Pourquoi le soleil se couche plus tard : Explication des solstices et de l'inclinaison terrestre
Le lever du Soleil est ce moment magique où notre étoile semble apparaître à l’horizon, et son coucher celui où elle disparaît derrière lui. Mais saviez-vous que ce n’est qu’une illusion ? C’est notre propre planète, la Terre, qui, en tournant sur elle-même (autour de son axe), donne cette impression de mouvement au Soleil. Un peu comme si vous tourniez sur vous-même et que les objets autour de vous semblaient bouger !
On connaît tous la phrase : « le soleil se lève à l’Est et se couche à l’Ouest ». Cette petite phrase est une mine d’or pour ne plus jamais vous tromper sur l’orientation ! Ce qui nous donne une formule facile à retenir : Le soleil se lève à l’Est et se couche à l’Ouest !
L'inclinaison de la Terre et son impact sur les saisons
Si le Soleil se lève toujours globalement à l’Est et se couche à l’Ouest, vous avez peut-être remarqué qu’il ne le fait pas exactement au même endroit chaque jour de l’année. Cela est dû à l’inclinaison de l’axe de la Terre ! Notre planète ne tourne pas « droite » par rapport à son orbite autour du Soleil, elle est légèrement penchée.
En été, dans l’hémisphère Nord, la Terre est penchée de sorte que le Soleil semble se lever plus au nord-est et se coucher plus au nord-ouest. En hiver, c’est l’inverse : le Soleil se lève plus au sud-est et se couche plus au sud-ouest. Aux équinoxes (printemps et automne, vers le 20 mars et le 22 septembre), le Soleil se lève et se couche exactement à l’Est et à l’Ouest.
La Terre est inclinée sur son axe. Quand il est au-dessus, c'est l'été, l'hiver s'il est en dessous. Il n'y a pas de basculement brusque. Le passage du jour à la nuit est progressif. De même que quand le soleil se couche, la nuit n'arrive pas immédiatement. Il y a une période de crépuscule (et aussi le matin, le jour se lève avant le soleil). Ensuite, ce n'est pas symétrique. Car il fait jour sans que le Soleil soit au-dessus de l'horizon, donc il y a plus de jour que de nuit.
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Si cet axe était bien droit, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de son orbite, quel que soit l'endroit sur Terre, la journée durerait 12 heures (+ la durée des crépuscules).
Faisons une petite expérience pour comprendre ce phénomène : prenons une lampe qui illumine sur 360 degrés (tout autour d’elle) pour représenter le Soleil, et un globe terrestre. On observe qu’une moitié du globe est à l’ombre (c’est la nuit) et l’autre moitié est éclairée (c’est le jour). Les lignes sur le globe où l’ombre rencontre la lumière représentent les régions qui sont dans la pénombre, entre le jour et la nuit (dans ce cas là, elles coïncident avec des méridiens terrestres). Aussi, on observe que l’éclairage est symétrique par rapport à l’équateur. L’angle d’incidence des rayons du soleil dépend de la distance à l’équateur, mais pas de l’hémisphère Nord ou Sud.
Pour représenter le passage d’une journée, faisons tourner le globe sur son axe (un tour = une journée = 24 h). Pendant le passage d’une journée la situation aux pôles ne change pas. Conclusion 1: « Si l’axe terrestre était vertical par rapport au plan de rotation autour du soleil, il n’y aurait pas de saisons sur la Terre, et en particulier, les pôles seraient dans une éternelle pénombre!!
On observe que l’éclairage n’est plus symétrique par rapport à l’équateur et que les lignes de jonction entre le jour et la nuit ne sont plus des méridiens terrestres : un hémisphère (le Nord dans l’exemple) est plus éclairé que l’autre. Dans l’hémisphère le plus éclairé, les régions éclairées sont plus étendues, en conséquence, il présente des jours plus longs que l’autre hémisphère. Inversement, l’hémisphère moins éclairé présente des longues nuits. Après un demi-tour, nous observons que l’hémisphère le plus éclairé passe à être le moins éclairé: il passe de l’été à l’hiver. Pendant ce demi-tour l’autre hémisphère (Sud dans l’exemple) passe de l’hiver à l’été.
Le Solstice d'été : Le jour le plus long
Le solstice d'été marque le début de la saison estivale. Le début de l'été tombe toujours au mois de juin, le jour de l'année où la lumière du soleil dure le plus tard dans la journée. Il a lieu chaque année entre le 20 et le 22 juin dans notre calendrier, correspond ainsi au jour le plus long de l'année dans l'hémisphère nord... A contrario du solstice d'hiver, entre le 20 et le 22 décembre, qui désigne, toujours dans notre hémisphère, le jour le plus court de l'année.
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Pour faire simple, cet épisode astronomique a lieu deux fois par an, à six mois d'intervalle. Après le solstice d'été, le jour du 22 juin sera tout aussi long. C'est donc à partir du 23 juin que la durée de la lumière du soleil déclinera pour arriver au jour le plus court, le solstice d'hiver, qui correspond à environ huit heures de lumière. On pense que le solstice d'été a toujours lieu le 21 juin, mais ce n'est pas vrai.
