Qu’est-ce que l’écliptique ?

L’écliptique est à l’origine un cercle qui marque la trajectoire du mouvement du Soleil dans le ciel de la Terre.

L’écliptique dans l’Antiquité

Depuis l’Antiquité, l’homme observe le ciel avec un grand intérêt. Les connaissances scientifiques des peuples anciens étaient extrêmement fragmentaires, ce qui explique que les peuples primitifs aient fortement développé une croyance dans les forces surnaturelles, l’idée que les forces de la nature sur terre et dans le ciel sont contrôlées par des êtres supérieurs (dieux). Des images de corps célestes tels que le soleil, la lune et des étoiles brillantes (y compris d’éventuelles supernovae) sont souvent présentes dans les peintures rupestres des peuples primitifs. Dans ces dessins de l’âge de la pierre et du bronze, le Soleil est souvent représenté sous la forme d’un disque, d’un disque avec un point, d’un disque avec des rayons divergents ou d’une croix entourée d’un cercle. En outre, la connaissance des objets du ciel simplifiait l’orientation des peuples anciens sur le terrain. Avec le passage de la civilisation humaine de la chasse et de la cueillette à l’agriculture et à l’élevage, le besoin de créer des calendriers s’est fait sentir. L’homme avait besoin de savoir quand effectuer les différents travaux agricoles, par exemple les semailles ou la moisson. Depuis l’Antiquité, l’homme a remarqué que le temps est soumis à des changements cycliques — par exemple, l’hiver remplace l’été, etc. D’autre part, les premières civilisations agricoles sont apparues dans les vallées des grands fleuves (Nil, Euphrate, Tigre, Indus, Gange, Huang He et Yangtze). Les premières civilisations agricoles utilisaient activement un système de canaux d’irrigation pour irriguer leurs champs. Chaque année, le niveau d’eau de ces fleuves connaissait des fluctuations cycliques. Pour résoudre le problème de la prévision des conditions météorologiques et du moment du débordement des fleuves, les éléments suivants se sont avérés très utiles

Les pierres les plus remarquables de Stonehenge sont situées de manière optimale pour observer le lever et le coucher du soleil au solstice d’hiver. D’autre part, il a été noté que les pierres de l’ancienne structure n’ont pas été placées au hasard pour observer le soleil le jour du solstice d’hiver — le moment où la durée maximale de la période sombre de la journée et la durée minimale de la période lumineuse de la journée sont les plus importantes.

D’autre part, on constate que les trous dans les pierres de Stonehenge ont été placés de manière non aléatoire pour observer les couchers de lune à l’heure de la distance maximale par rapport à la trajectoire du soleil (écliptique). Ces événements sont appelés «Lune supérieure» et «Lune inférieure». Lors de ces événements, la Lune s’éloigne de l’écliptique d’environ 5 degrés. Ces événements sont dus au fait que les orbites de la Lune diffèrent l’une de l’autre de 5,1 degrés.

Les jours où la Lune traverse l’écliptique, il y a possibilité d’éclipses lunaires et solaires. Dans le premier cas, la Lune est éclipsée par l’ombre de la Terre sur le Soleil ; dans le second cas, le disque du Soleil est recouvert par le disque de la Lune. L’astronome britannique Gerald Hawkins (1928-2003) a montré que Stonehenge pouvait même être utilisé pour prédire le début des éclipses solaires et lunaires. Il en veut pour preuve la découverte des «trous d’Aubrey». Ces trous ont été découverts pour la première fois par l’archéologue anglais John Aubrey dans la seconde moitié du XVIIe siècle. Le nombre de trous découverts est de 56. Ce nombre est très proche de ce que l’on appelle l’exeligmos, qui est l’intervalle de temps après lequel les éclipses de lune et de soleil se reproduisent dans des conditions de visibilité à peu près identiques. La valeur exacte de l’exeligmos est de 54 ans. Bien qu’en raison des perturbations gravitationnelles constantes dans le système solaire, les éclipses solaires et lunaires ne se répètent pas de manière absolument exacte, il est probable que les prêtres de l’Antiquité utilisaient activement les prévisions d’éclipses solaires et lunaires pour manipuler l’opinion publique. Des informations indiquent que les Babyloniens et les Grecs de l’Antiquité pouvaient prédire les éclipses. En particulier, l’étude du mécanisme d’Antikythera a montré que parmi les cycles de ses engrenages, il y a un cycle de 223 mois lunaires. Si l’on triple cette période de temps, elle sera exactement égale à exeligos.

