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Coordonnées équatoriales
Schéma des coordonnées équatoriales. La Terre est au centre. Le prolongement de son équateur sur la sphère céleste donne l'équateur céleste. De même pour ses pôles nord et sud. L'écliptique est le plan de l'orbite de la Terre. Le cercle horaire, ou méridien de l'étoile considérée, est le grand cercle passant par les pôles et l'étoile elle-même. L'intersection de l'écliptique avec l'équateur céleste définit deux points. Celui pointant dans la constellation des Poissons (théoriquement, c'est le point ascendant d'ouest en est) s'appelle point vernal. À partir de ce point, sur l'équateur terrestre, on mesure l'ascension droite, en heures, minutes et secondes de temps, sur 24 heures. À partir de l'équateur céleste, on mesure la déclinaison, angle mesuré en degrés, minutes et secondes d'arc. Les deux valeurs de l'ascension droite et de la déclinaison, avec en plus l'époque astronomique (comme J2000.0), suffisent à décrire la position d'une étoile dans le ciel.
Dessins et plans, Terre, Terre -- Rotation, Point vernal, Équinoxe de printemps, Nutation, Cônes, Précession, Toupies (jouets)
Mouvement de précession de la Terre
La précession des équinoxes est le lent changement de direction de l'axe de rotation de la Terre. Ce changement de direction est provoqué par le couple qu'exercent les forces de marées de la Lune et du Soleil sur le renflement équatorial de la Terre. Ces forces tendent à amener l'excès de masse présent à l'équateur vers le plan de l'écliptique. La Terre étant en rotation, ces forces ne peuvent changer l'angle entre l'équateur et l'écliptique mais provoquent un déplacement de l'axe de rotation de la Terre dans une direction perpendiculaire à cet axe et au couple. Mis à part les petites perturbations agissant sur ce déplacement (par exemple la nutation), l'axe de la Terre décrit la surface d'un cône ou « entonnoir » à la manière d'une toupie. Ce mouvement aboutit à déplacer l'orientation du pôle Nord parmi les étoiles, en sorte que, au fil des siècles, nous changeons d'étoile polaire. Ce mouvement de l'axe des pôles terrestres entraîne avec lui celui de l'équateur, et de ce fait, le point vernal, ou point équinoxial, précède chaque année sa position antérieure sur l'équateur par rapport à l'écliptique. Pour cette raison ce mouvement est appelé précession des équinoxes. Le point équinoxial effectue de la sorte à reculons un tour complet de l'écliptique en plus ou moins 25 800 années et l'axe de la Terre décrit en ce même temps un cône complet.
Point vernal et coordonnées équatoriales
Sur la sphère céleste, l'équateur et l'écliptique se croisent. Les deux intersections sont appelées des nœuds. Au cours de son mouvement apparent, le Soleil croise ces deux points, l'un en passant de l'hémisphère Nord à l'hémisphère Sud, c'est le nœud descendant ; l'autre en passant de l'hémisphère Sud à l'hémisphère Nord, c'est le nœud ascendant. Ce dernier est le point vernal (noté γ, parfois g), parfois noté point de l'équinoxe vernal ou point de l'équinoxe de printemps. Les références du système de coordonnées équatoriales sont d'une part le méridien passant par le point vernal, il définit le méridien zéro pour la mesure des ascensions droites, et d'autre part l'équateur céleste à partir duquel la déclinaison est mesurée (positivement au-dessus de l'équateur, négativement en dessous). Les coordonnées du point vernal sont l'ascension droite (α) = 0 h (étant situé sur le méridien zéro) et sa déclinaison (δ) est nulle (étant situé sur l'équateur céleste). Le point vernal étant défini comme le croisement de l'écliptique et de l'équateur céleste, il change de position avec les mouvements de précession et de nutation de l'axe de rotation de la Terre. Ces paramètres sont déterminés par l'"International Earth Rotation and Reference Systems Service" (IERS) en combinant les données fournies par un réseau de surveillance mondial. En raison des mouvements du point vernal, ce sont ses coordonnées J2000.0, c'est-à-dire au 1er janvier 2000 à midi UTC, qui servent de référence pour le système de coordonnées équatoriales.
Dessins et plans, Terre -- Rotation, Point vernal, Temps, Mesure du, Équinoxe de printemps, Nutation
Théorie de la nutation
Schéma du mouvement de l'axe d'une planète : R (vert) - Rotation, P - Précession (bleu), N - Nutation en oblique (rouge). S'applique à la Terre. La nutation est un balancement périodique de l'axe de rotation de la Terre autour de sa position moyenne, qui s'ajoute à la précession. Due à l'attraction conjuguée du Soleil et la Lune, la nutation se traduit par une oscillation de l'axe de rotation de la Terre pouvant aller jusqu'à 17,2" (secondes d'arc) avec une période de 18,6 ans, qui est égale à celle de la précession du nœud ascendant de l'orbite lunaire. Le pôle vrai dessine alors autour du pôle moyen une ellipse dont le grand axe mesurant 9,21" est dirigé vers le point vernal. Classiquement, la nutation est décomposée en deux composantes : Nutation en longitude, décrivant l'oscillation du point vernal vrai autour du point vernal moyen et Nutation en obliquité, décrivant l'oscillation de l'équateur vrai autour de l'équateur moyen.