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Détermination du temps par les étoiles, le Soleil et la Lune

Dossier - Les calendriers : calculs et unités de mesure
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Retrouvez la genèse des calendriers modernes au travers des calendriers solaires, stellaires, lunaires et lunisolaires qui ont constitué, sur Terre, notre histoire.

  
DossiersLes calendriers : calculs et unités de mesure
 

Le tempo astronomique a façonné notre définition des jours, des mois et des années. La tête perdue dans les étoiles, l'univers a réglé, comme du papier à musique, le calendrier de la Terre.

Les phases de la Lune, ici représentées, forment les mois terrestres. ©OliBac - CC BY 3.0

Les corps célestes fournissent les normes de base pour déterminer les périodes d'un calendrier. Leur mouvement, alors qu'ils se lèvent et se déplacent, est maintenant connu pour être une rotation de la Terre, qui, bien que non uniforme, peut commodément être ramené à une moyenne pour fournir un jour propre sur le calendrier. Le jour peut être mesuré par les étoiles ou le Soleil.

Le jour sidéral stellaire fixe la journée

Si les étoiles sont employées, alors l'intervalle s'appelle le jour sidéral et est défini par la période entre deux passages d'une étoile (avec encore plus de précision au moment de l'équinoxe vernal, point de référence sur la sphère céleste) sur un méridien de référence : le jour sidéral est de 23 heures 56 minutes 4,10 secondes de temps solaire moyen.

Le jour solaire concurrence la révolution sidérale

L'intervalle entre deux passages du Soleil sur ce méridien est un jour solaire. En pratique, puisque le taux du mouvement solaire change avec les saisons, l'utilisation est faite d'un soleil artificiel qui se déplace toujours à travers le ciel à une vitesse constante.

Cette période de longueur constante, bien plus commode pour des usages civils, est le jour solaire moyen, qui, par rapport à la révolution sidérale, a une durée de 24 heures 3 minutes 56,55 secondes. Elle est un peu plus longue que le jour sidéral parce que le mouvement de la Terre sur son orbite, entre deux passages du Soleil, signifie qu'elle doit accomplir un peu plus d'une révolution pour ramener le Soleil au méridien. Le jour solaire moyen est la période utilisée dans le calcul des calendriers.

Les phases de la Lune amènent le mois synodique

Le mois est déterminé par le passage de la Lune autour de la Terre, et, comme dans le cas du jour, il y a plusieurs manières de le définir. Essentiellement, celles-ci sont de deux sortes : d'abord, le temps pris par la Lune pour accomplir une orbite autour de la Terre et, ensuite, le temps pris par la Lune pour accomplir un cycle complet de ses phases.

Parmi les sociétés primitives, le mois a été déterminé à partir des phases ; cet intervalle, le mois synodique, est maintenant connu pour être de 29,530 59 jours. Le mois synodique est devenu la base du mois civil.

La Terre tournant autour du Soleil forme les années

L'année est la période prise par la Terre pour accomplir une orbite autour du Soleil et, là encore, il y a diverses manières de la calculer. Mais pour définir un calendrier qui doit rester conforme avec les saisons, il est plus facile d'employer l'année tropique, puisque celle-ci se réfère directement au mouvement apparent du Soleil.

L'année tropique est définie comme l'intervalle entre les passages successifs du Soleil par le point vernal (c'est-à-dire le moment où il croise l'équateur céleste) vers le 21 mars. Cela correspond ainsi à 365,242 199 jours solaires moyens.

Harmonisation entre mois synodique et année tropique

L'année tropique et le mois synodique ne sont pas compatibles, 12 mois synodiques font 354,367 06 jours, presque 11 jours plus courts que l'année tropique. D'ailleurs, ni l'un ni l'autre ne se composent d'un nombre complet de jours, de sorte qu'il est nécessaire de compiler n'importe quel calendrier qui est réglé sur les phases de la Lune ou avec les saisons et d'insérer des jours complémentaires à intervalle régulier ; de telles additions sont connues comme intercalations.

Dans les calendriers lunaires primitifs, l'intercalation a souvent été réalisée en prenant alternativement des mois de 29 et 30 jours. Quand, afin de garder des dates allant de pair avec les saisons, un calendrier solaire a été adopté, une plus grande différence entre les mois et les phases de la Lune s'est produite. Le calendrier solaire a présenté bien plus de problème pour trouver la durée précise de l'année tropique.

Les observations des changements cycliques dans la vie des plantes ou des animaux étaient trop imprécises, dès lors, les observations astronomiques sont devenues nécessaires. Puisque les étoiles ne sont pas visibles quand le Soleil illumine le ciel, une manière indirecte a dû s'avérer obligatoire pour déterminer son endroit précis parmi elles. Dans les pays tropicaux et subtropicaux, il était possible d'employer la méthode des levers héliaques.

Les levers héliaques déterminent les saisons et l'année tropique

La première tâche était donc de déterminer les constellations autour du ciel entier entre lesquelles le Soleil semble se déplacer au cours d'une année. Puis, en observant les étoiles se lever à l'est, juste après le coucher du Soleil, il était possible de savoir avec précision celles qui étaient opposées dans le ciel.

De tels levers héliaques ont pu être employés pour déterminer les saisons et l'année tropique. Cependant, dans les pays tempérés, cette méthode n'est pas utilisable et il fallut en trouver une autre ; de telle sorte que des structures en bois ou en pierre ont été établies comme repère le long de l'horizon, ce qui permettait de faire des observations analogues.

Constructions humaines dans les pays tempérés

Le plus célèbre de ces monuments est Stonehenge dans le Wiltshire, en Angleterre, où la structure originale semble avoir été établie environ 2.000 ans avant Jésus-Christ, avec des corrections et des adjonctions de nouveaux éléments, quelques siècles plus tard. Il se compose de différentes séries de trous, de pierres et d'arches disposés la plupart du temps en cercle. Les observations faites il y a quelques années, donnent pour une date présumée de construction, une erreur de 1° environ.

Plus de 600 structures contemporaines, analogues mais plus rudimentaires, ont été découvertes en Grande-Bretagne, en Bretagne, et ailleurs en Europe et en Amérique. Il est évident que les observations astronomiques, dans le but de créer un calendrier, étaient une pratique répandue il y a quelque 3 ou 4 millénaires dans les pays tempérés.

Discordance entre lever de Sirius et calendrier civil en Égypte

Aujourd'hui un calendrier solaire est regardé comme allant de pair avec les saisons par une règle fixe d'intercalation. Bien que les Égyptiens, qui avaient l'habitude d'observer le lever héliaque de Sirius pour déterminer l'inondation annuelle du Nil, aient su que l'année tropique avait environ 365,25 jours, ils employaient toujours une année de 365 jours sans intercalation.

Ainsi, dans le calendrier civil, le lever de Sirius était de plus en plus hors des dates originelles au fur et à mesure de des années. En conséquence, alors que les saisons agricoles étaient réglées par le lever héliaque de Sirius, le calendrier civil a continué son propre cours séparément. Ce n'est que bien après le début des périodes romaines que fut institué le jour intercalaire, une fois tous les 4 ans, pour maintenir la coïncidence.