Sphère céleste: qu’est-ce que c’est et qu’est-ce que cela signifie?

Mais en astronomie, la sphère céleste est une sphère imaginaire qui entoure la Terre et semble tourner autour d’elle d’est en ouest. On considère généralement que la Terre est placée au centre, ce qui permet d’obtenir la sphère céleste géocentrique, qui est à la base du système de coordonnées standard en astronomie. Mais approfondissons le sujet, observons les étoiles et intéressons nous alors, à ce que représente la sphère céleste pour les astronomes.

Qu’est-ce que c’est et qu’entend-on par sphère céleste?

La sphère céleste est en fait une sphère imaginaire de rayon indéfini dont le centre est la planète Terre et sur la surface de laquelle sont projetés tous les astres et corps célestes visibles.

Le concept de sphère céleste a été introduit parce que, au-delà d’une certaine distance, l’être humain est incapable d’évaluer la distance réelle des corps célestes, de sorte qu’ils semblent tous placés à la même distance sur une surface sphérique appelée (écoutez bien): la sphère céleste. Regarder le ciel suffisamment longtemps donne l’impression que les étoiles se déplacent et que la sphère céleste tourne autour de nous. En particulier :

• Dans l’hémisphère nord, il semble que la voûte céleste tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et que seul ce qui est proche de l’étoile polaire boréale (α Ursae Minoris, ou Polaris) reste fixe;
• Dans l’hémisphère sud, en revanche, on a l’impression que la sphère céleste tourne dans le sens des aiguilles d’une montre et que seul ce qui est au voisinage de l’étoile polaire méridionale (σ Octantis) reste fixe.

Il faut cependant préciser que le mouvement des étoiles sur la sphère céleste est tout à fait apparent, et qu’il est dû au mouvement de rotation de la Terre autour de son axe: c’est en fait nous, observateurs, qui nous déplaçons, dans le sens inverse de celui apparent, et non les étoiles sur la sphère céleste.

Toujours est-il, la sphère céleste est définie en prenant la planète Terre comme référence, exactement comme nous l’avons fait jusqu’à présent. Mais les choses peuvent aussi se complexifier car dans certains contextes, il est nécessaire de considérer la sphère céleste ayant pour centre n’importe quel autre corps céleste.

En fait, si l’on veut être pointilleux, on peut généralement définir la sphère céleste comme une sphère de rayon indéfini ayant pour centre le centre d’un corps céleste quelconque, et sur la surface de laquelle sont projetées toutes les étoiles visibles. Très simplement, ce sont donc les étoiles que l’on voit…et sur Terre, si vous êtes pas encore un alien.

Sphère céleste: signification et origine du terme

La sphère céleste a été inventée vers le VIe siècle avant J.-C. peut-être par Anaximandre ou Thalès.

Dès le début, il en existait des versions « solides », appelées globes célestes, et des représentations munies d’une armature métallique, appelées sphères armillaires (du latin armilla, « bracelet, anneau »). Toutes deux représentaient les principaux cercles ou voutes célestes (équateur, tropiques et écliptique). Mais seuls les globes étaient décorés de figures zoomorphes ou anthropomorphes des constellations, peintes sur la surface.

Le célèbre astronome grec Eudoxe, vers 375 avant J.-C., a fixé les images déjà existantes et a ajouté des parallèles, des couleurs et les douze signes du zodiaque. Les globes pouvaient tourner sur leur axe en reproduisant le mouvement de rotation diurne et permettaient souvent de mesurer la hauteur des étoiles et des planètes sur l’horizon ou de calculer la position du soleil et de la lune parmi les constellations du zodiaque.

Les sphères célestes les plus citées du monde classique sont celle de Lucullus, venue de Sinope et appelée sphère de Billaros, et celle d’Archimède, ramenée à Rome par le consul Marcellus à son retour de Syracuse en 212 avant J.-C. et déposée dans le temple de la Vertu près de Porta Capena. Selon le mathématicien Pappus d’Alexandrie, le grand savant syracusain était également l’auteur d’un essai, aujourd’hui perdu, sur la construction de la sphère céleste le « Spheropea ».

Voûte céleste et sphère céleste: est-ce la même chose?

Oui, le terme de voûte céleste et sphère céleste désigne strictement la même chose.

Par contre, à l’antiquité, les astronomes parlaient davantage de voute célestes alors que de nos jours, les scientifiques préfères évoquer le concept de sphère céleste, qui a fortement évolué depuis la Grèce ancienne…

A quoi sert la sphère céleste: voici pourquoi elle est importante

L’observation de la sphère céleste est importante car elle permet de cartographier notre ciel, de connaitre les étoiles visibles, invisibles et les autres objets astronomiques.

