La figure ci-dessus représente de manière globale les constellations visibles dans le ciel en fonction de la saison, pour un observateur situé à 45° de latitude nord (Bordeaux). Toutefois le ciel diffère peu entre 35° et 55° de latitude nord. Chaque jour qui passe, nous donne l'impression que le Soleil et les planètes se déplacent. Aussi, dès l'appel de la carte, les objets du Système solaire sont positionnés autour de la Terre pour le jour donné. En astronomie, les 360° du cercle représentant l'orbite terrestre, sont divisés en 24 heures. Par convention, le 0h indique le passage du Soleil à l'équateur lorsqu'il revient dans l'hémisphère nord. Ce passage indique l'équinoxe de printemps. En réalité, nous savons tous que cet effet est dû à l'inclinaison de 23°26' de l'axe de la Terre.  Toutes les planètes, aussi bien que le Soleil et la Lune, se déplacent dans le ciel le long d'un plan appelé l'écliptique, indiqué par la ligne sinusoïdale sur la carte du ciel ci-dessus. L'écliptique représente le parcours du Soleil, vu depuis la Terre. Or, la Terre possède un axe de rotation incliné par rapport à ce plan. C'est cette inclinaison qui nous donne l'impression que le Soleil monte ou descend, au fil des jours, dans le ciel. Cela se traduit par un mouvement sinusoïdal de l'écliptique, qui apparaît en pointillé sur la carte ci-dessus et expliqué sur le dessin ci-contre, où l'évolution du Soleil semble suivre une route imaginaire sinusoïdale, à partir du point Z (zénith). Le Soleil sera au zénith, à l'équateur aux équinoxes, tandis qu'il y sera au solstice d'été pour l'hémisphère nord et au solstice d'hiver pour l'hémisphère sud.

2. Le ciel ce soir

  Les mois de l'année ont été placés en supposant que l'observation du ciel s'effectue à 22h TU, soit en ajoutant 1h (hiver) et 2h (été) pour la France et l'Europe occidentale. Imaginons, par exemple, la partie du ciel à l'intérieur d'une zone délimitée par un ½ cercle dont le rayon occupe les ¾ de la hauteur de la figure, représentant la partie du ciel visible à 22h TU le 15 janvier. Le milieu du ½ cercle, représentant le zénith, sera situé  sur le bord supérieur. La partie inférieur du cercle sera l'horizon sud. Ainsi sur la figure, Capella se situera au zénith. La partie gauche se situera à l'est et la partie droite, à l'ouest. Nous trouvons le Lion est à l'est et le carré de Pégase à l'ouest. Les constellations telles la Grande Ourse, La Petite Ourse, Cassiopée, etc..., ne figurent pas, car elles sont visibles toute l'année au-dessus de nos têtes, en regardant vers le nord.

   La figure permet de déterminer aisément l'aspect du ciel à 22h TU à différents moments de l'année: il s'agit de déplacer mentalement le ½ cercle , afin que son centre  corresponde au mois de l'observation. Par exemple l'Aigle est visible en été et pas en hiver. Orion sera visible en hiver et pas en été, le Lion le sera en avril et Andromède en novembre. Cassiopée (au-dessus de M31) est toujours visible au zénith.  Nous nous apercevons que la position exacte au jour le jour, n'intervient que sur le lever et le coucher des astres. Cela sous-entend que l'horizon est parfaitement dégagé.   

   Pour déterminer un autre horaire, il suffit d'avancer d'un mois, chaque fois que l'on avance de 2 heures. Par exemple 4h du matin en octobre (6h après 22h), il faut avancer de 3mois, donc se placer le centre du ½ cercle, en janvier. Le ciel à 4 h en octobre et le même que celui de janvier à 22h, avec Orion bien visible et Capella au zénith.

