Pratique de l`astrolabe - Association Planetarium Ventoux Provence

Pratique de l’astrolabe : 1
Pour faciliter l’approche de l’astrolabe, nous allons
tout d’abord parler des cartes du ciel réglables. Très
répandues, ces dernières permettent à un observateur de déterminer la portion de ciel étoilé visible
pour n’importe quelle heure et date.
Les quelques lignes qui suivent peuvent paraître rébarbatives au premier abord. Mais être à l’aise avec
les problèmes liés aux heures permet d’exploiter ensuite avec aisance une carte du ciel, un cadran solaire
et un astrolabe.
Pourquoi des dates ? La terre effectue une révolution
annuelle autour du Soleil. L’observateur n’apercevra
pas, par exemple, les mêmes étoiles en été ou en hiver.
L’observateur devra de préférence régler sa carte sur
le temps civil local. Pour cela, il retire à l’heure légale
de sa montre 1 h en hiver et 2 h en été, pour obtenir
l’heure en temps universel (basée sur Greenwich).
S’il ne se situe pas sur ce méridien, il devra tenir
compte d’un écart de 4 minutes de temps par degré
de longitude. Il ajoutera cette correction s’il se situe à
l’est du méridien origine et la retranchera à l’ouest.
Pour plus de précisions, voir le chapitre (Le temps du
Soleil) page 7.
Pourquoi des heures ? La Terre effectue aussi une rotation sur elle-même. L’observateur n’apercevra pas
le même ciel à 22 h et à 02 h. Par contre les heures
cachent quelques subtilités. En effet, il n’est pas la
même heure simultanément en deux lieux qui différent par leur longitude.
Rappelons que la longitude est l’angle au centre (mesuré sur l’équateur) entre le méridien passant par le
lieu et un méridien choisi comme origine (méridien
de Greenwich).
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L’écart entre le premier
d’un mois et le cinq est
inférieur à celui entre
le cinq et le dix. Nous
avons bien quatre intervalles entre le un et le
cinq et cinq intervalles
entre le cinq et le dix.
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Sur l’exemple classique de carte (figure 1), nous découvrons la graduation des dates sous la forme d’un
calendrier (alterné en jaune et brun clair) et la graduation en 24 h (en vert).
Pratique de l’astrolabe : 2
Pour un réglage, il suffit de mettre l’heure trouvée en
face de la date. Par exemple sur la figure 1 :
Le 5 juillet à 23 h 10 min.
En résumé :
1/ Afficher la date revient à tenir compte du mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil.
2/ Afficher une heure revient à tenir compte du mouvement de rotation et la Terre sur elle-même et en
même temps de la longitude du lieu d’observation.
Nous sommes en présence de trois éléments : Une
date puis une heure qui donnent une position instantanée de la voûte étoilée. Il est évident qu’il est
possible de «jongler» avec ces trois éléments. Par
exemple, situer une étoile au sud donne du même
coup une position instantanée de l’ensemble de la
voûte céleste. L’heure de l’événement apparaît alors
en face de la date.
Une fois le réglage effectué, la ligne de l’horizon
(courbe délimitée sur ce modèle par la surface verte
translucide) découvre la portion de ciel visible à
l’instant donné.
Il est aisé de comprendre l’utilité d’une telle carte.
Elle permet de préparer à l’avance une veillée d’observation en indiquant quelles seront les étoiles visibles. Pour l’exemple cité plus haut, les constellations
du Sagittaire et du Scorpion seront visibles au sud,
Pégase à l’est etc... Par contre pour cet instant, il est
inutile de préparer l’observation d’une planète qui se
situerait dans la constellation du Taureau. Cette dernière est sous la ligne de l’horizon.
Pourquoi un tel détour par les cartes du ciel réglables
? tout simplement parce que ces dernières sont les
descendantes de l’astrolabe.
Les premières traces de cet instrument remontent
peut-être à deux grandes figures de l’astronomie antique : Hipparque de Rhodes, astronome et mathématicien grec du II ème siècle avant J-C et Claude Ptolémée, astronome, mathématicien et géographe grec
du II ème siècle de notre ère. Les derniers astrolabes
ont été réalisés (sous des versions plus spécialisées)
jusque au XVIII ème siècle.
Faisons à présent un parallèle entre la carte du ciel
réglable (si facile à utiliser) et l’astrolabe. Nous retrouvons sur les deux schémas (figure 2) les mêmes
repères.