Imaginez que lorsque l’on regarde la sphère céleste, le nombre d’étoiles observées à l’œil nu semble infini ; en réalité, dans l’ensemble de la sphère céleste, hémisphère nord et hémisphère sud, on voit environ 6000 étoiles.

Cette valeur est divisée par deux, ce qui donne environ 3000 étoiles pour chaque hémisphère. Cette valeur doit à nouveau être divisée par deux, ce qui donne environ 1500 étoiles visibles à tout moment depuis un endroit donné de la sphère céleste. Finalement, les étoiles observées ne sont donc pas aussi nombreuses qu’on veut bien nous le faire croire.

Comment s’effectue la rotation de cette sphère?

Un observateur attentif, au cours d’une période d’observation de 4 à 5 heures, constatera que les étoiles se sont déplacées de l’est vers l’ouest. Pour mettre en évidence ce mouvement apparent, il suffira de photographier la sphère céleste autour de l’étoile polaire, en gardant l’objectif ouvert pendant un temps de plusieurs dizaines de minutes.

Au fil des jours, la Terre se déplace sur son orbite, ce qui permet d’observer différentes portions de la sphère céleste, grâce au mouvement de révolution, c’est-à-dire à la trajectoire décrite par la Terre autour du Soleil.

Mais, le mouvement quotidien de la sphère céleste n’est qu’apparent puisque c’est la rotation qui le provoque en environ 24 heures, alternant le jour et la nuit. Au cours des différentes saisons, le ciel et la sphère céleste se présente différemment : au printemps et en automne, nous avons une certaine rareté d’étoiles brillantes et d’objets du ciel profond.

Tandis qu’en été et en hiver, le ciel présente de nombreuses étoiles brillantes, de nombreux objets du ciel profond, mais surtout la vision de cette bande blanchâtre appelée Voie lactée qui sillonne toute la sphère céleste.

Quels sont les éléments de référence de la sphère céleste?

Pour établir la position d’un astre, il est nécessaire de construire un système de référence universel sur la sphère céleste qui repose sur certains éléments de référence :

Éléments de référence fixes

• Axe du monde: c’est la droite qui prolonge l’axe de la terre : elle divise la sphère céleste en deux points, à savoir, le pôle nord céleste et le pôle sud céleste;
• Equateur céleste: c’est la circonférence qui résulte de l’intersection, avec la sphère céleste, du plan de l’équateur céleste. Ce plan divise la sphère en deux hémisphères : boréal (nord) et austral (sud);
• Parallèles et méridiens célestes : dérivent de la projection des parallèles terrestres sur la sphère céleste;
• Parallèle fondamental : (ou parallèle zéro) est l’équateur céleste, c’est-à-dire le plan perpendiculaire à l’axe du monde passant par la sphère elle-même;
• Méridien d’origine : celui qui passe par le point du Bélier, point de la sphère où se trouve le Soleil le jour de l’équinoxe de printemps. Inversement, la colure équinoxiale, passant par le point de la Balance, est le point de la sphère occupé par le soleil lors de l’équinoxe d’automne.

En se croisant, les méridiens et les parallèles forment une grille de lignes qui sert de référence aux coordonnées astronomiques équatoriales.

Les références locales ou relatives

Comme, à partir de différentes positions de l’observateur, la vue de la sphère céleste varie (mêmes étoiles mais dans une disposition différente), il est nécessaire de construire sur celle-ci un système de référence qui tienne compte de la position de l’observateur. Ce système est basé sur certains éléments:

• Verticale de l’observateur: la ligne imaginaire passant par le centre de la Terre et par le point où se trouve l’observateur. Elle coupe la voûte céleste en deux points : le zénith, au-dessus de l’observateur, et le nadir, du côté opposé;
• Plan de l’horizon astronomique: plan passant par le centre de la sphère et perpendiculaire à la verticale du point de l’observateur. La circonférence résultant de son intersection avec la sphère céleste est appelée horizon astronomique. De plus, le plan de l’horizon astronomique divise la sphère en deux hémisphères, l’un visible par l’observateur et l’autre caché à sa vue;
• Les cercles verticaux sont les circonférences passant par le zénith et le nadir de l’observateur: l’un de ces cercles passe également par les pôles célestes, identifiant ainsi le méridien local;
• Les quatre points cardinaux: l’Est et l’Ouest sont les points où le plan de l’horizon coupe le plan de l’équateur céleste, tandis que le Nord et le Sud sont les points où le méridien local coupe le plan de l’horizon.
• Zénith, l’horizon astronomique et les cercles verticaux constituent le système de référence pour les coordonnées astronomiques horizontales.