coordonnées célestes

Levez les yeux vers un astre : pour indiquer où regarder, il faut deux angles et des repères communs. On peut mesurer sa direction le long de l'horizon, puis sa hauteur au-dessus de celui-ci.

Ces deux nombres forment des coordonnées célestes dans le système horizontal. D'autres systèmes choisissent un autre grand cercle de référence, par exemple l'équateur céleste ou l'écliptique. La position visée ne change pas ; c'est la grille employée pour la décrire qui change.

Un système de coordonnées célestes associe des angles à une direction de la sphère céleste. Il faut fixer un plan fondamental, dont l'intersection avec la sphère est un grand cercle, puis une origine angulaire sur ce plan. Un premier angle situe la direction autour du grand cercle ; un second mesure son écart angulaire au plan de référence. Les conventions d'origine, de sens et d'unité doivent donc accompagner toute paire de valeurs.

Dans le système horizontal, le plan fondamental est l'horizon local. Les coordonnées horaires prennent pour référence le méridien local. Le système équatorial s'appuie sur l'équateur céleste ; le système écliptique, sur le plan de l'écliptique ; le système galactique, sur le plan de la Voie Lactée. Ces choix décrivent la même sphère avec des grilles différentes.

Le passage d'une grille à une autre relève de la trigonométrie sphérique. Il ne suffit pas de renommer les deux angles : il faut connaître les plans, les origines et leur orientation relative. Dans les coordonnées équatoriales, l'ascension droite peut être exprimée en heures. Si sa mesure en degrés est notée α_deg et sa valeur horaire α_h, la conversion s'écrit ${\alpha }_{\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{g}}=15{\alpha }_h\backslash alpha\_\{\backslash mathrm\{deg\}\}=15\backslash ,\backslash alpha\_h$.

Un observateur veut consigner une direction avec la grille horizontale. Il adopte la convention suivante : l'azimut part du nord et augmente vers l'est le long de l'horizon ; la hauteur part de l'horizon et augmente vers le zénith.

Données :
azimut A = 120° ;
hauteur h = 30° ;
tour complet de l'horizon = 360°.

1. Sur l'horizon, partez du nord et parcourez 120° dans le sens convenu. La direction horizontale est ainsi fixée.

2. Depuis l'horizon, montez ensuite de 30° sur le grand cercle vertical passant par cette direction. La paire ordonnée obtenue est (A, h) = (120°, 30°).

3. Pour contrôler la lecture, projetez mentalement la direction vers l'horizon : vous devez retrouver l'azimut 120°. Son écart à l'horizon doit mesurer 30°. Sans la convention et le lieu d'observation, ces deux nombres ne suffisent pas à reproduire la visée.

Pour décrire une visée depuis un lieu donné, la grille horizontale convient : on relève une direction sur l'horizon et une hauteur. Si le repère doit être attaché au méridien local, on choisit plutôt les coordonnées horaires.

Pour repérer une direction par rapport à l'équateur céleste, on emploie les coordonnées équatoriales. Si le phénomène est naturellement rapporté au plan de l'écliptique, la grille écliptique évite de changer de plan de référence.

Pour une direction rapportée au plan de la Voie Lactée, les coordonnées galactiques sont adaptées. Le bon réflexe consiste à annoncer le système avec les nombres : une paire d'angles isolée ne dit ni son origine ni son orientation.

Coordonnées célestes et sphère céleste. La sphère céleste est le support géométrique sur lequel on représente les directions. Les coordonnées sont les nombres fournis par une grille choisie sur ce support. Changer de grille modifie les nombres, pas la direction représentée.

Hauteur et déclinaison. Toutes deux sont des angles, mais leur cercle de référence diffère. La hauteur se mesure depuis l'horizon local ; la déclinaison, depuis l'équateur céleste. Une valeur de 30° n'a donc pas la même signification si le système annoncé change.

Repère local incomplet. Des coordonnées horizontales dépendent de l'horizon de l'observateur. Si le lieu ou la convention d'azimut manque, le symptôme est une direction impossible à reproduire sans ambiguïté. Il faut fournir le contexte du repère avec la paire d'angles.

Direction au zénith. Quand la hauteur atteint 90°, toutes les directions prises sur l'horizon conduisent au même point, le zénith. L'azimut n'y distingue donc plus une direction unique. Il faut identifier ce cas par la hauteur plutôt que forcer une valeur d'azimut.

Unités mélangées. Une ascension droite écrite 6 h correspond exactement à 90°, car 24 h correspondent à 360°. Lire 6 h comme 6° place la direction ailleurs. Il faut convertir les unités avant toute comparaison ou transformation.

Conversion sous-spécifiée. Deux systèmes n'ont pas seulement des noms différents. Sans l'orientation relative de leurs plans et de leurs origines, aucune conversion univoque n'est possible. Il faut expliciter ces données, puis appliquer la trigonométrie sphérique appropriée.

La sphère céleste précise le support géométrique sur lequel toutes ces directions sont repérées.

Les coordonnées équatoriales approfondissent la grille fondée sur l'équateur céleste et ses deux angles.

La trigonométrie sphérique fournit les relations nécessaires pour transformer des directions entre grilles.

L'azimut détaille l'angle qui situe une direction le long de l'horizon selon une convention annoncée.