Diagramme des effets des cycles de Milankovitch dans le temps

L’axe de rotation de la Terre est incliné d’environ 24 degrés par rapport à l’écliptique. En raison de cette inclinaison, la Terre connaît un changement constant des saisons de l’équateur aux pôles. D’autre part, l’axe de rotation de la Terre n’est pas rigidement fixé dans l’espace, il subit plusieurs types d’oscillations périodiques dues à des perturbations gravitationnelles provenant d’autres objets du système solaire. Ces oscillations sont à la fois de l’ordre de la dizaine de milliers d’années (précession avec une période de 26 000 ans) et de quelques dizaines d’années (nutation avec une période de 19 ans). La première oscillation a été découverte par l’astronome grec Hipparque, la seconde par l’astronome anglais James Bradley en 1728. Ces oscillations de l’axe de la Terre provoquent un léger décalage de la position du Soleil par rapport à l’écliptique pour l’observateur terrestre. En 1932-1934, l’astrophysicien serbe Milutin Milankovic (1879-1958) a commencé à étudier des cycles plus longs. Ces cycles sont aujourd’hui connus sous le nom de cycles de Milankovitch.

Les théoriciens suggèrent que les cycles de Milankovitch, d’une durée de 100 000 ans, pourraient être à l’origine des périodes glaciaires qui se sont succédé sur Terre au cours du dernier million d’années. La signification physique de ces cycles est que, pendant certains millénaires, les hémisphères nord ou sud reçoivent un peu plus ou un peu moins de lumière solaire. Lorsque l’hémisphère nord connaît un déficit énergétique, il entame le processus d’accumulation de la glace polaire (l’hémisphère nord comprend plus de terres que l’hémisphère sud).

Zodiaque

Dans l’Antiquité, les connaissances scientifiques étant extrêmement rares, les gens tentaient souvent d’expliquer des phénomènes incompréhensibles par l’influence de dieux ou de forces divines. L’une de ces superstitions consistait à essayer de prédire le destin d’une personne en fonction de sa date de naissance. Comme la distance réelle des étoiles est restée un mystère jusqu’au 19e siècle, un mythe est apparu dans l’Antiquité selon lequel la position des étoiles dans le ciel n’est pas aléatoire. En relation avec ce mythe, les gens ont essayé de réunir les étoiles brillantes dans le ciel en certaines constellations, ce qui leur conférait une signification mystique particulière. Les anciens attachaient une importance particulière aux constellations situées sur l’écliptique. Ces constellations étaient appelées constellations zodiacales. L’écliptique est divisé en 12 constellations — en fonction du nombre de mois dans une année ou du nombre de révolutions de la Lune autour de la Terre au cours d’une année. On pense que les noms des constellations zodiacales ont été donnés par les Grecs de l’Antiquité.

Pendant longtemps, les constellations zodiacales ont été activement utilisées pour prédire le destin de personnes ou même d’États entiers (la position du soleil dans une certaine constellation au moment de la naissance ou lors d’autres événements importants était considérée comme le point de référence). Plus tard, comme pour se moquer de ces superstitions, les astronomes professionnels ont ajouté en 1930, dans la division finale du ciel en constellations, la 13e constellation zodiacale, la Serpentine (le Soleil la traverse approximativement entre le 30 novembre et le 17 décembre).

Outre les points de solstice d’hiver et d’été, il existe des points d’équinoxe de printemps et d’automne. Ces points marquent le moment où les heures de clarté sont égales aux heures de clarté nocturne — approximativement du 20 au 21 mars et du 22 au 23 septembre. D’autre part, ces points représentent le moment où le soleil traverse l’équateur céleste. En raison de la précession, ces points subissent une migration constante le long de l’écliptique (au cours des deux derniers millénaires, ils se sont déplacés de 20 degrés). Ainsi, au début de notre ère, le point de l’équinoxe de printemps était situé dans la constellation zodiacale du Bélier ; aujourd’hui, il s’est déplacé dans la constellation des Poissons. De même, le point de l’équinoxe d’automne est passé de la constellation de la Balance à celle de la Vierge.

Plans orbitaux des objets du système solaire

Selon les idées théoriques modernes, le système solaire s’est formé dans un nuage protoplanétaire de gaz et de poussières. Par conséquent, à l’origine, la plupart des orbites des objets formés dans le système solaire étaient dans un seul plan. La seule exception concerne les orbites des comètes du nuage d’Oort (la plupart des comètes se sont formées dans la nébuleuse protostellaire ou ont été capturées gravitationnellement par le Soleil dans l’espace interstellaire). En particulier, les comètes «extraterrestres» (provenant du milieu interstellaire) se trouvent le plus souvent sur des orbites rétrogrades. Ces orbites sont appelées orbites inversées (rétrogrades). Leur inclinaison est comprise entre 90 et 180 degrés.

