Coordonnées horizontales

• La hauteur est la première coordonnée du système horizontal. Notée h, elle mesure l'élévation angulaire de l'astre au-dessus de l'horizon astronomique. Elle se compte en degrés, de 0° sur l'horizon lui-même, jusqu'à +90° au zénith. Un astre situé sous l'horizon aurait une hauteur négative, le nadir se trouvant à -90°. Cette coordonnée exprime une notion immédiate : la hauteur à laquelle on doit lever les yeux pour observer l'objet. On lui préfère parfois une coordonnée complémentaire, la distance zénithale, notée z. La distance zénithale est l'angle compris entre le zénith et l'astre. La relation est triviale : h + z = 90°. Un astre au zénith a une hauteur de 90° et une distance zénithale de 0°. La distance zénithale est particulièrement utile pour calculer les effets de la réfraction atmosphérique, qui ne dépendent que de cette distance, ou pour pointer un télescope de type Dobson.

• L'azimut, noté A est la coordonnée qui donne la direction le long de l'horizon. L'azimut est défini comme l'angle entre le méridien céleste de l'observateur et le cercle vertical de l'astre, mesuré dans le plan de l'horizon. Le cercle vertical d'un astre, aussi appelé vertical de l'astre, est le demi-grand cercle qui part du zénith, descend jusqu'à l'astre, puis continue jusqu'au nadir ; il est perpendiculaire à l'horizon. L'origine de la mesure de l'azimut, c'est-à-dire le point zéro, est le point cardinal Sud en astronomie, et le Nord en géodésie et dans de nombreuses applications pratiques comme la navigation. Cette dualité est une source constante de confusion qu'il faut avoir à l'esprit. En convention astronomique, l'azimut se mesure donc dans le sens de la rotation apparente de la sphère céleste, c'est-à-dire d'est en ouest en passant par le sud, ce qui se traduit par le sens rétrograde. Ainsi, un astre plein Sud a un azimut de 0°. Un astre à l'Ouest a un azimut de 90°, au Nord de 180°, et à l'Est de 270°. La convention géodésique, utilisée sur les boussoles et les cartes topographiques, fixe l'origine au Nord et mesure l'azimut dans le sens horaire (Nord = 0°, Est = 90°, Sud = 180°, Ouest = 270°). La lecture d'un azimut nécessite donc toujours de savoir dans quelle convention il est exprimé.

Cette dépendance au lieu et au temps rend ce système inutilisable pour cataloguer la position des étoiles ou des objets du ciel profond. Un atlas du ciel en coordonnées horizontales n'aurait de validité que pour un lieu et une heure précise, et deviendrait caduc l'instant d'après. Son rôle est ailleurs, et il est capital. Il est le système roi pour la préparation et la conduite des observations. C'est en coordonnées horizontales qu'on exprime le fait qu'un objet est "visible ce soir", "bien placé", ou "trop bas sur l'horizon". Une hauteur négative indique un astre inobservable car situé sous l'horizon. Une hauteur faible, inférieure à 15° ou 20°, annonce un objet dont l'observation sera fortement perturbée par la turbulence et l'absorption atmosphériques. La distance zénithale minimale, donc la hauteur maximale atteinte lors du passage au méridien, est un critère de choix pour planifier une session d'observation.

A la hauteur de... - Dans le langage des marins, prendre la hauteur signifiait mesurer le degré de l'élévation du Soleil sur l'horizon, pour en déduire la latitude du lieu. Cette observation se faisait ordinairement à midi, lorsque le Soleil est dans le méridien du lieu de l'observation. De là est venue l'habitude de désigner la latitude sous le nom de hauteur, comme on dit :"nous étions à la hauteur des Açores, à la hauteur du cap Finistère, etc. "

Les almicantarats (ou parallèles de hauteur) - On a donné ces noms à des cercles parallèles à l'horizon, qu'on imagine passer par chaque degré, par chaque minute et par chaque seconde du méridien, compris entre l'horizon et le zénith. Ces parallèles ont conséquemment leur pôle au zénith; ce sont eux qui déterminent la hauteur des astres : de sorte que tous les astres qui sont sous le même almincantarat ou le même parallèle de hauteur ont la même hauteur. 

Les relations mathématiques entre les systèmes horizontal et horaire sont permises par le triangle de position, un triangle sphérique dont les sommets sont le pôle céleste, le zénith de l'observateur et l'astre. Ce triangle permet de convertir les coordonnées d'un système à l'autre. La hauteur et l'azimut d'un astre s'obtiennent à partir de sa déclinaison, de son angle horaire et de la latitude du lieu. Inversement, mesurer localement et à un instant précis la hauteur et l'azimut d'un astre dont on connaît la déclinaison et l'ascension droite permet de déterminer la latitude et la longitude du lieu. C'est le principe de la navigation astronomique, qui a régné sur les mers pendant des siècles. Le sextant est l'instrument qui permet de mesurer très précisément la hauteur d'un astre au-dessus de l'horizon.

En somme, le système horizontal est l'interface sensible et immédiate entre l'observateur et l'univers. Son plan fondamental est l'horizon, ses directions sont le haut, le bas, et les points cardinaux locaux. C'est un système totalement anthropocentré, un référentiel qui définit un espace vécu où le zénith est la référence absolue pour l'individu. Sa fugacité, qui lui interdit tout rôle dans la cartographie fixe du ciel, est précisément ce qui le rend indispensable à l'acte concret de l'observation astronomique. Il est le langage naturel du "regarder le ciel".