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(7) Précession des Equinoxes

Les prêtres de l'antique Babylone comme ceux de l'Egypte furent pionniers de l'astronomie. Ils ont étudié les cieux, tracé leurs constellations, identifié le trajet du soleil et estimé les périodes de la lune et du soleil dans leur déplacement dans le ciel.

Mais c'est un astronome grec, Hipparque de Nicée, qui a fait la première découverte principale de l'astronomie. Comparant des observations vieilles de plus d'un siècle, Hipparque s'aperçut que l'axe autour duquel les cieux semblent tourner se décale graduellement, bien que très lentement.

Vu de la terre, le soleil parcourt un tour entier par an sur l'écliptique. Deux fois par an, aux équinoxes, les jours égalent les nuits, le soleil se lève exactement à l'est et se couche exactement à l'ouest. Les astronomes de l'antiquité n'avaient pas de bonnes horloges et ne pouvaient pas savoir si jour et nuit étaient de même longueur, mais ils pouvaient identifier l'équinoxe quand le soleil se levait exactement à l'est et se couchait exactement à l'ouest. A ces heures, la position du soleil est à un des croisements de l'écliptique avec l'équateur céleste

Vers 130 BC, Hipparque ,comparant des anciennes observations aux siennes, concluait que depuis 169 ans, ces croisements s'étaient déplacés de 2 degrés. Comment Hipparque pouvait-il connaître aussi exactement la position du soleil parmi les étoiles, alors qu'elles ne sont pas visibles pendant la journée ? En utilisant non pas directement le soleil mais l'ombre de la terre sur la lune au cours d'une éclipse de lune ! Alors, soleil, terre et la lune sont sur la même ligne droite, et le centre de l'ombre de la terre est donc exactement au point oppos du soleil.

"Naissance de l' âge du Verseau"

Hipparque en a conclu que l'intersection marquant l'équinoxe avait lentement avancé le long de l'écliptique, et a appelé ce mouvement "la précession des équinoxes." La variation est d'environ un cercle entier en 26 000 ans. Dans l' antiquité, l'intersection marquant l'équinoxe de printemps était dans la constellation du Bélier, et pour cette raison elle (quelle que soit sa situation réelle ) est encore parfois appelée "le premier point dans le Bélier."

Vers l'an 1, elle est entrée dans la constellation des Poissons et actuellement elle transite vers la constellation du Verseau, le porteur d' eau. Dans la comédie musicale " Hair ", la chanson "naître à l'âge du Verseau", que l' on entend parfois, porte sur ce sujet . Pour les astronomes, la précession est surtout un facteur à prendre en considération pour orienter un télescope ou tracer une carte des étoiles ; mais pour les adeptes de l'astrologie, "naître à l'âge du Verseau" est d'une grand importance et marque peut être le début d'une ère complètement nouvelle et différente. .

La précession de l'axe de la terre

Quelle relation entre ce " glissement " et le mouvement de la terre dans l'espace ? Si vous avez eu une toupie, vous savez que son axe tend à rester dans la même direction, habituellement la verticale, mais aussi n'importe quelle direction de l'espace.

[IMAGE:Spinning Top]
  Précession d'une toupie : l'axe de
  rotation trace la surface d'un cne

Donnez-lui un coup de pouce, et l'axe commence à tourner extérieurement autour de la verticale, son mouvement traçant un cône (dessin). La terre en rotation se déplace ainsi, bien que l'échelle de temps soit beaucoup plus lente : chaque rotation dure une année, et chaque giration autour du cône 26 000 ans. L'axe du cône est perpendiculaire au plan de l'écliptique.

La précession est due au renflement équatorial de la terre, ce qui augmente la force centrifuge à ce niveau (la force centrifuge sera étudiée ultérieurement).La rotation change la forme de la terre d' une sphère parfaite en une sphère légèrement aplatie, plus épaisse à l'équateur. L'attraction de la lune et du soleil sur le renflement est alors le "coup de pouce" qui crée la précession.

