[ASTRONOMIE] Solstices et équinoxes

20 juin 2013 dans Culture scientifique, Vers la science

Bonjour ! Ici la Terre. Vous savez ? Votre planète préférée :-)

Quand j’étais petite (je vous parle d’un temps que les moins de quelques milliards d’ans ne peuvent pas connaître), Soleil m’appelait son « petit culbuto ». Faut dire aussi que j’ai décidé de m’incliner un peu par rapport au plan de l’écliptique.

Ah mince, premier gros mot. Bon. Ne partez pas tout de suite, je vous explique. Le plan de l’écliptique… C’est très simple. Prenez une orange. Posez-la sur une feuille de papier rigide posée sur une table. L’orange, c’est Soleil. Maintenant, coupez l’orange en deux parties bien égales mais parallèlement à la table, donc à l’horizontale. Vous avez donc deux moitiés d’orange. Soulevez la moitié du haut et glissez la feuille rigide entre les deux moitiés. Reposez la moitié du haut. La feuille rigide, qui passe par le milieu de l’orange et est parallèle à la table, c’est le plan de l’écliptique.

En gros, le plan de l’écliptique, c’est une surface plane imaginaire en deux dimensions qui passe par l’équateur de Soleil, quoi. Le dessin ci-dessous a des flèches un peu bizarres dans tous les sens mais c’est l’idée. Et c’est surtout le plan sur lequel j’orbite (le centre de mon noyau n’en bouge jamais, je ne vais ni au-dessus ni en dessous.)

Image de Philippe Saadé. Lien vers l'article original en fin de billet.

Et donc, comme on peut le voir sur l’image ci-dessus, le plan de mon équateur est de traviole par rapport au plan de l’équateur de Soleil (j’en voulais un rien qu’à moi, que voulez-vous). J’ai culbuté légèrement sur le côté pour devenir inclinée à environ 23° (c’est pas mal représenté par la flèche a qui part de traviole – donc).

Soleil m’appelait « petit culbuto » dans mes jeunes années à cause de ces 23°. Mais il a vite arrêté quand il s’est rendu compte qu’Uranus a voulu faire son malin en se renversant quasiment complètement : il est incliné à plus de 90°. Un astre chelou, Uranus. Il savait pas comment attirer l’attention. (Ne le dites pas que je vous l’ai dit, mais Soleil pense qu’Uranus a tellement mauvais caractère que ça le faisait marrer de ne lui montrer que ses culs pôles.)

Crédit : Lawrence Sromovsky, (Univ. Wisconsin-Madison), Keck Observatory

Mais nous y voilà : quel rapport entre l’inclinaison que nous, planètes, pouvons avoir par rapport au plan de l’écliptique (Mercure n’est quasiment pas inclinée par exemple), le fait de plus ou moins montrer nos pôles à Soleil, les solstices et les équinoxes ?

C’est très simple, en fait.

Vous vous souvenez de l’orange ? Imaginez maintenant que je sois une pomme qui tourne autour de cette orange. Le pédoncule (la petite queue de la pomme, faites un effort, un peu) représente mon pôle Nord et à l’opposé, la mouche (le petit zigouigoui en dessous, FAITES UN EFFORT, ON A DIT) représente mon pôle Sud.

Inclinez la pomme de telle manière à ce que le pédoncule suive la direction de la flèche a du premier schéma. Vous avez à peu près reproduit mon inclinaison d’environ 23°. (Sur le schéma ci-dessous, la pomme est exactement inclinée à 23°).

Soleil, plan de l'écliptique, moi. Je débute en Photoshop. Et c'est pas à l'échelle, hein !

Maintenant, en faisant bien attention à garder l’inclinaison de 23° et de garder le centre du noyau au niveau du plan de l’écliptique, faites tourner la pomme autour de l’orange.

Par exemple, là, au début sur le schéma ci-dessus, j’ai le pôle Sud tourné à fond vers Soleil. C’est le solstice d’été pour l’hémisphère sud et le solstice d’hiver pour l’hémisphère nord. Et puis comme je tourne autour de Soleil, ben six mois après, c’est le pôle Nord qui est tourné à fond vers lui. C’est donc le solstice d’hiver pour l’hémisphère sud et le solstice d’été pour l’hémisphère nord.

