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Club de Découverte des Sciences Astronomiques
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:: Conjonction - opposition.

 

CONJONCTION ET OPPOSITION DES PLANETES

Vénus en conjonction inférieure le 03 juin 2020


Les positions remarquables des planètes par rapport à la Terre et au Soleil portent les noms d’opposition, de conjonction, d’élongation maximale et de quadrature.

 Les planètes « inférieures » dont les orbites sont situées entre la Terre et le Soleil, c'est-à-dire Mercure et Vénus, sont en conjonction inférieure lorsqu’elles passent devant le Soleil. Elles sont alors à leur distance la plus courte de la terre

[1]. Cependant elles ne brillent pas de leur éclat maximum car elles nous présentent leur face qui n’est pas éclairée par le Soleil.

 Elles sont en conjonction supérieure lorsqu’elles sont « derrière » le Soleil. Notons que les planètes ont des phases comme la Lune.

L’élongation maximale mesure le plus grand écart angulaire de la planète avec le Soleil. Elle est de 27° pour Mercure (que l’on observe toujours au voisinage du coucher ou lever du soleil - voir les graphes de la rubrique « éphémérides annuelles ») et de 46° pour Vénus. Prochaine élongation maximum de Vénus le 24 mars 2020 (-46°) et le 13 août 2020 (+45,8°)

 

Fig. 1


Les planètes supérieures (à partir de la planète Mars) sont en opposition lorsqu’elles sont alignées avec la Terre et le Soleil. Elles sont alors à leur distance minimale de la terre et sont visibles pratiquement toute la nuit.

L’alignement Planète – Soleil – Terre porte le nom de conjonction. Dans ce cas la planète est à sa distance maximale de la Terre et passe derrière le Soleil.
Lorsque l’angle Soleil – Terre – Planète est égal à 90° la planète est en quadrature occidentale ou orientale.

 


 Dates des oppositions et conjonctions pour l’année 2020

 

 Conjonction inférieure de Vénus.

 L’étoile du berger, qui n’est autre que la belle planète Vénus, éclaire notre ciel dès le coucher du Soleil depuis septembre 2019. Elle disparaîtra la dernière semaine de mai 2020 pour briller à nouveau dans les lueurs de l’aube, fin juin.

Après s’être rapprochée de la Terre elle sera dans la direction du Soleil le 03 juin[2]. Ce même jour [3] elle sera à sa plus courte distance de la Terre soit 43 millions de kilomètres.

Lors de la conjonction supérieure du 26 mars 2021 la distance Terre – Vénus sera de 257,8 millions de Kilomètres. La planète sera près de 6 fois plus éloignée de nous qu’en juin 2020.

 Tout comme la Lune, Vénus présente des phases. C’est Galilée qui, en 1610, a découvert ce phénomène confortant le nouveau modèle héliocentrique s’opposant au géocentrisme vieux de plus de 2000 ans.

 

 

Par analogie avec la Lune une conjonction inférieure correspond à une Nouvelle Vénus. C’est à dire que la planète nous présente sa face non éclairée par le Soleil. Les jours qui précédent et suivent la conjonction inférieure Vénus est visible sous forme d’un fin croissant et son éclat apparent diminue sensiblement. Les époques les plus propices pour l’observer sont celles des élongations maximum et des phases gibbeuses.

C’est ainsi que comme le montre le graphique suivant la magnitude[4] de Vénus sera la plus faible, donc sera plus brillante, le 01 mai et le 01 juillet.

 

 

Le transit de Vénus.

 Vénus, de taille comparable à celle de la Terre[5] , fait une révolution autour du Soleil tous les 224,7 jours, mais il faut 584 jours pour retrouver les mêmes configurations par rapport au Soleil et à la Terre. Cette durée porte le nom de révolution synodique.