Pendant chaque cycle de 26 000 ans, la direction de l'axe dans le ciel accomplit un grand cercle, dont le rayon couvre un angle environ 23°.50. L'étoile polaire, direction actuelle de l'axe (à environ un degré) était éloignée du pôle il y a quelques milliers d'années, et le sera encore (pour information, elle sera au plus près du pôle en 2017). De ce fait, l'étoile polaire" des marins Grecs de l' antiquité était différente, pas aussi proche du ple

Depuis la découverte d'Hipparque, le mot "précession" ne signifie plus "décalage en avant" mais est maintenant appliqué à n'importe quel mouvement de rotation conique autour d'un axe, par exemple, la précession d'un gyroscope dans les avions, ou la précession d'un satellite en rotation dans l'espace.

La précession d'une charge scientifiquement utile en orbite (également connue sous le nom de "cnage" ( de "cône", "nutation") est fâcheuse, parce qu'elle complique le fonctionnement des instruments. Pour l'éliminer, les satellites sont équipés d' "amortisseurs de nutation," de petits tubes partiellement remplis de mercure. Si les satellites sont en orbite, et il ont été conçus pour cela, le mercure s'écoule simplement dans la partie du tube la plus éloignée de l'axe de rotation, et y reste. Cependant, si la rotation augmente, le mercure se répand partout dans le tube. Son frottement consomme alors de l'énergie, prise sur la précession excédentaire et ramène donc celle ci à son niveau antérieur.

    [ Dans la section sur le calendrier, nous avons vu que la rotation de la terre est ralentie très graduellement par les marées, dues à la pesanteur de la lune. Ce processus est un peu semblable à l'action des amortisseurs de nutation : l'énergie des marées est "perdue", c'est-à-dire convertie en chaleur quand les vagues provoquées par les marées échouent sur les rivages, cette perte étant finalement soustraite du mouvement de rotation (pas de la précession) de la terre ]

Périodes glaciaires

    Certains indiquent que le monde finira en feu,
    Certains disent que ce sera en glace.
    Avec enthousiasme, je suis de ceux
        qui favorisent le feu. Mais s'il fallait périr deux fois, j'ai assez de haine
    pour dire que la destruction par la glace
    est aussiefficace,
    Et cela suffirait

                                    Robert Frost

Environ 2000 ans après Hipparque, en 1840,Louis Agassiz, un scientifique suisse, a écrit un livre sur les glaciers, fréquents dans son pays, fleuves énormes de glace créés par les congères de neige, remplissant les vallées et rampant lentement vers le bas vers leur destination finale, les lacs. (ou, ailleurs, la mer).

A Glacier
  Un glacier en Norvège

Les glaciers modifient le paysage : ils rabotent et rectifient le bas des roches, et transportent des masses de graviers depuis les montagnes jusqu'aux plaines, parfois même de grands rochers, loin de leurs origines, jusqu'aux endroits où fond finalement la glace. Agassiz, qui plus tard est devenu un distingué professeur à Harvard, a noté que de telles phénomènes existaient partout en Europe du nord, et a suggéré que les terres maintenant habitées par les Allemands, Polonais, Russes et autres étaient antérieurement couvertes par d'énormes glaciers.

L'Amérique a eu aussi ses glaciers ; par exemple, Cape Code, Massachussetts (Le cap de la morue) est un reste de gravier glaciaire. Les études géologiques postérieures ont mis en évidence que ces glaciers ont avancé et reculé plusieurs fois dans les millions d'années précédentes. Le dernier retrait, plutôt rapide, s'est produit il y a environ 12.000 ans.

La Théorie de Milankovich

Les grandes questions portent, naturellement, sur la cause du recul des glaciers, et si leurs migrations se reproduiront encore. En fait, personne ne connaît encore bien la solution. Mais dans les années 30 une idée intéressante, due à l'astronome Milutin Milankovich (de Serbie ) relie ces phénomènes à la précession découverte par Hipparque.

Comme déjà expliqué, l'orbite de la terre n'est pas parfaitement ronde, mais est légèrement ovale. La terre se rapproche le plus du soleil la première semaine de janvier (le jour exact change). Cela signifie qu'au moment où l'hémisphère nord est en hiver et reçoit une moindre quantité de lumière du soleil, la terre en reçoit globalement un maximum (la variation est d'environ 3%.) Ceci adoucit les hivers nordiques, et les étés nordiques sont aussi tempérés, puisqu'ils se produisent quand la terre est la plus éloignée du soleil.

