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Club de Découverte des Sciences Astronomiques
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:: Soleil au zénith en 2021

 

LE SOLEIL AU ZÉNITH

 

Il n’est plus besoin de rappeler aux martiniquais que le Soleil passe à l’aplomb de leur tête chaque année, à deux reprises. Une première fois vers la fin avril et une seconde mi-août.

La vérification locale de ce phénomène a été faite il y a plusieurs années lors de manifestations publiques organisées par le CDSA. Il s’agissait de constater, comme l’a fait ERATOSTHENE à SYENE en Égypte, il y a 2.200 ans, que lorsque le Soleil passe au zénith (1) ses rayons tombent à la verticale d’un puits dont le fond reflète alors son disque doré. Cette très vieille expérience, couplée à l’observation de la longueur de l’ombre d’un obélisque situé à ALEXANDRIE, a permis de déterminer le rayon de la terre (6.400 Km) avec une très bonne précision, 200 ans avant J.C. Voir annexe.

 

·         (1) Le zénith est le point imaginaire qui se trouve à l’aplomb d’un observateur, c'est-à-dire exactement au dessus de sa tête. Le point opposé est le nadir.

 

Ce phénomène s’explique en analysant le mouvement de la Terre par rapport au Soleil au cours d’une année.

 


 

Ü  En position 1: HIVER. Solstice d’hiver. Le Soleil n’éclaire jamais le pôle Nord, à aucun moment de la journée

Ü  En position 3: ETE Solstice d’été. Il illumine le pôle Nord.

Les positions 2 et 4 correspondent respectivement aux équinoxes de printemps et d’automne. A l’équinoxe de printemps la Terre est au « point vernal » ou point gamma g.

 

Les astronomes définissent la position des objets célestes par deux coordonnées: l’ascension droite et la déclinaison s’apparentant respectivement à la longitude et à la latitude qui permettent de localiser précisément un point sur notre sphère terrestre. 

Dans le cas des astres la sphère de référence est la voûte céleste dont nous sommes le centre et sur laquelle les étoiles semblent être accrochées. La déclinaison mesure la hauteur (angle) d’un astre (étoile, planète, Soleil, Lune, comète etc.) par rapport au cercle équatorial ou équateur céleste.

 

Alors que la déclinaison d’une étoile peut être considérée comme constante; en effet les étoiles paraissent immobiles les unes par rapport aux autres, il n’en est pas de même de la déclinaison du Soleil qui varie au cours d’une année [1].

C’est d’ailleurs cette variation qui est responsable des saisons définies par les astronomes. Elles ne dépendent en aucune façon de la distance Terre - Soleil.  Pour ce qui est du climat des régions tempérées il faut savoir que cette distance est la plus courte en hiver (147 millions de Km le 3 ou 4 janvier) et la plus grande en été (152 millions de Km vers le 5 ou 6 juillet).

·         La déclinaison du Soleil est nulle le jour de l’équinoxe de printemps: 20 ou 21 mars et le jour de l’équinoxe d’automne: 22 ou 23 septembre. Le Soleil est alors dans le plan équatorial. Il passe au zénith de l’équateur.

·         Elle croît du 20 mars au 21 juin, jour du solstice d’été où elle atteint sa valeur maximum +23°26’.  Le 21 juin le Soleil est à l’aplomb du tropique du CANCER: tous les lieux de la Terre dont la latitude est égale à 23°26’ nord, correspondant à la déclinaison maximum du Soleil.

·         Elle décroît ensuite pour repasser par une valeur nulle en septembre et continue sa décroissance jusqu’à -23°26’ (déclinaison Sud) le 21 ou 22 décembre, jour du solstice d’hiver.  A cette date décembre le Soleil est à l’aplomb du tropique du CAPRICORNE: tous les lieux de la Terre de latitude 23°26’ sud, correspondant à la déclinaison minimum du Soleil.

 

 

Donc entre le 20 mars et le 21 juin, dans sa course ascendante, puis entre le 21 juin et le 22 septembre, dans sa course descendante, la déclinaison du Soleil passera par des valeurs comprises entre +14,4° et 14,9° latitudes extrêmes de la Martinique.  Ci-dessous les passages en 2021

 

On remarquera que le Soleil ne passe jamais au zénith de la France métropolitaine et de l’Europe.

 

 

 

On notera également qu’à midi, en Martinique le Soleil s’observe en regardant vers le nord entre le 28 ou 29 ou 30 avril et le 12 ou13 ou 14 août et vers le sud en dehors de cette période. En métropole, à midi le Soleil est toujours dans la direction du sud. C’est pour cette raison que les terrasses sont généralement orientées vers le Sud pour mieux profiter des rayons du Soleil.

 

 

En s’éloignant de la Martinique le passage du soleil au zénith pourra être observé aux dates indiquées sur le schéma suivant.

 

 

 

LES HEURES DE PASSAGE AU ZENITH

L’attention des lecteurs a été attirée par les heures d’observation du passage du Soleil au zénith.

- En avril il passe à l’aplomb de la MARTINIQUE entre 12h 01mn et 12h 02mn de nos montres.