Pour des raisons de simplification de présentation, sur fig.1, le Soleil, la Terre et les planètes Mercure et Vénus sont dessinées dans le même plan, celui de la feuille de papier. En réalité ce n’est pas le cas, sinon on verrait Vénus s’interposer devant le Soleil à chaque conjonction inférieure. De la même façon il n’y a pas d’éclipse à chaque Pleine Lune et Nouvelle Lune car le plan de l’orbite Lunaire est incliné par rapport au plan de révolution de la Terre autour du Soleil qui porte le nom d’écliptique.

L’inclinaison de l’orbite de Vénus par rapport à l’orbite terrestre (l’écliptique) est de 3,4° [6] .

orbiteVenusv2.jpg

Vu de la Terre l’angle entre Vénus et le Soleil[7], noté « Lat » sur le schéma, est variable et peut atteindre plus de 9°.

Vénus passe devant le Soleil au moment d’une conjonction inférieure et il faut également l’angle ‘Lat’ soit proche de zéro. Dans ce cas on voit un point sombre se déplacer sur le disque solaire. Le transit peut durer jusqu’à 8 heures. Le diamètre apparent de Vénus est d’environ 59 secondes d’arc, soit 30 fois plus petit que le diamètre solaire.

Les passages de Vénus devant le Soleil en juin 2004 et juin 2012 sont repérés sur le schéma. Ils se sont produits lors d’un passage de Vénus au « nœud descendant ». Les prochains passages auront lieu au « nœud ascendant » le 11 décembre 2117 et ensuite le 08 décembre 2125. Ceux qui lisent ces lignes n’ont aucune chance d’observer le spectacle. Pas de regret à avoir pour celui de 2117, même pour les futurs heureux centenaires, car il aura lieu durant la nuit en Martinique.

Les transits de Vénus se répètent tous les 243 ans suivant la séquence suivante : 105,5 ans / 8 ans, / 121,5 ans / 8 ans.

 

 Transit de Mercure le 11 novembre 2019 par David Alexis – Membre du bureau du CDSA

 

 

 Entre 10h25 et 14h05, 5 minutes entre chaque poses (à peu près, à cause des nuages). En théorie, les différents points devraient former une droite, mais le matériel était mal aligné sur l'axe de rotation de la terre.

 

Les photos sont prises avec un petit télescope solaire (PST Coronado) qui ne laisse passer qu'une toute petite fraction de la lumière dans une longueur d'onde particulière (656.3 nm) qui permet de faire ressortir les détails, notamment de la couronne solaire. Ce télescope est monté sur une monture équatoriale (Az-EQ6) qui permet de compenser la rotation de la terre d'où une trajectoire rectiligne.

 Expéditions maritimes et terrestres.

Les observations des passages de Vénus et de Mercure ont fait l’objet de nombreuses expéditions maritimes et terrestres en vue de déterminer la distance de la Terre au Soleil.

En effet depuis Kepler (1571 – 1630) on connaissait les distances relatives des planètes par rapport à la Terre, par exemple que la distance de Vénus est égale à 0,72 fois la distance Terre-Soleil ou 0,72 U.A (Unités Astronomiques). Mais la valeur de cette distance en kilomètres n’était pas connue.

James Grégory (1638-1675) eut l'idée d'utiliser un passage de Vénus devant le Soleil (transit en anglais) pour la calculer.

Halley (1652 – 1742) développe une méthode et lance en 1716 un appel à une mobilisation mondiale des astronomes pour l’observation des prochains passages des planètes inférieures [8] devant le Soleil et notamment celui de Vénus en 1761.

Cette méthode consiste à mesurer la durée du passage de Vénus devant le Soleil en au moins deux points de la Terre à des latitudes fortement éloignées.

Avec la méthode de Delisle (1688-1768) on compare les instants d’observations de 2 contacts identiques (premier ou dernier). Cette méthode ne nécessite pas de suivre la totalité du phénomène et peut donc être appliquée par un plus grand nombre d’observateurs que dans la méthode de Halley. Cependant elle nécessite une connaissance précise de la longitude du lieu d’observation.