L'opposé, au sud de l'équateur, est vrai: l'été survient début janvier, et donc il est plus chaud, et l'hiver méridional plus froid, que celui du nord de l'équateur. Cet effet est cependant considérablement affaibli, parce que la majeure partie de l'hémisphère méridional est de loin couverte par l'océan, et que l'eau tempère et modère le climat.

[IMAGE:Precession of Earth Axis]

Actuellement, l'hiver de l' hémisphère nord se produit quand l'axe de l'orbite terrestre est éloigné du soleil. Cependant, puisque cet axe se déplace autour d'un cône, dans 13.000 ans, la même partie de l'orbite sera rapprochée du soleil : ce sera l'été lorsque la terre sera au plus près du soleil.

Le climat de l' hémisphère nord sera beaucoup plus marqué, et peu influencé par les océans, puisque leur importance y est négligeable. Milankovich fait remarquer que les hivers ayant été plus froids, plus de neige était tombée et alimentait les glaciers géants. En outre ,dit-il , la neige réfléchit la lumière du soleil puisque elle est blanche. Après l' hiver, la terre recouverte en permanence de neige se réchauffe d'autant moins efficacement. Le climat étant le reflet d' un équilibre entre facteurs opposés, Milankovich a pensé que ce seul fait était suffisant pour déranger cet équilibre et explique la cause des périodes glaciaires.

Milankovich savait que ce n'était qu'un des facteurs, puisqu'il s'avère que les périodes glaciaires ne se reproduisent pas tout les 26.000 ans, ni ne semblent courantes aux autres époques géologiques. L'excentricité de l'orbite de la terre, qui détermine la plus ou moins grande proximité du soleil, change également périodiquement, de même que l' inclinaison de l'axe de la terre sur l'écliptique. Mais l' idée générale est que les périodes glaciaires peuvent être liées au mouvements de la terre dans l'espace. C' est sans doute actuellement notre meilleure hypothèse sur les causes des périodes glaciaires.

Postscriptum, 28 Juillet 1999. L'importance de "l'effet Milankovich" varie selon la plus ou moins grande distance au soleil, donc selon l'excentricité de l'orbite de la terre, variable en un cycle d'environ 100.000-ans, doublé d'un autre cycle de 413.000 ans. J. Le Rial (Université de Caroline du Nord) a trouvé les signatures de ces cycles dans la teneur en isotope de l'oxygène des sédiments en mer profonde , en plein accord avec la théorie de Milankovich. ( "Science," vol. 285, p. 564, 23 juillet 1999 ); une explication non technique intitulée "pourquoi les périodes glaciaires ne sont pas constantes" figure aux pages 503-504 de la même édition.

En savoir plus:

En raison de la précession des équinoxes, la position par rapport aux étoiles du pôle céleste, pivot autour duquel la sphère céleste semble tourner, trace un cercle en 26.000 ans. Le pôle céleste est actuellement tout à fait proche de l'étoile polaire Polaris, mais il le sera moins à l'avenir, et n'y était pas dans le passé. L' étoile polaire des Egyptiens antiques était Thuban ( "Alpha Draconis": l'étoile la plus lumineuse (= alpha) de la constellation Draco, le dragon). Pour plus d'informations sur le mouvement du ple, voyez ici et ici.

    Un article synoptique, principalement destiné aux scientifiques : "Trends, Rhythms and Aberrations in Global Climate 65 Ma to the Present" (Tendances, rythmes et aberrations du climat global ,depuis 65 Ma à nos jours) (le Ma est le million d'années), par James Zachos, Marc Pagani, Lisa Sloan, Ellen Thomas et Katharina Billups, "Science" vol. 292, p. 686, 27 avril 2001. Cet article va au delà des variations dues au précession des équinoxes et inclut les variations de l'excentricité de l'orbite, l' inclinaison de l'axe de rotation sur l'écliptique et le cycle de précession lui-même.

    Une information complète sur la théorie de Milankovich (y compris les autres périodicités).

Au sujet d'un monument à Taiwan qui marque la précession des equinoxes.


Prochaine étape: (8) Christophe Colomb : la terre est ronde

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Chronologie et Glossaire

Auteur et responsable : Dr. David P. Stern
Mail au Dr .Stern: stargaze("at" symbol)phy6.org
Traduction française: Guy Batteur guybatteur(arobase)wanadoo.fr

Dernière mise à jour : 12.13.2001