Temps sidéral

Cette échelle de temps est propre à l'Astronomie : à un instant donné et pour un certain lieu, c'est l'angle horaire du point vernal g . C'est aussi le méridien céleste d'Ascension Droite (exprimé en h. m. s.) qui passe au méridien de ce lieu à cet instant. C'est donc un temps local. Mais ce n'est pas une mesure du temps. C'est un outil de repérage des astres qui peuvent être observés en un lieu donné à un moment donné.

Le point g est un des points d'intersection de l'équateur céleste avec l'écliptique : le Soleil passe par ce point au moment de l'équinoxe de mars. Il est parfois désigné sous le nom d'"équinoxe". Par définition son ascension droite égale 00h et sa déclinaison est nulle :

Le jour sidéral est, en particulier, l'intervalle de temps qui sépare deux passages du point g au méridien. Cet intervalle tient implicitement compte de la précéssion des équinoxes et, donc, en pratique du très faible déplacement quotidien du point g sur l'équateur ( 0,14" ). Par définition sa durée est de 23h 56m 04,090 530 832 88s.

D'où aussi la notion de jour stellaire qui est la durée vraie de la rotation de la Terre sur elle-même : c'est l'intervalle de temps qui sépare deux passages d'une même étoile au méridien. Ce jour stellaire est plus long que le jour sidéral d'environ 8,4 ms : 23h 56m 04,098903691s pour être précis; (valeur exacte par définition; ce sont des secondes de UT1).

Le jour sidéral est au jour stellaire ce que l' année tropique est à l' année sidérale. On dit aussi que le temps sidéral est la rotation de la Terre par rapport à l'équinoxe.

Le temps sidéral est le reflet direct de la rotation de la Terre sur elle-même combinée à la précession des équinoxes : un même méridien d'Ascension Droite revient au méridien d'un lieu, en moyenne, après 23h 56m 04,09s. On distingue le Temps sidéral vrai ou apparent (observé par rapport à l'équinoxe de la date) et le Temps sidéral moyen mesuré par rapport à l'équinoxe moyen : la différence des deux est l'équation des équinoxes. Etant le reflet de la rotation de la Terre sur elle-même le Temps Sidéral est naturellement influencé par les irrégularités de cette rotation que nous verrons à propos du Temps Universel.

Il est possible de le calculer à tout instant H à partir du Temps sidéral moyen à Grenwich GTSM dont la formule est donnée dans une autre page . Pour des besoins courants le Temps sidéral moyen TSM suffit. La relation de TSM à GTSM est simplement la différence de longitude; Pour un lieu de longitude ouest Lon TSM s'exprime par :

TSM = GTSM - Lon

La page citée donne d'autres cas de calculs. Il est parfaitement possible de réaliser des pendules sidérales indiquant à tout instant le méridien céleste d'Ascension Droite passant au méridien local. Elles sont graduées de 0 à 24 h, mais elles font le tour du cadran en 23 h 56 min non 24 heures. Quelques cadrans solaires marquant le temps sidéral ont aussi été réalisés, tel un des cadrans du Lycée Louis-le-Grand à Paris (5ème arrondissement) :

Photos P.L.

L'observation nocturne de la rotation de la voûte céleste a permis durant de nombreux siècles de dire l'heure par les étoiles, surtout lors des voyages maritimes. Le procédé employé faisait appel au repérage de la position des étoiles a et b de la Grande Ourse, appelés les Gardes. En effet celles ci, à peu de choses près, se trouvent être alignées avec le Pôle céleste sur le méridien céleste d'ascension droite 11h . Elles forment ainsi avec la Polaire, assimilée au Pôle céleste, une aiguille tournant sur le cadran de la voûte céleste au rythme de la rotation terrestre. Elle fait un tour en un jour sidéral, donc par rapport à une horloge terrestrre classique, elle avance de 4 minutes par jour. Un instrument, le nocturlabe, avait été conçu au 16ème siècle pour mettre à profit cette grande horloge céleste tout en corrigeant quotidiennement l'avance de 4 minutes. Il comporte deux échelles circulaires concentriques et un bras mobile. L'échelle extérieure est fixe, graduée avec les mois et les jours de l'année. L'échelle intérieure est mobile, graduée de 0 à 24 h, avec un index pointant sur l'échelle des dates. L'ensemble est tel que le 12 mars à 00h UTC à Brest ou le 28 février à Strasbourg, le bras mobile orienté vers le haut s'aligne sur les étoiles a et b de la Grande Ourse qui à ce moment sont au méridien au dessus de la Polaire. A partir de cette date, de jour en jour, l'horloge céleste va prendre 4 minutes d'avance sur le temps UTC. Le nocturlabe est donc conçu pour corriger cette avance. L'usage en est simple.

D'abord ajuster l'échelle mobile de façon que l'index soit placé sur la date du jour. Puis, l'instrument porté à bout de bras, il faut viser la Polaire à travers le rond central évidé pour cela. Puis tourner le bras mobile pour l'aligner sur les Gardes. L'heure se lit alors directement sur la graduation du disque mobile alignée sur le bras. Il ne faut pas attendre une grande précision du procédé. Pour employer une expression ronflante, un nocturlabe est un calculateur analogique transformant le Temps sidéral en Temps Universel. Autrefois la Polaire était plus éloignée du pôle, il fallait donc corriger en fonction de l'époque de l'année.