 

terrevenus

 

En 1882, la France envoie 6 missions, à Haïti (Callandreau), au Mexique (Bouguet de la Cyre), en Martinique (Tisserand, Bigourdan, Puiseux) en Floride (Colonel Perreire) en Patagonie (Capitaine de Frégate Fleurais). Les Américains, avec Newcomb, observèrent en Afrique du sud (Wellington)

En Martinique, le 6 décembre 1882, le Soleil s’est levé à 06 h 17 m et Vénus à 06 h 19 m. Le passage a pu être observé dans son intégralité entre 10 h 30 et 16h, soit pendant 5 h ½ environ. Au début du passage le Soleil était à une hauteur de 52° au-dessus de l’horizon.

Le schéma représente la trajectoire de Vénus sur le Soleil telle qu’ont pu l’observer les observateurs en Martinique, par projection de l’image du Soleil sur une feuille de papier disposée derrière une lunette d’observation.

 venus1882v2017.jpg

 

Les « transits » de Mercure et Vénus ne sont plus utilisés aujourd’hui pour déterminer la distance Terre-Soleil. A partir de 1960, les mesures sont faites avec des radars, plus précis, et aussi avec les sondes spatiales qui ont permis de mieux connaître les distances dans notre système solaire.

 

La distance Terre-Soleil est variable car l’orbite de la Terre est une ellipse. Ainsi en 2020, elle était de 147.091.000 km le 05 janvier, le Soleil était à sa plus courte distance de la Terre (périgée). Le 4 juillet 2020 le Soleil sera à la distance maximum de la Terre (apogée), soit : 152.095.000 Km.

 Lors de la 28e assemblée générale de l’Union Astronomique Internationale, tenue fin août 2012 à Pékin, l’unité astronomique est définie comme valant exactement 149 597 870 700 mètres. Cette distance est improprement confondue avec la distance moyenne entre la Terre et le Soleil.

 

Un peu de calcul (niveau élémentaire)

REVOLUTION SIDERALE - REVOLUTION SYNODIQUE

   -Les planètes font le tour du Soleil en une durée appelée révolution sidérale

[9]. Si ‘’a’’ est le ½ grand axe de l’orbite de la planète, alors d'après la troisième loi de KEPLER (1571-1630)[10] plus ‘’a’’ est grand plus la période de révolution (T) augmente car a3 / T2 = constante.

 Pour MERCURE la révolution sidérale est de 88 jours et pour PLUTON de 248 années terrestres. De ce fait les vitesses linéaires de parcours décroissent avec la distance de la planète : 48 Km/s pour MERCURE, 30 Km/s pour la Terre et 5 Km/s pour PLUTON.

 - On appelle révolution synodique la période de temps qui ramène une planète dans l'alignement de la Terre et du Soleil : conjonction, opposition.

 Pour une planète inférieure on démontre la relation suivante (voir plus bas):  1/S=1/Tp-1/Tt

  avec S période synodique de la planète,  Tp sa période de révolution sidérale et Tt l'année sidérale terrestre.

  Pour une planète supérieure :  1/S=1/Tt-1/Tp

 

 Démonstration : Pour simplifier les calculs ont supposera que les orbites des planètes sont des cercles.

Cas des planètes inférieures (Mercure et Vénus)

Soit Tt la période de révolution sidérale de la terre (année stellaire = 365,26 j)

Soit Tp la période de révolution sidérale de la planète

On prend comme point de départ une conjonction inférieure La planète est en P1 et la Terre en T1. Au bout du temps t, la planète est en P2, elle a parcouru un arc de cercle d’angle

 P1SP2= 360° x t / Tp

La Terre est en T2 et aura parcouru l’angle T1ST2= 360° x t /Tt

L’écart angulaire Planète – Terre vaut E =360 x t x (1/Tp – 1/Tt)

 

 Il sera égal 360° au bout d’une révolution synodique S,

soit 360 = 360 x S (1/Tp – 1/Tt) soit S = 1 / (1/Tp – 1/Tt)

S = 1 / ((Tt – Tp )/ TpxTt

S = Tp x Tt / (Tt-Tp)

Application numérique  Pour Mercure Tp=88 jours, soit 0,24 année terrestre.

