Unités astronomiques

L’astronomie utilise des unités adaptées à son domaine d’application : l’Univers.
Les trois  grandeurs les plus manipulées en astronomie sont les distances, le temps et les angles, avec une certaine porosité entre ces unités. L'année lumière, qui est une distance, est définit par rapport au temps. Le parsec, qui est une distance, est définie par rapport à un angle.

Unités de distance

L’unité astronomique (ua) représente la distance moyenne Terre-Soleil et vaut 149 597 870 700 mètres (~ 150 millions de km). Elle est principalement utilisée pour exprimer les distances dans le système solaire. 

L’année lumière (al) est plus adaptés au distances galactiques. C'est la distance parcourue par la lumière en une année julienne. La vitesse de la lumière étant de 299 792 458 m/s et l’année julienne faisant 31 557 600 secondes (365.25 jours) l’année lumière fait 9 460 730 472 580 800 mètres,  soit 9.461 10¹²  km que l’on arrondi souvent à 10 000 milliards de km (10¹³ km). On regrettera  que l’abréviation de cette unité ne soit pas normalisée et varie avec la langue. (Anglais: light-year --> ly)

Repères: La galaxie d’Andromède (M31) mesure environ 220 000 années-lumière et se situe à 2.5 millions d’années-lumière de nous. La taille de l’univers observable est de 13.7 milliard d’années-lumière.

Le parsec (pc) a une définition plus technique : C’est la distance à laquelle une unité-astronomique (1 ua)  sous-tend un angle d’une seconde d’arc,  soit  30 856 775 814 672 000 mètres. Une parsec fait donc 3.262 année lumière. La raison d’être du parsec  et qu’il permet de convertir facilement des observations de parallaxe en distance : La distance, exprimée en parsec,  d’une étoile au soleil est l’inverse de sa parallaxe annuelle exprimée en seconde d’arc.

Note: La valeur du parsec exprimée en ua peut être approximée par  : (360*60*60 )/(2*pi) ua.

Conversions 

  

Unités de temps

En astronomie on utilise apparemment les mêmes unités que dans la vie de tous les jours : secondes, minutes, heures, jours et  années. Mais sous ces noms connus se cachent parfois des définitions différentes surtout pour l’année et le jour.

L'année sidérale et tropique

Le but de l'année est de mesurer le temps qu’il faut à la Terre pour faire un tour autour du Soleil. Pour cela on définit un point de repère le plus stable possible pour effectuer cette mesure. C’est sur ce point que diffèrent les types d’années.

L’année sidérale (basée sur les étoiles) représente, pour un observateur immobile situé sur Terre, le temps qui s’écoule entre deux passages du soleil au même endroit de la sphère céleste. Elle fait 365 jours 6 h 9 min 9 s.  Le décalage des signes zodiacaux par rapport à leurs places initiales (500 av JC) est dû au fait que notre calendrier grégorien n’est pas basé sur l’année sidérale. 

L’année tropique (basée sur les équinoxes), représente le temps moyen qui s’écoule entre deux  équinoxes de printemps ou deux solstices d’été. La vitesse de déplacement de la terre autour du soleil n’étant pas constante (lois de Kepler). Notre calendrier grégorien avec son système d’années bissextiles est conçu pour garder les équinoxes à la même date (à plus ou moins un  jour).

La différence entre année sidérale et année tropique vient de la précession des équinoxes qui rend l’année tropique 20 min plus courte que l’année sidérale.

Il existe aussi l’année vernale. 

L'année besselienne et julienne 

Ces années n'ont aucun rôle social ou religieux. Elle ont un rôle purement technique dans la définition d'époques c’est-à-dire d'instants précis sur la base des quels sont définit les coordonnées des objets célestes. 

L’année Besselienne fait 365,242198781 jour (soit 31 556 926 secondes). C’est une année tropique  qui débute quand le soleil passe à la longitude 280° (ce qui a lieu le 1er janvier).

L'année Bulienne fait exactement 365 jours et 6 heures (soit 31 557 600 secondes).

Les époques B1950.0 et J2000.0 représentent deux de ces instants (1er janvier 1950 et 1er Janvier 2000). Mais les  définitions de l’année Julienne et Besselienne n’étant pas les mêmes  J2000.0 et B2000.0 ne désignent pas exactement  le même instant. En 1984 l’époque de référence B1950.0 a été remplacée par l’époque J2000.0

Le jour stellaire, sidéral et solaire

Le but du jour est de mesurer le temps qu’il faut à la Terre pour faire un tour sur elle-même. Pour cela il faut déterminer un repère le plus stable possible pour effectuer cette mesure. C’est sur ce point que diffèrent les divers types de jour.

Le jour stellaire est le temps qui sépare deux passages consécutifs d’une même étoile au méridien d’un lieu. Sa valeur est de l’ordre de 23h 56min 4s. Seul le jour stellaire a un intérêt pour l’observation du ciel profond car sa référence est fixe et correspond a une rotation de 360°.

Le jour sidéral est comme le jour stellaire mais utilise le point vernal (γ) comme référence et est donc sensible à la précession des équinoxes. L’écart avec le jour stellaire est très faible.

Le jour solaire est comme le jour stellaire  mais utilise le Soleil comme étoile de référence. La terre tournant autour de ce qui sert de référence le jour solaire est 3min 56s plus long que le jour stellaire ce qui donne un jour de 24h en moyenne.  Le jour solaire est le jour de tous les jours ! 

En une année il y a 365.25 jours solaires et 366.25 jour sidéraux car en prenant un repère hors du système solaire on prend en compte le tour supplémentaire induit par la rotation autour du soleil.

Unités d'angle 

 

Angle: degrés et heures 

Pour les angles moins de surprise que pour les distances ou le temps principalement parce que c’est une unité qui prend ses valeurs dans un intervalle [0..360°] pour les degrés, [0..2π] pour la trigonométrie. (ce qui n’est pas rare en astronomie), [0..400] pour les grades qui ne sont pas utilisés en astronomie.

Une particularité de l’astronomie est d’utiliser l’heure (h)  [0..24h] pour exprimer l’ascension droite d’un astre, avec la correspondance 24h=360° et donc 1h=15°. Les sous multiples de l’heure  étant 1h=60 minutes (m)  et 1 minute = 60 secondes (s).  Ce qui, malgré les mêmes noms ne correspond pas aux minutes et secondes sous multiples du degré, qui eux sont abrégé par : (degré ° )  (minute ‘ ) (seconde " )

Exemple: L’ascension droite de la galaxie M82 est de 09^h 55^m 52.92^s pour l’époque J2000. 

Angle solide: deg²

En physique on utilise le stéradian (sr) pour mesurer un angle solide, c’est-à-dire une portion de l’espace délimité par une forme conique. En astronomie on utilise le degré carré (deg²) et ses sous multiples min² et sec². Cette mesure permet de définir l’étendue d’un champ  sur la sphère céleste, par exemple, pour caractériser l’étendue de la zone observable par un télescope ou l’étendu d’un objet céleste (galaxie, nébuleuse …).

Repères :  N’importe quelle sphère fait 4π sr = 41253 deg².
La pleine lune, comme le soleil, fait 0.2 deg².
La plus grande constellation, l’Hydre, occupe 1303 deg² et la plus petite, la Croix du Sud, 68 deg².