Introduction à l`Astronomie

Université des Sciences et Techniques de Lille
Introduction à l’Astronomie
Alain Vienne
LAL-IMCCE Laboratoire d’Astronomie de Lille
de l’Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides
Lille 1 et Observatoire de Paris, UMR 8028 du CNRS.
janvier 2003

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Table des matières
1 Méthodes et histoire rapide de l’Astronomie 5
1.1 Méthodes générales de l’Astronomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Les distances dans le système solaire et dans l’Univers . . . . . . . . . . 6
1.2.1 unités et échelles de distances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 mesures de distances dans le système solaire . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 mesure de la distance des étoiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Histoire rapide de l’Astronomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.1 période antique (-3000,-1000) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.2 période géocentrique (-1000,1500) . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.3 période héliocentrique (1500,1780) . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.4 la Galaxie (1780,1920) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.5 les autres galaxies (après 1920) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.6 conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Le problème képlérien 17
2.1 Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Résolution du problème de Képler par les intégrales du mouvement . . . 20
2.3 Résolution directe dans le plan de l’orbite . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4 Les mouvements elliptiques, paraboliques et hyperboliques . . . . . . . . 25
2.5 Mouvement sur la trajectoire (cas elliptique) . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.6 Eléments d’orbites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.7 Unités utilisées en astronomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.8 Application du problème des 2-corps : Tremplin gravitationnel . . . . . . 36
3 Coordonnées sur la sphère céleste 41
3.1 Trigonométrie sphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2 Système de coordonnées sur la sphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
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4 TABLE DES MATIÈRES
3.3 Coordonnées locales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4 Mouvement diurne et coordonnées horaires . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.5 Changement de coordonnées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.6 Coordonnées équatoriales et temps sidéral local . . . . . . . . . . . . . . 49
4 Le mouvement du Soleil 51
4.1 Coordonnées écliptiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.2 Première approximation : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.3 Equation du temps : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.3.1 partie due à l’excentricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.3.2 partie due à l’obliquité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3.3 Equation du temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.4 Précession . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Chapitre 1
Méthodes et histoire rapide de
l’Astronomie
1.1 Méthodes générales de l’Astronomie
L’astronomie est une science très ancienne. Son objet, le ciel, est à la fois très proche
et très distant : très proche car il suffit de lever la tête pour l’observer, et très distant
car il n’est pas “palpable”. Cette particularité en a fait longtemps une science à part. Il
n’est pas possible de faire des expériences sur les objets du ciel comme cela peut se faire
avec les objets terrestres. De plus, les très grandes distances à considérer ou, du moins
(avant que ces distances ne soient connues), l’inaccessibilité des objets à étudier, ont pu
donner à l’astronomie un caractère mystérieux quelquefois magique. Cela peut expliquer
ses branches non scientifiques qui lui sont quelques fois associées : astrologie, divinations,
...
L’astronomie, en tant que science, se veut une représentation du monde réel :
Représentation du monde réel
* Lois * une partie observable
cohérentes entres elles
* ’vérifié’ par l’expérience en laboratoire terrestre
Si ces trois points sont acquis, on peut dire que le modèle est scientifiquement va-
lable. Il permet donc d’expliquer, de faire des prédictions et des extrapolations. Une autre
conséquence du schéma présenté est qu’il n’y a pas de vérité scientifique au sens de vérité
absolue.
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