Positions et mouvements de la Terre autour du Soleil

La succession du jour et de la nuit, le mouvement apparent du Soleil (se levant vers l'est le matin, et se couchant vers l'ouest le soir, du moins dans l'hémisphère nordhémisphère nord) n'a pu qu'imposer aux Hommes l'utilisation de ces phénomènes naturels pour essayer de mesurer le temps et de le découper en intervalles que nous connaissons aujourd'hui sous le nom d'heures, minutes, secondes.

La première idée qui vient à l'esprit est de planter un poteau verticalement dans le sol et d'observer le déplacement de son ombre au cours d'une journée, comme on observe le déplacement de l'aiguille des heures sur le cadran d'une horloge. Ce type primitif de cadran solaire est désigné par le mot « gnomon », qui a donné « gnomonique ».

Cadran solaire de la cathédrale de Chartres. © Francisco Javier Gil, Shutterstock

Cette méthode ne serait acceptable que si les mouvements de la Terre autour du Soleil étaient simples à l'extrême, c'est-à-dire si la Terre tournait autour du Soleil suivant une circonférence dont le Soleil serait le centre et si son axe de rotation était perpendiculaire à son plan de révolution.

Caractéristiques des mouvements de la Terre autour du Soleil

En réalité, les mouvements réels de la Terre sont moins simples et présentent plusieurs caractéristiques qui obligent à modifier la technique ci-dessus :

• La révolution de la Terre autour du Soleil s'effectue non pas suivant une circonférence dont le Soleil serait le centre, mais suivant une ellipse dont le Soleil occupe un des foyers (première loi de Kepler).
• La vitessevitesse de déplacement de la Terre le long de son orbiteorbite n'est pas uniforme. C'est l'aire balayée par unité de temps par le segment de droite qui va de la Terre au Soleil qui est constante (vitesse aréolaire, deuxième loi de Keplerdeuxième loi de Kepler).
• L'axe de rotation de la Terre sur elle-même n'est pas perpendiculaire au plan contenant l'ellipse de révolution (plan de l'écliptiqueplan de l'écliptique). Le plan dans lequel se trouve l'équateuréquateur terrestre (plan équatorial) fait un angle de 23°26' avec le plan de l'écliptique.

Schéma montrant la position de la Terre (à gauche) par rapport au Soleil lors du solstice d'hiver. Dans cette figure et dans celles des pages suivantes, les valeurs relatives de dimensions ne sont qu'approchées, le plus souvent pour des raisons de lisibilité. © DR

Équinoxes et solstices, des moments particuliers

Il résulte de ce qui précède qu'au cours de l'année, il existe des moments particuliers relativement aux positions respectives du Soleil et de la Terre, et qui correspondent à des situations particulières pour le mouvement apparent du Soleil dans le ciel ainsi que pour la duréedurée du jour.

Les moments particuliers qui nous concernent sont :

• les équinoxeséquinoxes (équinoxe de printempséquinoxe de printemps et équinoxe d'automneéquinoxe d'automne), moments de l'année où la durée du jour est égale à celle de la nuit ;
• le solstice d'hiversolstice d'hiver (moment de l'année où la durée de la nuit est maximum) ;
• le solstice d'étésolstice d'été (moment de l'année où la durée du jour est maximum).