3. Le zodiaque

   Le croquis, à droite, montre le mouvement annuel, décrit par le Soleil, sur la voûte céleste. Afin de mieux localiser les événements, les babyloniens (il y a plus de 4 000 ans) divisèrent le ciel en zones ou constellations, qu'ils appelèrent du nom des figures qu'ils furent censées voir à partir des étoiles du fond de ciel. C'était le rôle des prêtres qui pouvaient discuter avec les dieux. C'est le début de l'astrologie, qui n'est pas une science. Logique, elle n'a rien prouvé, ni démontré. C'est normal si l'on comprend bien comment est organisé le ciel et que seul le Soleil nous influence. Il domine le Système solaire dont la masse représente 99,867 %. Le restant ne représentant qu'un peu plus de 1/1000. Juste une remarque, Pluton se trouve depuis des années dans Ophiuchus et le restera encore pendant quelques années encore. Or, seuls sont qui sont familiers avec l'astronomie connaissent cette constellation. Pourtant elle ne figure dans aucun horoscope et le commun des mortels ne sait pas ce que c'est.

     Les étoiles se situent à toutes les distances comme Déneb (dans la constellation du Cygne) à 1 600 AL (années - lumière), les Pléiades à 250 Al et Sirius (dans la constellation du Grand Chien) à 8 AL. Sur la centaine de constellations qui divisent le ciel, comme Andromède, le Serpent, la Coupe ou le Corbeau dans l'hémisphère nord et la Carène, le Centaure ou le Loup de l'hémisphère sud, certaines se trouvent sur ou à proximité de l'écliptique. Ce sont le Taureau, le Verseau, les Gémeaux, etc... Ces régions permettront de situer le Soleil au cours de l'année. Ces figures très approximatives et qui ne représentent rien, furent baptisées Taureau, Sagittaire, Poissons, etc... Ainsi, lorsque le Soleil est au zénith dans l'hémisphère nord, les babyloniens disaient que le Soleil se trouve dans les Gémeaux. Sur le dessin ci-dessous, Jupiter est dans les Gémeaux, Saturne dans le Sagittaire, la Lune dans le Vierge et le Soleil dans les Gémeaux. Mais attention, si la carte des Babyloniens était exacte il y a 4 000 ans, elle est fausse aujourd'hui, car l'axe de rotation de la Terre varie suivant une période de 26 000 ans. C'est la précession des équinoxes. D'une année à l'autre, le Soleil ne passe jamais au même point à l'équinoxe de printemps (point vernal). Donc le 0° se décale d'une constellation tous les 2 140 ans. Il était à la limite Poissons - Bélier au temps des Grecs anciens, aujourd'hui il est entre les Poissons et le Verseau. Ne pas oublier que les appellations servent seulement à se repérer sur la voûte céleste. Les figures virtuelles sont produites à partir d'étoiles situées très loin de nous et à des distances pouvant varier de 1 à 10 000 voire plus, selon les moyens d'observations.

   La carte sur fond noir, ci-dessus, montre le ciel sur les 360° que représentent une année et correspond au parcours du Soleil sur son orbite, vu de la Terre.  Ainsi, la Lune qui se trouve à 380 000 km (un peu plus de 1 seconde-lumière) est confondue avec le Soleil qui se trouve à 150 000 000 km (8 mnl - minutes - lumières),tout comme Saturne, 10 fois plus éloigné, à 1,5 milliards de km (80 mnl) et aussi Pluton à 6 milliards de km (presque 6 heures-lumières).  Déneb (Cygne) est à 1 600 Al, Bételgeuse (Orion) est à 520 Al, Sirius à 8,6 Al et Antarès (Scorpion) à 520 Al. Antarès est une étoile énorme (700 fois le Soleil), comparée à notre petite étoile, le Soleil. Mais cette carte, en 2 dimensions (largeur, hauteur), n'est pas représentative de la réalité. Il manque la 3e dimension (profondeur). Or, c'est la plus intéressante. Le dessin à gauche montre une vue de dessus du Système solaire avec le découpage du zodiaque centré sur la Terre. Cette représentation met en valeur une évidence, elle est fausse, car centrée sur la Terre, la durée de traversée d'une constellation n'est pas la même en été qu'en hiver. Ce détail n'apparaît pas sur un plan en 2 dimensions où les durées sont synchronisées sur les mois.  Toujours sur le dessin à gauche, le Système solaire est représenté à un jour donné et donne une idée de l'écart entre les objets et aussi sur la manière dont ils sont vus depuis la Terre. Ainsi, ceux qui se trouvent, vus de la Terre, du côté du Soleil sont en plein jour, donc invisibles. Nous pouvons dire beaucoup de choses sur ce dessin. Tout d'abord, la ligne 2 h et 14 h sépare, sur Terre, le jour de la nuit. Nous verrons donc, de nuit, la Lune dans la Vierge à l'Ouest au coucher. Mars qui se trouve dans la Balance, sera visible dans le première partie de la nuit. Saturne dans le Sagittaire, sera visible la nuit. Vénus, dans le Lion, Mercure à la limite Gémeaux - Taureau sont invisibles. Ensuite, le Soleil dans les Gémeaux nous indique que nous sommes en été. Pour ceux qui l'ont déjà admiré, Antarès dans le Scorpion est visible la nuit sous nos latitudes.

