Solstice - Définition et Explications

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Astronomie

Définition

Parmi les nombreuses façons possibles de définir un solstice, la plus immédiate est celle qui lui a donné son nom : il s'agit de l'un des moments où la déclinaison du Soleil sur la sphère céleste semble constante : à ces instants, sa trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) apparente atteint son point (Graphie) le plus haut ou le plus bas par rapport aux étoiles.

L'axe de rotation de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) est incliné par rapport au plan de son orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) d'environ 23° 26' et son orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) reste constante au cours d'une révolution autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de...). En conséquence, pendant une moitié de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), l'hémisphère nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) est plus incliné vers le soleil que l'hémisphère sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre qui s'étend entre l'équateur et le pôle Sud. En astronomie, ce terme désigne la partie du ciel...), avec un maximum vers le 21 juin. Pendant l'autre moitié l'hémisphère sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) est plus incliné que l'hémisphère nord, avec un maximum vers le 22 décembre. Les moments où ces inclinaisons sont maximales sont les solstices.

Au solstice (Le solstice est un événement astronomique qui se produit lorsque la position apparente du Soleil vu de la Terre atteint son extrême méridional ou septentrional.) de juin, la déclinaison du Soleil atteint +23° 26' ; au solstice de décembre, -23° 26'. Le reste de l'année, elle évolue entre ces deux extrêmes.

Le terme de solstice ne décrit que les instants où la déclinaison solaire est maximale ou minimale. Par extension, il est possible de parler de solstice pour désigner les jours pendant lesquels la déclinaison est proche de ces valeurs extrêmes.

Les solstices ne sont pas liés à la distance entre la Terre et le Soleil, variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable peut aussi...) du fait de son excentricité (Cet article décrit l'excentricité en mathématiques et en psychologie.) orbitale : la Terre atteint son aphélie (L'aphélie est le point de l'orbite d'un objet (planète, comète, etc.) où il est le plus éloigné de l' étoile, autour duquel il tourne.) au début juillet et son périhélie (Le périhélie est le point de l'orbite d'un corps céleste (planète, comète, etc.) qui est le plus rapproché du Soleil (grec : helios) autour duquel il tourne.) au début janvier. Cependant, par suite des cycles de Milanković, l'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un autre. Il décrit l'angle entre le plan de l'orbite et le plan...) de l'axe terrestre et son excentricité orbitale évoluent au fil du temps : dans 10 000 ans, le passage au périhélie se produira au même moment que le solstice de juin, et le passage à l'aphélie lors du solstice de décembre.

Hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) du soleil et durée du jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...)

Lors du solstice de juin, le point subsolaire atteint la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre planète), au nord ou au sud de l'équateur.) 23° 26' nord, c'est-à-dire celle du tropique (Les tropiques sont la partie géographique du globe limitée en latitude par les deux tropiques : le tropique du Cancer dans l'hémisphère nord et le tropique du Capricorne dans l'hémisphère sud. Les noms de Cancer et...) du Cancer : l'un des points situés sur ce parallèle perçoit le centre du Soleil exactement au zénith. Lors du solstice de décembre, le point subsolaire atteint la latitude 23° 26' sud, c'est-à-dire celle du tropique du Capricorne.

Les points de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) terrestre situés à la latitude 66,56° nord (c'est-à-dire sur le cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du cercle. Celui-ci étant...) arctique) perçoivent le centre du Soleil juste sur l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien d'autres...) à minuit lors du solstice de juin. La même chose se produit lors du solstice de décembre pour les points du cercle antarctique (L'Antarctique (prononcé [ɑ̃.taʁk.tik] Écouter) est le continent le plus méridional de la Terre. Situé au pôle Sud, il est entouré de...), par 66,56° sud.

Trajectoire solaire

Les diagrammes suivants décrivent de façon schématique la trajectoire apparente du soleil lors des solstices pour différentes latitudes.

Détermination

À la différence des équinoxes, l'heure exacte des solstices n'est pas facile à déterminer. Les variations de la déclinaison solaire deviennent plus petites à mesure que celui-ci s'approche du minimum ou du maximum. Les jours précédant et suivant les solstices, la vitesse (On distingue :) de déclinaison est inférieure à 30 secondes d'arc par jour, moins d'un soixantième du diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur...) angulaire du Soleil. Les différences de déclinaison sont presque imperceptibles à l'aide d'un sextant (Un sextant est un instrument de navigation permettant de relever la hauteur angulaire d’un astre au-dessus de l’horizon. Il est utilisé pour faire le point hors de vue de terre (voir l’article :...) équipé d'un vernier ou à l'aide d'outils plus traditionnels comme un gnomon (Un gnomon est le nom du plus simple cadran solaire : un bâton planté verticalement dans le sol, ou même encore plus simple l'homme lui-même. Il est connu depuis l'antiquité. L'heure peut se...) ou un astrolabe (L'astrolabe (ou Almincantarat, Almicantarat, de l'arabe ???????? : Al-Muqantara) est une double projection plane (le plus souvent une projection polaire) qui...). Les variations dans l'azimut (L’azimut est l'angle horizontal entre la direction d'un objet et une direction de référence.) du lever et du coucher du Soleil sont également difficiles à mesurer à cause des changements dans la réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la vitesse de celle-ci change entre deux...) atmosphérique. Sans l'aide d'outils plus complexes, la précision sur le solstice ne peut être plus petite que 3 à 5 jours.

Ptolémée (Claudius Ptolemaeus (en grec : Κλαύδιος Πτολεμαῖος), communément...) utilisait une méthode basée sur l'interpolation. Elle consistait à mesurer la déclinaison du Soleil à midi sur plusieurs jours avant et après le solstice afin de trouver deux jours non consécutifs possédant la même déclinaison. Le solstice est alors estimé à mi-chemin de ces deux dates. Il a été postulé qu'un intervalle de mesure de 45 jours permet d'atteindre une précision de six heures.

Le solstice peut être déterminé précisément avec un astrolabe, à condition de disposer d'un point intermédiaire -la Lune- visible de nuit (pour pouvoir être positionné de nuit sur la sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les...) céleste) et suffisamment brillant pour être visible de jour (afin de pouvoir recaler la position horaire de la sphère céleste, et positionner le Soleil sur celle-ci). Avec cette double visée, qui revient à déterminer le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) sidéral, il est possible de déterminer le moment où le Soleil passe à 90° du point vernal (Le point vernal, (noté γ ou g), est un des deux points de la sphère céleste où l'équateur céleste et l'écliptique se croisent....) (intersection de l'écliptique (L'écliptique est le grand cercle sur la sphère céleste représentant la trajectoire annuelle du soleil vue de la Terre. Plus précisement, il s'agit de l'intersection de la sphère céleste...) et de l'équateur), avec la précision de la mesure (sensiblement, un jour par degré).

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