Sur les schémas suivants, c’est un astrolabe simplifié
qui sert de modèle. En général, les graduations sont
de cinq en cinq degrés au-dessus de l’horizon (au lieu
de 10 en 10 comme ici) et l’araignée comporte plus
de 10 étoiles.
Certains éléments changent de nom et de forme mais
le principe demeure : l’astrolabe permet de déterminer la position des astres (relativement à l’horizon
local) pour une heure et une date données ou, inversement, déterminer l’heure pour une date et une
position des astres données.
Les deux principales différences :
La latitude est l’angle au centre (mesuré sur le méridien du lieu) entre l’équateur et le lieu.
1/ L’horizon est tracé sur le fond qui se nomme le
tympan. A l’origine, il était dans une cavité nommée mère. Bien évidemment, le tympan doit être
celui de la latitude de l’observateur. Les astrolabes
possédaient, dans la mère, un empilement de plusieurs tympans de latitudes différentes pour étendre
géographiquement l’usage de l’instrument. Le gros
avantage de l’horizon est, qu’à présent, il possède en
plus un réseau de lignes d’égales hauteurs au-dessus
de l’horizon (les almucantarats) ainsi qu’un réseau
de lignes d’égaux azimuts relativement au nord (au
sud sur les instruments d’époque). Une carte du ciel
réglable permet, au mieux, de déterminer que telle
constellation se situe vers l’est par exemple alors que
l’astrolabe permet de préciser la hauteur apparente
et l’azimut d’une étoile. Sur le tympan apparaît aussi
une ligne - 18° qui permet de fixer l’heure des crépuscules.
Généralement une carte du ciel réglable est tracée
(du moins son horizon) pour une latitude donnée. La
petite carte qui nous sert ici d’exemple est calculée
pour la latitude moyenne de la France.
2/ La carte du ciel proprement dite est devenue le
rète ou araignée, pièce mobile ajourée. On y trouve
un échantillonnage d’étoiles positionnées au bout de
petits index.
Vous avez peut être remarqué que contrairement
aux boussoles, l’est et l’ouest semblent inversés si on
positionne le nord de l’horizon vers le haut. En fait
il s’agit d’une carte du ciel et non du sol. Si cette dernière est tenue face au ciel au dessus de la tête, tout
rentre alors vite dans l’ordre.
Jusqu’à présent, nous avons évoqué un lieu d’observation par sa longitude. Il est facile de comprendre
qu’une personne située à Paris n’observera pas le
même ciel étoilé qu’à Sydney par exemple.
Pratique de l’astrolabe : 3
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L’écliptique est la projection sur la sphère céleste du
plan de l’orbite terrestre. Il représente concrètement
le trajet apparent annuel du Soleil. Il est décentré car
l’axe de rotation de la Terre, matérialisé par l’axe de
l’instrument, est incliné sur ce plan de l’écliptique.
Sa graduation est de 5 en 5 degrés de longitude écliptique.
Pour augmenter la précision, on peut apporter une
correction dans le cycle quadriennal du calendrier
grégorien (un jour supplémentaire à introduire entre le 28 février à 24 h et le 29 février à 0 h pour les
années bissextiles) plus la fraction de jour écoulée.
Ces dernières remarques ne se justifient que pour des
instruments de grande taille.
Pour le reste, vous retrouvez les deux principales
graduations : calendrier et heures.
L’usage de l’astrolabe est donc très simple. Il suffit,
par exemple, de positionner l’index d’une étoile sur
l’horizon est pour lire en face de la date l’heure de
son lever (en tenant compte, comme pour la carte
du ciel, des corrections d’heures). Vous pouvez aussi
procéder de même avec une position du Soleil le long
de l’écliptique.
La rotation du rète simule le mouvement apparent
des astres. Pour explorer les nombreuses possibilités
de l’astrolabe, nous allons imaginer un point de cette
sphère céleste simplifiée. Prenons pour exemple un
point de l’écliptique correspondant à la position du
Soleil pour un jour donné. Lorsqu’on fait tourner le
rète, ce point va décrire, sur le tympan, un cercle
concentrique à l’axe des pôles (en bleu sur la figure
3).
Il est tentant de déterminer la position du Soleil sur
l’écliptique à partir du calendrier à l’aide de l’ostensor. Le résultat obtenu ainsi est la position du Soleil
moyen. Pour une détermination de l’heure de jour,
c’est la position du Soleil vrai qu’il faut afficher sur
l’écliptique (vous pouvez obtenir la longitude écliptique du Soleil en consultant des éphémérides). La
lecture de l’heure s’effectue toujours sur le calendrier moyen, ce qui permet de ne pas tenir compte
de l’équation du temps.