    Le tableau donnant l'ascension droite (RA) et la déclinaison (DEC) donne la position de l'objet sur la voûte céleste, donc  sur la carte et permet de situer leur emplacement sur l'écliptique.

4. La rétrogradation

   L'animation des objets sur la carte (Animation des planètes) va vous permettre de visualiser un phénomène qui a longtemps intrigué. Ce mouvement apparent a lieu lorsque la Terre dépasse une planète supérieure, plus lente, donc au moment de l'opposition ou lorsqu'elle est dépassée par une planète inférieure, plus rapide, donc au moment de la conjonction inférieure. Lorsque le mouvement apparent s'inverse, il est marqué par des "stations" au cours desquelles la planète apparaît comme immobile par rapport aux étoiles voisines sur le fond du ciel. La trajectoire apparente est ainsi sinueuse et peut comporter des boucles. Remarquez que Mercure, proche du Soleil, tourne plus rapidement que la Terre autour du Soleil. De ce fait, nous assistons à plusieurs doublements, donc à plusieurs rétrogradations.

  Remarquez que Mercure ne s'écarte jamais beaucoup du Soleil, puisque son orbite en est très proche. Elle tourne autour du Soleil, sur l'animation. Il en n'est de même pour Vénus, mais plus lentement et plus loin, son orbite étant le double de celle de Mercure. Quant à Mars, la rétrogradation s'effectue avec un retard qui augmente chaque année. N'oubliez pas, la sinusoïde mesure 1 an, puisqu'elle correspond à une orbite terrestre. Pour Jupiter, la rétrogradation s'effectue à chaque 1/11 de la sinusoïde, soit ~2 heures, puisque son voyage orbital dure 11 ans. Saturne en 30 ans se sera 1/30, puisque son voyage dure 30 ans, soit un peu moins d'une heure sur la courbe. Le record est pour Pluton qui joue une valse dans la constellation d'Ophiuchus.

5. Analemme ou équation du temps

   Avez-vous déjà observé et admiré un analemme sur la voûte céleste comme celui pris par Vasilij Rumyantsev à l'Observatoire d'Astrophysique de Crimée ? C'est simple: vous devez enregistrer la position du Soleil chaque jour à la même heure (par exemple à midi) et au même endroit pendant toute une année et vous remarquerez que le Soleil suit un chemin étrange: un huit. Vous pourrez noter qu'à l'heure de la mesure, non seulement le Soleil s'est déplacé sur un axe Nord - Sud, selon la saison,  mais aussi sur un axe Est - Ouest. Il n'est pas là où vous l'attendiez. La différence entre l'instant de prise de la mesure indiqué par votre montre et la position du Soleil s'appelle: l'équation du temps. Si vous êtes dans l'hémisphère Nord et le soleil est à l'Est au moment qu' indique votre montre, l'équation du temps est négative. Si le Soleil est à l'Ouest, l'équation du temps est positive. Les points des équinoxes sont presque confondus.

