référence et les coordonnées du Soleil, de la Lune et des planètes, de Pluton, Cérès, Pallas, Junon et Vesta ; il fournit également les quantités nécessaires au calcul des positions des satellites de Mars, des satellites galiléens de Jupiter, des huit premiers satellites de Saturne et des cinq principaux satellites d’Uranus.

Un chapitre explicatif fournit les informations théoriques permettant de faire les calculs par soi-même ou d’utiliser le logiciel accompagnant l’ouvrage.

Ce volume est le 343^e d’une éphéméride créée en 1679 qui a paru sans interruption depuis sa création. Ancienne par sa conception, mais toujours moderne dans sa réalisation, la version 2021 s’appuie sur une partie des récents développements méthodologiques menés à l’IMCCE.

• Format : 17 cm × 24 cm – 186 pages
• Éditeur : IMCCE
• ISBN : 978-2-910015-83-1

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 XI^e épisode : « La Révolution et le nouveau calendrier ».

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.

Le 21 décembre dernier, à 19 h 22 min 30 s (18 h 22 min 30 s UTC), Jupiter et Saturne étaient au plus près dans le ciel, à une distance angulaire de seulement 6′ 6,40″, ce qui correspond environ à 1/5 du diamètre apparent de la Lune.

À l’œil nu, Jupiter et Saturne semblaient se frôler. Du moins pour les chanceux qui ont pu apercevoir le phénomène à son élongation minimale, car la météo n’était pas de la partie.

Heureusement, déjà dans les jours qui précédaient, le spectacle était présent avec un rapprochement insolite de Jupiter et Saturne.

Dans un petit instrument d’observation, on pouvait même voir dans le même champ les anneaux de Saturne et les satellites principaux de Jupiter (photo ci-contre – en haut à gauche de Jupiter : Io et Europe confondus, car trop proches ; en bas à droite de Jupiter : Ganymède).

Ce phénomène, appelé Grande Conjonction, est très inhabituel pour qui a l’habitude de regarder le ciel. Certains historiens ont même avancé l’hypothèse que l’étoile de Bethléem était le résultat d’une telle conjonction.

Ces conjonctions entre Jupiter et Saturne ont lieu environ tous les 20 ans, mais il est très rare que la distance minimale sur le ciel soit si petite.

La dernière Grande Conjonction a eu lieu le 28 mai 2000, avec une élongation minimale de 1° 8′ 58″, c’est-à-dire supérieure à deux fois le diamètre lunaire. Pour retrouver une conjonction de Jupiter et Saturne aussi proche que celle du 21 décembre prochain, il faudra attendre le 15 mars 2080 (6′ 0,9″). La dernière conjonction aussi proche date du 16 juillet 1623 (5′ 10,1″), mais celle-ci était très difficilement observable, car la distance angulaire entre le Soleil et Jupiter n’était alors que de 12,8°. Il faut donc remonter au mois de mars 1226 pour retrouver une telle conjonction observable, avec cette fois-ci un rapprochement de seulement 2′ 8,5″.

Diaporama

Nous avons rassemblé ci-dessous quelques-uns des clichés de cette Grande Conjonction, souvent pris à des dates différentes du minimum en raison des mauvaises conditions météo.

Nous invitons nos lecteurs à nous envoyer leurs meilleurs clichés de cette Grande Conjonction, que nous pourrons publier dans le diaporama ci-dessus : redacnews@imcce.fr.