Comment définir le solstice d'été ? Il correspond au moment de l'année où la trajectoire du Soleil, vue de la Terre, atteint son maximum septentrional (dans l'hémisphère nord) ou méridional (dans l'hémisphère sud). En d'autres termes, lors du solstice d'été, à nos latitudes, le Soleil "passe" à son zénith, au niveau du Tropique du Cancer. En réalité, ce n'est pas un mouvement de notre étoile qui produit ce phénomène, mais bien la révolution de la Terre autour du Soleil. En effet, l'axe de notre planète est incliné de 23 degrés par rapport au plan de l'écliptique, c'est-à-dire le plan sur lequel la Terre se déplace par rapport au soleil. Nous avons donc l'illusion d'un déplacement du Soleil dans le ciel.
La conséquence la plus évidente du phénomène du solstice d'été est l’allongement maximum de la durée du jour visible. A partir du lendemain, la durée de la journée commencera à redescendre progressivement. D’abord imperceptiblement, puis de plus en plus vite jusqu’à l’équinoxe d’automne.
Plus on s'approche du cercle polaire arctique, plus elle augmente. Au nord de la Norvège, le Soleil ne descend quasiment pas sous l'horizon : il n'y a pas de nuit à proprement parler. Là-bas, le Soleil cesse carrément de se coucher à partir du solstice d'été au niveau du cercle polaire arctique. Dans l'hémisphère sud, le phénomène est inversé. Au moment du solstice d'été dans nos contrées, l'Antarctique est plongé dans les ténèbres.
En définitive, le lever et le coucher du Soleil sont bien plus qu’une simple routine quotidienne. Ce sont les témoins silencieux de la danse cosmique de notre planète. Chaque aube et chaque crépuscule nous rappellent non seulement la rotation incessante de la Terre, mais aussi l’élégance de son inclinaison qui sculpte nos saisons.
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Variations et particularités
Attention cependant : si c'est théoriquement au moment du solstice d'été que le soleil se lève le plus tôt le matin ou se couche le plus tard le soir, ce principe n'est pas toujours rigoureusement exact. En cause, la course légèrement elliptique de la Terre autour du Soleil, marquée par des accélérations et des ralentissements. Cela s'explique tout simplement par le calendrier grégorien, comme l'explique le site Numerama. Ce dernier a été adopté en 1582 et il prévoit qu'une année dure 365 jours, sauf pour les années bissextiles qui ont lieu tous les quatre ans et durant lesquelles on compte 366 jours avec l'ajout d'un 29 février.
Lorsqu'on étudie un calendrier de 1996 indiquant les heures de levers et couchers du Soleil, on peut remarquer que le Soleil ne se lève un peu plus tôt qu'à partir de début janvier et qu'il se couche plus tard à partir de mi-décembre. Donc, le jour s'allonge d'abord par les heures post-méridiennes puis, 3 semaines après, par les heures anté-méridiennes, et ce, nonobstant la date du solstice, censée délimiter l'allongement des jours, que j'ai toujours pensé également réparti entre les heures du matin et celles de l'après-midi !
L'explication en est la suivante : à cause de la réfraction de la lumière du Soleil dans les couches basses de l'atmosphère, réfraction qui dévie les rayons lumineux, le Soleil nous apparaît un peu plus haut au dessus de l'horizon qu'il ne l'est en réalité. Il apparaitra donc le matin au dessus de l'horizon un peu plus tôt et disparaîtra le soir un peu plus tard sous l'horizon que ce qui est prévu par les calculs de mécanique céleste, nous accordant ainsi quelques minutes de lumière en plus.
Si on calcule la longueur de la journée pour tous les jours des mois de juin et juillet, on constate que le jour le plus long se situe bien au solstice d'été, le 21 juin, mais il y a un décalage entre les jours où le Soleil se couche le plus tard et les jours où le Soleil se lève le plus tôt. De la même façon, si on calcule la longueur de la journée pour les mois de décembre et janvier, on trouve bien que le jour du solstice d'hiver correspond au jour le plus court (21 ou 22 décembre), mais il y a un décalage encore plus net entre les jours où le Soleil se lève le plus tard et les jours où le Soleil se couche le plus tôt, puisqu'il n'y a même pas de recouvrement entre les deux intervalles de temps ainsi définis.
Le crépuscule : Une transition douce entre le jour et la nuit
De même que quand le soleil se couche, la nuit n'arrive pas immédiatement. Il y a une période de crépuscule (et aussi le matin, le jour se lève avant le soleil).
Il existe différents types de crépuscule :
- Crépuscule civil: de 0° à 6° au-dessous de l'horizon.
- Crépuscule nautique: de 6° à 12° au-dessous de l'horizon.
- Crépuscule astronomique: de 12° à 18° au-dessous de l'horizon.