Coordonnées horaires

Le système de coordonnées horaires (Le Repérage des astres) est un système de coordonnées célestes conçu pour faciliter le passage entre le repère absolu des coordonnées équatoriales et le repère local, lié à l'observateur, des coordonnées horizontales. Son nom provient de l'utilisation de l'angle horaire comme l'une de ses deux coordonnées, une mesure directement liée au temps écoulé depuis le passage d'un astre au méridien. La compréhension de ce système nécessite de saisir sa nature duale : il emprunte son plan fondamental au système équatorial, mais sa direction de référence au système horizontal.

La spécificité absolue du système horaire réside dans sa seconde coordonnée, l'angle horaire, noté H. Là où le système équatorial utilise l'ascension droite, une coordonnée mesurée depuis un point fixe sur la sphère céleste, le point vernal, le système horaire ancre sa mesure à un plan fondamentalement local : le méridien céleste de l'observateur. Le méridien céleste est le grand cercle qui passe par les pôles célestes et par le zénith du lieu. L'angle horaire d'un astre est défini comme l'arc d'équateur céleste compris entre le méridien de l'observateur et le cercle horaire de l'astre. Le cercle horaire d'un astre est le demi-grand cercle joignant le pôle nord céleste au pôle sud céleste en passant par l'astre, c'est l'équivalent du méridien céleste pour l'astre considéré. L'angle horaire se mesure donc dans le sens de la rotation apparente de la sphère céleste, c'est-à-dire d'est en ouest, le long de l'équateur céleste, depuis le méridien du lieu jusqu'au cercle horaire de l'astre.

Cette définition implique une conséquence capitale : l'angle horaire d'un astre augmente de manière continue et uniforme avec le temps. La Terre effectue une rotation de 360° en 24 heures environ, ce qui correspond à une augmentation de l'angle horaire de 15° par heure. L'angle horaire est donc une mesure du temps sidéral local qui s'est écoulé depuis le dernier passage de l'astre au méridien. On exprime fréquemment l'angle horaire en heures, minutes et secondes de temps, où 1 heure correspond à 15 degrés. Une valeur de 0 heure signifie que l'astre est exactement sur le méridien de l'observateur, un événement appelé culmination supérieure. Un angle horaire de 6 heures correspond à un astre qui se couche à l'ouest, 12 heures à sa culmination inférieure et 18 heures à son lever à l'est. La relation fondamentale qui lie le temps sidéral local (T), l'ascension droite (α) et l'angle horaire (H) d'un astre est une simple équation : Temps sidéral local = Angle horaire + Ascension droite. Cette relation, connue sous le nom de relation du triangle de position, est la clé de voûte du passage entre les coordonnées équatoriales absolues et horaires locales. Si l'on connaît le temps sidéral local et l'ascension droite d'un objet, son angle horaire est immédiatement déterminé, et inversement.

L'utilité pratique du système horaire pour un observateur est immense, car il rend l'observation locale intuitive. Un angle horaire proche de zéro indique un objet bien placé pour l'observation, haut dans le ciel. La connaissance de l'angle horaire permet de calculer immédiatement le temps restant avant le passage au méridien d'un objet. Les montures des télescopes, en particulier les montures équatoriales, sont directement conçues autour de ce principe. Une monture équatoriale est alignée sur l'axe polaire, ce qui signifie que l'un de ses axes est parallèle à l'axe de rotation de la Terre. Le mouvement autour de cet axe, appelé axe d'ascension droite ou axe horaire, compense exactement la rotation de la Terre. Pour suivre un astre, il suffit de faire tourner le télescope autour de cet axe dans le sens inverse de la rotation terrestre à la vitesse sidérale. Les cercles gradués de cet axe indiquent directement l'angle horaire de l'astre pointé, une fois la monture correctement mise en station et calibrée.

L'angle horaire d'un astre doit être distingué de l'angle horaire d'un point. L'angle horaire du point vernal, noté T ou TSH (Temps Sidéral local), est une mesure globale pour un lieu donné à un instant donné. C'est l'angle horaire du méridien de Greenwich qui sert de base à la mesure du Temps Universel. La relation entre le temps sidéral local et le temps sidéral de Greenwich se fait simplement par la longitude géographique de l'observateur, l'est étant positif.

Le système horaire apparaît ainsi comme système hybride remarquable, combinant une coordonnée fixe et universelle, la déclinaison, avec une coordonnée locale et évolutive, l'angle horaire, directement dictée par le temps et la position de l'observateur. Ce mariage en fait l'outil conceptuel et pratique par excellence pour prévoir la position d'un astre à un instant donné depuis un lieu donné, et pour piloter les instruments qui suivent le mouvement apparent de la voûte céleste. C'est le système de l'observation en action, le pont mathématique entre les atlas du ciel intemporels et l'expérience céleste d'un soir particulier.