   Pour un jour et une latitude donnés, les heures de lever et de coucher du Soleil sont rigoureusement identiques quelle que soit la longitude du lieu d'observation. En effet, une relation existe entre la position de la Terre sur son orbite autour du Soleil et  le nombre de jours depuis le début de l'année, liés à la rotation terrestre. L'équation du temps est provoquée par l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre sur son orbite (23°26) et la forme de l'ellipse orbitale. La somme de ces 2 effets forme une analemme.  L'analemme,  c'est le parcours annuel du Soleil pris sur la voûte céleste au même instant et sur le même lieu géographique et dont la forme est un huit qui varie légèrement. En fonction de la latitude géographique de l’observateur et de l'heure de prise de vue, cette grande boucle sera différemment inclinée sur l’horizon.  L'emplacement du Soleil sur la voûte céleste varie constamment, lorsque nous l'observons du jour au lendemain. Pendant la première partie de l'année, nous le voyons monter au-dessus de l'horizon, pour atteindre son point culminant au solstice d'été. Ensuite, pendant la deuxième partie de l'année, il redescend pour atteindre son point le plus bas au solstice d'hiver. L'analemme représente le résultat de ces observations du Soleil, à heure fixe, pour un endroit donné au cours d'une année.

   La forme du huit varie au fil du temps à cause de la précession des équinoxes. Effectivement l'axe de rotation n'est pas pointé toujours sur la même étoile. Il oscille sur une période de 26 000 ans et ainsi les boucles du huit sont inversées tous les 13 000 ans. De plus il faut faire intervenir l'excentricité de l'orbite terrestre qui évolue sur une période de plusieurs millions d'années. Et bien sûr le chaos planétaire (Lune et planètes géantes) va modifier l'inclinaison de l'axe et la forme de l'orbite. Naturellement ceci ne s'observe que sur des périodes de temps très longues et non pas sur quelques siècles. Un autre facteur intervient sur la forme de l'analemme, la durée de l'année qui n'est pas entière (365,24... jours). Tous les ans il y a une dérive de ~6 heures, ce qui nécessite d'apporter un recalage tous les 4 ans. C'est l'année bissextile.

  Les heures de lever et de coucher du Soleil sont identiques pour une même latitude, sur tous les points de cette latitude car elles dépendent seulement de l'inclinaison de l'axe de la Terre, qui agit donc sur la déclinaison des objets célestes. Cette déclinaison positive ou négative selon l'hémisphère, vaut 90° aux pôles et 0° à l'équateur. Bien sûr cela influence la durée du jour. Les journées varient sous nos latitudes dans un rapport 8/16 (l'hiver, 8h de jour pour 16h de nuit et l'inverse pour l'été), tandis qu'à l'équateur le rapport est 12/12. C'est ainsi que 2 villes sur le même méridien n'ont pas les mêmes heures de lever ou de coucher, sauf aux équinoxes. Naturellement au-delà des cercles polaires chacun sait qu'en fonction de la saison, il y a 6 mois de jour et 6 mois de nuit. 

Credit & Copyright: Vasilij Rumyantsev (Crimean Astrophysical Obsevatory), Apod

6. Visualisation d'un analemme.

    Aussi étonnant que cela puisse paraître parmi les images connues de l'analemme du Soleil, il n’existe au monde que sept photographies multi-exposées réussies de ce phénomène. Jusqu’en 2002 cette prouesse a été réalisée quatre fois aux Etats-Unis, une fois en Russie, une fois au Danemark et une fois encore en Angleterre.  (Anthony AYIOMAMITIS)

   Si la photo ne vous inspire pas, il y a une autre façon plus facile pour voir cet effet. Cherchez un endroit où le soleil brille à midi tout au long de l'année  (printemps, été, automne et hiver). Placez un bâton d'environ 1 m de long dans le sol, en faisant attention à ne pas le toucher pendant un an. Si vous construisiez un cadran solaire, ce bâton s'appellerait un gnomon. Au premier jour de chaque mois, à la même heure solaire, planter un bâtonnet plus court à l'endroit du sommet de l'ombre projetée du bâton. Il vous faudra ainsi 12 petits bâtonnets au minimum. A la fin de l'année, vos bâtonnets feront un huit sur le sol.