Chaque fois que ce point passe par une ligne du tympan, un événement se produit. A chaque position
du point est rattaché un rayon qui permet de lire
l’heure de l’événement. Attention, normalement,
on recherche l’heure en regard de la date prise sur
le calendrier du rète (ce dernier a été retiré sur le
croquis pour mieux voir la trajectoire du point sur
le tympan). Cette date tombe approximativement en
face du point lorsqu’il s’agit du Soleil (l’équation du
temps peut entraîner un décalage) mais peut être diamétralement opposée dans le cas des étoiles.
Pratique de l’astrolabe : 4
- Entre les positions 9 et 1, le Soleil ne franchit aucune ligne caractéristique.
- A la position 1, le Soleil est sur la ligne - 18°. La nuit
astronomique se termine, le rayon indique l’heure de
cet événement, environ 3 h 28 min.
- A la position 2, le Soleil se lève, l’heure indiquée est
environ 5 h 18 min.
- La même position 2 indique un azimut de lever
d’environ 75°.
- A la position 3, le Soleil passe au premier vertical à
environ 6 h 44 min.
- A la position 4, le Soleil se situe 30° au-dessus de
l’horizon à environ 8 h 7 min.
- A la position 5, le Soleil culmine sur le méridien.
Selon la date, donc la valeur de l’équation du temps,
l’heure affichée, peut différer de plusieurs minutes
(maximum 16) relativement au midi. Sa hauteur audessus de l’horizon est d’environ 57°.
- Les points 6, 7, 8 et 9 correspondent aux mêmes
événements côté ouest (sauf pour le coucher).
La mesure de toute hauteur directement dans le ciel
permet donc une détermination de l’heure.
Le même processus se déroule pour une quelconque
étoile, mais alors les notions de jour, de nuit et de
crépuscule n’ont aucune signification.
Les différences des heures lues entre les points :
- 2 et 8 donne la durée du jour.
- 8 et 2 donne la durée de la nuit.
- 9 et 1 donne la durée de la nuit astronomique.
- 8 et 9 ou 1 et 2 donne la durée du crépuscule.
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Tropique du cancer
Tropique du capricorne
Pratique de l’astrolabe : 5
Dans la pratique il est bien entendu que :
deux pinnules trouées permet d’effectuer des visées
de hauteur apparente (ou distance zénithale pour le
Soleil).
1/ L’heure affichée est en U.T. et il est tenu compte
de la longitude. L’heure trouvée est en temps civil local et il sera tenu compte de la longitude pour obtenir
l’heure U.T.
2/ Pour un travail avec le Soleil, c’est sa longitude
qui permet de le situer sur l’écliptique. Sinon il faut
tenir compte de la valeur de l’équation du temps pour
le jour d’observation.
3/ La latitude du tympan est bien celle du lieu d’observation.
Si on confronte les résultats obtenus avec des calculs,
l’erreur ne dépasse guère quelques minutes.
On opère en visée directe pour les étoiles ou en projetant le rai de lumière du premier trou sur le second
pour le Soleil. La lecture s’effectue sur les deux quarts
de graduations qui occupent la partie supérieure du
limbe.
Le carré des ombres (avec un report des graduations
sur le demi limbe-inférieur) correspond en fait aux
tangentes et cotangentes et permettait de déterminer
la hauteur d’un édifice par son ombre portée ou de
déterminer la distance d’un repère à partir d’une base
connue.
L’utilisateur doit tenir compte du fait que la précision varie notablement selon l’azimut ou la hauteur
de l’astre considéré.
Hauteurs apparentes
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Figure 4
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Au dos de l’instrument se trouvait traditionnellement
un calendrier zodiacal qui ne se justifie pas ici car un
calendrier moyen se trouve sur la face. Ce choix est
dicté par une plus grande facilité d’utilisation.
Le dos (figure 4) est muni de l’alidade qui avec ses
10
6
Heures inégales
3
Sur le tympan se trouve aussi (en rouge) un réseau de domification qui permet de déterminer
les maisons astrologiques.