Après la formation du système solaire, les orbites des objets du système solaire (planètes, astéroïdes) ont constamment changé en raison des perturbations gravitationnelles constantes entre les objets du système solaire, ainsi que des passages rapprochés des étoiles. En particulier, les orbites sont devenues plus excentriques (moins circulaires) et leur inclinaison a commencé à différer du plan initial du disque protoplanétaire. La différence maximale entre l’inclinaison des planètes du système solaire et l’inclinaison de l’orbite terrestre est observée pour Mercure (7 degrés), et la différence minimale pour Uranus (moins d’un degré).

En particulier, la plus grande planète naine du système solaire (Erida) a une inclinaison orbitale de 44 degrés.

En général, la plupart des orbites des objets du système solaire sont proches de l’écliptique. C’est pourquoi la recherche d’astéroïdes et de comètes géocroiseurs susceptibles d’entrer en collision avec la Terre est pratiquement inexistante à proximité des pôles de l’écliptique.

On suppose que les perturbations gravitationnelles entre les objets du système solaire et les étoiles proches ont non seulement entraîné des changements dans les orbites des objets du système solaire, mais aussi modifié l’inclinaison des axes de rotation des planètes par rapport à la direction perpendiculaire d’origine au plan de l’écliptique. Comme on le sait, l’axe de rotation de la Terre est incliné de 24 degrés par rapport à l’écliptique. Parmi les planètes du système solaire, cette inclinaison est minimale au niveau de Mercure (0,01 degré), et maximale au niveau de Vénus (177 degrés) et d’Uranus (98 degrés). Il est intéressant de noter que l’axe de rotation du Soleil n’est pas strictement perpendiculaire à l’écliptique. Son inclinaison est d’environ 6 degrés. Ces dernières années, des théoriciens expliquent l’existence de cette inclinaison par l’influence de la neuvième planète non découverte, dont la masse est 5 à 10 fois supérieure à la masse de la Terre, et dont la période de circulation est de 10 à 20 mille ans.

Outre les planètes, les astéroïdes et les comètes du système solaire, nous pouvons observer ce que l’on appelle la lumière zodiacale, des amas de poussière situés principalement dans le plan de l’écliptique. Cette lumière est visible à l’œil nu en l’absence d’éclairage nocturne. On pense que ces poussières proviennent de collisions entre astéroïdes. On prévoit que ces poussières ne peuvent pas rester longtemps dans le système solaire car elles sont soufflées par la lumière du soleil.

Inclinaisons orbitales des planètes dans d’autres étoiles

Au cours des dernières décennies, il est devenu possible d’observer des systèmes planétaires extraterrestres dans d’autres étoiles, ainsi que leurs disques protoplanétaires. Les observations actuelles ont montré que presque toutes les étoiles peuvent avoir au moins de petites planètes à une faible distance de l’étoile (à l’intérieur de l’orbite de la Terre). Dans environ six cents cas, des systèmes planétaires avec plusieurs planètes (jusqu’à huit dans le système Kepler-90) ont été découverts. La découverte de systèmes comme Kepler-90 avec huit planètes en transit et TRAPPIST-1 avec sept planètes en transit prouve bien que la plupart des cas d’inclinaison des orbites des exoplanètes sont proches les uns des autres (comme dans le système solaire). D’autre part, une étude détaillée des systèmes planétaires avec des planètes en transit ouvertes a conduit à la découverte de nombreux cas de planètes non en transit. En d’autres termes, ces systèmes sont caractérisés par une grande différence entre les inclinaisons des orbites des exoplanètes.

Orbites planétaires progrades et rétrogrades

D’autre part, les mesures des vitesses radiales des étoiles dont on connaît les planètes en transit permettent de déterminer l’angle entre l’équateur de l’étoile et le plan orbital de la planète en transit (l’effet Rossiter-McLaughlin (RM)). À ce jour, cet effet a été mesuré pour 134 planètes en transit.

Les angles mesurés ont montré que les orbites de la plupart des planètes en transit sont proches du plan équatorial de leur étoile

En même temps, comme le montrent les diagrammes ci-dessus, certaines planètes en transit ont même une rotation rétrograde. Les théoriciens suggèrent que ces orbites inhabituelles sont associées à la présence d’autres objets massifs dans le système (par exemple, des planètes ou des étoiles).

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Date de publication: 12-26-2023

Mettre à jour la date: 12-26-2023