Et puis ben les équinoxes, c’est ce qu’il y a pile entre les deux solstices, quand ni le pôle Nord ni le pôle Sud n’est tourné vers Soleil. C’est plus clair avec le schéma ci-dessous.

Solstices, équinoxes et saisons pour l'hémisphère Nord

Récapitulons : les solstices sont les deux moments dans l’année où l’un ou l’autre pôle se trouve exactement en face de Soleil. Les équinoxes sont les moments où ni l’un ni l’autre le « regarde ». En gros, les solstices sont les moments où je lui montre mes pôles et les équinoxes sont les moments où je suis de profil.

Simple, non ? Bon, corsons un peu.

D’après le schéma ci-dessus, donc, on voit que c’est l’été pour l’hémisphère nord alors que je suis à l’endroit le plus éloigné de Soleil (mon aphélie). Erreur ? Paradoxe ? Pas du tout. Ce qui compte, ce n’est pas la taille du rayon de Soleil qui m’atteint, c’est la manière dont il m’atteint.

Image de Przemyslaw "Blueshade" Idzkiewicz (francisée par Idarvol)

En fait, il y a deux raisons qui expliquent pourquoi la saison chaude advient dans l’hémisphère nord au moment où je suis la plus éloignée de Soleil.

- Lorsque j’ai le pôle Nord tourné vers Soleil, ses rayons m’atteignent selon un angle plus direct. Le faisceau lumineux en jeu se concentre donc sur une plus petite surface, ce qui la chauffe plus – et hop ! ce sont les beaux jours.

Voyez le schéma ci-dessous. Il ne correspond à rien de réel, mais imaginez que la « planète » se penche vers les faisceaux lumineux comme le pôle Nord le fait lors du solstice d’été vers Soleil… Le faisceau le plus direct, celui que l’on voit à l’équateur, se « déplacera » vers le nord…

Et le faisceau du haut se déplacera vers le pôle Nord. Pour comprendre pourquoi ça chauffe plus quand il y a une plus petite surface, imaginez qu’on donne un échantillon de peinture jaune à une fille et à un garçon. On demande à la fille de peindre le mur d’une toute petite pièce et au garçon le mur d’une très grande pièce. Avec le même échantillon de peinture, la fille aura alors une pièce jaune vif et le garçon jaune pâle parce qu’il aura dû diluer son échantillon à l’extrême. C’est exactement le même principe avec l’énergie : elle se concentre d’autant plus (et donc chauffe plus) lorsque la surface est petite.

Quand le pôle Nord est orienté vers Soleil, ses faisceaux concentrent donc leur énergie sur de plus petites surfaces grâce à l’angle auquel ils m’atteignent au nord.

- Deuxième raison pour laquelle c’est l’été dans l’hémisphère nord alors que je me trouve très éloignée de Soleil : la longueur du jour. Pas de la journée, qui dure toujours 24 heures, hein – mais le jour par opposition à la nuit.

Regardez ce schéma à nouveau.

Image de Przemyslaw "Blueshade" Idzkiewicz (francisée par Idarvol)

Vous voyez ? Regardez la distance de jour qu’il y a entre la côte russo-chinoise et la côté Ouest du Canada que l’on devine de l’autre côté… Elle est immense. En fait, puisque ce schéma représente le solstice d’été de l’hémisphère nord, il montre la journée où le jour dure le plus longtemps (environ 15-16 heures selon les endroits).

Il y a donc beaucoup plus de surface de jour et beaucoup moins de surface de nuit dans l’hémisphère nord quand le pôle Nord est tourné vers Soleil : il nous éclaire (et nous chauffe) donc plus longtemps. On voit très bien aussi sur ce schéma pourquoi le pôle Nord n’a pas de nuit pendant plusieurs semaines lors de l’été ! On ne peut pas à la fois vouloir se montrer en entier à Soleil et avoir de l’obscurité, hein.

Voilà !

Aujourd’hui, c’est donc le solstice d’été pour mes habitants de l’hémisphère nord et le solstice d’hiver pour mes habitants de l’hémisphère sud.

Joyeux solstices à vous tous ! Et prenez soin de moi…

Sources :
Variations de l’éclairement de la Terre selon les saisons
A sharper view of a tilted planet
Equinoxe
La planète Terre et son environnement
Page Wikipédia du solstice
Page Wikipédia de l’écliptique

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