S = 0,24 / (1-0,24),  S = 0,3158  ou  115,4 jours (au lieu de 115,9 – ellipse)

 On constate que l’on connaît la durée de la révolution sidérale dès lors que la durée de la révolution synodique est déterminée et réciproquement.


http://www.cieltropical.com/publication/initiation/conjonction/image004.jpg

 

© E.BIDOUX CDSA



[1][1] Ce n’est pas tout à fait exact. En effet l’orbite d’une planète n’étant pas un cercle parfait mais unes ellipse la conjonction inférieure ne correspond pas exactement au passage au périgée. Ainsi pour Vénus la conjonction inférieure a lieu le 03 juin quelques heures avant son passage au périgée.

[2] En 2020 le diamètre apparent de Vénus est de 58’’ au moment de la conjonction supérieure il sera de seulement 10’’.

 [3] Voir le nota 1

[4] En astronomie, la magnitude est un indicateur de la luminosité ou de l’éclat d'un astre. Elle peut être « apparente » (vue de la Terre) ou « absolue » (éclat intrinsèque indépendant de la distance de l’observateur). Plus elle est petite, voire négative, plus l'astre est lumineux.

La magnitude suit une loi non linéaire mais logarithmique.

Magnitudes apparentes de quelques étoiles: SOLEIL  - 26,7.LUNE – 12,9. Vénus  -4,6 au maximum. SIRIUS  - 1,58. VEGA + 0,14. L’œil humain peut voir les astres jusqu’à la magnitude 6. Une paire de jumelles permet de voir des étoiles de magnitude = 9, une lunette jusqu'à m= 11,5, et les grands télescopes m=20.

Ce sont là des magnitudes visuelles, adaptées à la sensibilité de l'œil humain. L'utilisation de la photographie a conduit à l'introduction de magnitudes dans d'autres domaines de longueurs d'ondes. (La plaque photo est plus sensible au bleu que l'œil). Chaque étoile est donc maintenant définie par sa magnitude dans la bleu B, et dans l'ultra-violet U. Soit par le triplet UBV.

[5] Rayon équatorial de Vénus : 6051 km, rayon équatorial de la Terre : 6378 km.

 [6] Plus précisément cet angle est de – 176,6°, car Vénus à la particularité de tourner sur elle-même dans le sens inverse de celui de toutes les autres planètes du système solaire. Un jour sur Vénus dure 116,75 jours terrestres.

 [7] Cet angle porte le nom de « latitude écliptique géocentrique »

 [8] Mercure et Vénus dont les distances au Soleil sont inférieures à celle de la Terre au Soleil.

[9] La ligne Soleil – Terre est dirigée vers la même étoile du ciel au bout d’une année, en faisant abstraction de la précession des équinoxes découverte par HIPPARQUE en 129 AV J –C, introduisant un léger décalage qui se fait sentir au cours des siècles et a conduit à revoir le calendrier à partir de 1582

 [10] Première loi: Toute planète décrit une ellipse autour du soleil. Le soleil est l'un des deux foyers de cette ellipse.

Deuxième loi: (Loi des aires) Le rayon (r) qui joint la planète au Soleil balaye, en se déplaçant, des aires égales en des temps égaux. C'est à NEWTON (1642-1727) que revient l'honneur d'en avoir donné l'explication par sa loi de la gravitation universelle en 1687, s'appuyant sur les travaux de KEPLER et de GALILEE, inventeur de la lunette (1564-1638)

Troisième loi: Si a est le demi grand axe de l'orbite de la planète autour du soleil et T la durée de la période de révolution, le rapport a3/T2 est une constante pour l'ensemble des planètes du système solaire.



 
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