Le tracé est ici celui selon Régiomontanus (cas
le plus fréquent sur les astrolabes). Quelle que
soit la technique utilisée, Placidius, Campanus...
l’horizon et le méridien demeurent communs,
donc rien ne change au niveau de l’ascendant,
de l’occident, des milieux et fond de ciel. A
une position donnée, le réseau va indiquer les
cuspides des maisons du zodiaque. Sur certains
modèles d’astrolabes, une correspondance signe et longitude écliptique se trouve autour de
la rose des vents au dos.
A condition d’avoir le tympan de la bonne latitude,
un simple réglage de l’heure locale de naissance face
à la date permet d’obtenir l’ascendant et la domification d’un thème. En fait, l’instrument ne fait que déterminer une position apparente actuelle de la voûte
étoilée qui différera de la position traditionnelle.
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Par exemple, pour descendre des cercles de
hauteur 30° à 20° (figure 3). A un point suivant
l’arc (A) correspond un secteur de 2 h 38 min,
alors qu’à un point suivant l’arc (B) correspond
un secteur de 1 h.
Une approximation de 1° sur la hauteur mesurée entraîne une erreur sur la lecture de l’heure
nettement supérieure dans le cas de l’arc (A).
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La graduation des heures inégales permettait de
trouver l’heure dans ce système. Les heures inégales,
dites aussi temporaires, correspondaient à un découpage régulier dans les intervalles du lever et du coucher du Soleil. Elles étaient donc de durées inégales
en fonction de la saison.
Pratique de l’astrolabe : 6
Si vous désirez de plus amples informations ou des
conseils d’utilisation, vous pouvez nous contacter :
La carte, (figure 5) permet de situer dans le ciel les
étoiles les moins connues.
Planétarium Ventoux - Provence
Sur notre site : www.planetarium-provence.com
Par mail : [email protected]
Par téléphone : 06 30 56 23 07
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Planétarium Ventoux-Provence
www.planetarium-provence.com
Pratique de l’astrolabe : 7
Le temps du Soleil
1/ Le temps solaire vrai est basé sur la position variable du Soleil pendant la journée. En particulier, «midi
vrai» (0 heure) marque l’instant où le Soleil est au
plus haut de la journée.
2/ Le temps solaire moyen, est le temps solaire vrai,
corrigé de ses irrégularités, dues au fait que la Terre
décrit une ellipse dans un plan incliné sur l’équateur.
La somme de deux effets conduit à une correction
nommée «équation du temps».
Le temps solaire moyen = temps solaire vrai
+ équation du temps.
A midi vrai, le temps solaire moyen sera donc d’environ + 13,6 min en début février, et environ - 16,4 min
en début novembre.
Pour éviter que le changement de date se fasse à midi
en plein jour, on a introduit le temps solaire civil =
temps solaire moyen + 12 heures (donc midi se passe
vers 12 h et non 0 h).
3/ Le temps universel permet d’unifier le temps sur la
Terre. En effet, les temps vrai, moyen, civil, sont
des temps locaux, correspondant à l’observation du
Soleil depuis un certain lieu. Or, il n’est pas midi
en même temps à Paris et à New York. On a donc
défini un temps «origine», appelé «temps universel»
(U.T.) : c’est le temps civil de Greenwich. Pour relier
le temps civil local au U.T. , il faut le corriger de la
longitude.
4/ Le temps légal (celui de nos montres) est égal au
U.T. auquel on a ajouté 1 h en hiver et 2 h en été.
La figure 6 récapitule de façon synthétique les opérations à effectuer pour obtenir l’heure correspondant
à chaque usage.
La flèche de gauche dirigée vers le bas visualise le
déroulement des opérations entre l’heure de la montre et celle d’un cadran solaire. Les signes indiquent
les sens de correction. La longitude est à lire sur une
carte ou un atlas. Pour la correction de l’équation
du temps, la date de l’observation est à prendre en
compte.
La flèche de droite décrit le scénario pour obtenir
l’heure de la montre à partir de celle lue sur un cadran solaire.
Temps légal (heure de la montre).
-
Figure 6
+
2 heures en été,
1 heure en hiver.
Temps universel (U.T.).
Longitude :
- Ouest
+ Est
+ Ouest
- Est
différence de 4 minutes de
temps par degré de longitude.
Temps civil (local).
Utilisé sur les cartes du ciel et astrolabes.
15
+
Jan Fev Mar Avr Mai Juin Juil Aou Sep Oct Nov Dec
15
10
10
5
5
0
0
5
5
10
10
15
15
Temps solaire vrai (local).
Heure lue sur les cadrans solaires.
+
-