- En août il faudra attendre 12h 08 mm voir 12h 10 mn

Ce décalage entre avril et août s’explique par ce que les astronomes appellent « l’équation du temps», qui mesure l’écart entre le temps solaire moyen et le temps solaire vrai, ou encore dit autrement la différence entre l’heure de nos montres dont les aiguilles tournent régulièrement d’un mouvement uniforme et l’heure solaire qui est donnée par un gnomon ou un cadran solaire.

Nous donnerons plus d’explication sur les effets induits par cet écart dans un prochain article.

 

E.BIDOUX /C.D.S.A.  avril 2021

Bibliographie: Les constellations du zodiaque de Robert CARDE aux éditions EVEIL. La revue des constellations de la S.A.F Histoire d’étoiles de M.F SERRE et P BOURGE. Méthodes de l’astrophysique L. Gouguenheim  Editions Hachette CNRS

 

Annexe1 . La mesure du rayon de la TERRE par ERATOSTHENE

 

Ératosthène (279 à 195 Av J-C)

Mathématicien, philosophe et astronome grec de l’école d’Alexandrie, naquis à Cyrène et mourut à Alexandrie. Il fut également bibliothécaire de la Grande Bibliothèque d’Alexandrie en Egypte. Alexandrie fut fondée en 330 Av J-C par Alexandre le Grand, et devint sous les Ptolémée le centre artistique et littéraire de l’Orient. Un phare haut de 400 pieds (120 m) éclairait sa rade.

Source  « Les cheveux de Bérénice «  de Denis GUEDJ – Edition du Seuil

 

 

ANNEXE 2.  L’EXPERIENCE DU ZENITH

 

Le calcul montre qu'à 12 h 02 mn le 29 avril, le centre du soleil passe exactement au-dessus de la Martinique. Les ombres portées disparaîtront des communes concernées.

Tous les Martiniquais pourront cependant constater ce phénomène compte tenu du très faible écart géographique entre la position théorique idéale et la leur.

 


Ils pourront le vérifier par une expérience simple. Il suffit de planter verticalement un bâtonnet de 5 à 10 cm de long sur une planchette de 30 cm de côté. A partir de 9 h du matin il faudra pointer régulièrement, au crayon, l'extrémité de l'ombre du bâtonnet, toutes les heures par exemple.

Le dessin obtenu ressemblera à celui représenté ci joint. A midi (12h02mn) l'ombre et le bâtonnet sont confondus. Le soleil est à l'aplomb de nos têtes !

 

 

OBSERVATION DE LA CULMINATION DU SOLEIL EN MARTINIQUE

Les quatre figures ci-dessous représentent la trajectoire du soleil un jour donné, pour deux lieux géographiques différents.

1- Les 29 avril et 13 août pour la Martinique. Le soleil culmine à une hauteur de 90°. Il passe au zénith.

2- Ces mêmes jours, pour un observateur du nord de la France métropolitaine, le soleil atteint, à midi, une hauteur de 54°.

3- Le 21 juin, premier jour de l'été, le soleil a une hauteur de 81° à midi, en Martinique.

4- Pour l'observateur métropolitain le soleil passe ce jour là à sa plus grande hauteur de l'année, soit 63° environ.

Le soleil ne passe jamais au zénith des régions situées hors de la zone intertropical.

 

 

Nous avons effectué une série de relevés, en 1991 et 1995 qui sont commentés ci-dessous.

- Expérience de 1991. Elle permet de mettre en évidence le déplacement de l’ombre au cours d’une journée et le calcul grossier de la latitude du lieu d’observation.

Le relevé, ci-dessous, effectué dans les conditions précisées plus haut, a été réalisé le 20 avril 1991. On constate qu'à cette date le soleil n'est pas passé au zénith de la Martinique. A 12h02mn, heure du passage du soleil au méridien du lieu d'observation, la longueur de l'ombre du bâton, alors minimum, était de 4 min.

On en déduit que le soleil a culminé à une hauteur de 86°,6

Si on connaît la latitude du lieu (14°,7 nord), on obtient la déclinaison du soleil à l'instant de la culmination, soit 14,7-(90-86,6) =11,3.

La valeur exacte de la déclinaison était de 11,5°.

Inversement, connaissant la déclinaison du soleil, on trouve la latitude du lieu, soit 11,5+(90-86,6) =14,9°, pour une valeur exacte de 14,7°.

On constate que la précision des résultats dépend bien évidemment du soin avec lequel les relevés ont été effectués. Dans le cas ci-dessus l'écart de distance entre le lieu réel d'observation et celui donné par l'expérience est de 0,2°, soit environ 22 kilomètres. Cette erreur peut paraître élevée, mais compte tenu des moyens utilisés, elle reste acceptable pour un navigateur perdu sur l’océan !

 

 

 

Précision:

            Une erreur de 1 mm sur la mesure de l’ombre et sur la longueur du bâton crée une imprécision de 20’ environ sur la latitude. Pour une erreur de 2 mm l’imprécision passe à 1/2°.


EMILE BIDOUX - AVRIL 2021



[1]Il en est de même de la déclinaison de la Lune et des planètes (astres errants).

 
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