Le lever et du coucher des astres

Le phénomène du lever et du coucher des astres (Le jour et la nuit) est l'une des observations les plus fondamentales et universelles de l'astronomie, résultant directement de la rotation de la Terre sur elle-même. Notre planète tourne d'ouest en est, ce qui crée, pour un observateur situé à sa surface, l'illusion d'une sphère céleste immense tournant en sens inverse, d'est en ouest. Ce mouvement diurne apparent entraîne l'ensemble des corps célestes (le Soleil, la Lune, les planètes et les étoiles) au-dessus de l'horizon oriental lors du lever, les fait culminer au plus haut de leur trajectoire dans le ciel, puis les entraîne progressivement sous l'horizon occidental lors du coucher.

Le cas du Soleil illustre parfaitement la complexité de ce mécanisme, car son lever et son coucher ne sont pas fixes tout au long de l'année. En raison de l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport à son plan orbital, le point exact où le Soleil apparaît et disparaît à l'horizon varie constamment. Lors des équinoxes de printemps et d'automne, le Soleil se lève exactement à l'est et se couche exactement à l'ouest. Cependant, à mesure que l'année progresse, ce point de lever et de coucher migre vers le nord jusqu'au solstice d'été, où le Soleil atteint son écart maximal au nord-est et au nord-ouest, offrant les journées les plus longues. Il migre ensuite vers le sud jusqu'au solstice d'hiver, se levant au sud-est et se couchant au sud-ouest, marquant les journées les plus courtes.

La Lune, bien que soumise au même mouvement diurne apparent d'est en ouest dû à la rotation terrestre, possède son propre mouvement de révolution autour de la Terre. Elle se déplace d'ouest en est sur la sphère céleste, ce qui a pour conséquence qu'elle se lève et se couche en moyenne cinquante minutes plus tard chaque jour. De plus, l'orbite lunaire étant inclinée d'environ cinq degrés par rapport à l'écliptique, l'angle de sa trajectoire par rapport à l'horizon varie considérablement au fil des mois et des années, ce qui influence la durée pendant laquelle la Lune reste visible au-dessus de l'horizon et la rapidité avec laquelle elle s'élève ou s'abaisse dans le ciel.

Pour les étoiles lointaines et les constellations, le cycle de lever et de coucher est régi par le jour sidéral, qui est légèrement plus court que le jour solaire, durant exactement vingt-trois heures, cinquante-six minutes et quatre secondes. Par conséquent, les étoiles se lèvent environ quatre minutes plus tôt chaque jour par rapport au Soleil. Ce décalage quotidien, qui s'accumule pour atteindre deux heures par mois, est responsable du changement progressif du ciel nocturne au fil des saisons, faisant disparaître certaines constellations sous les rayons du soleil couchant tout en en révélant de nouvelles à l'est.

L'observation de ces levers et couchers est intimement liée à la latitude de l'observateur. À l'équateur, l'axe de rotation de la Terre est horizontal et tous les astres se lèvent et se couchent de manière quasi perpendiculaire à l'horizon, restant visibles presque exactement douze heures. À mesure que l'on s'approche des pôles, l'angle de la trajectoire des astres devient de plus en plus oblique. Dans les régions polaires, une partie de la sphère céleste ne se couche jamais : ce sont les étoiles circumpolaires qui tournent inlassablement autour du pôle céleste sans jamais franchir l'horizon. Inversement, une autre portion du ciel reste éternellement cachée sous l'horizon, ses astres ne se levant jamais. Au pôle Nord ou Sud, le Soleil ne se lève et ne se couche qu'une seule fois par an, marquant le passage de la longue nuit polaire au jour continu.

Il est également important de prendre en compte l'influence de l'atmosphère terrestre sur ce phénomène optique. La réfraction atmosphérique courbe les rayons lumineux provenant des astres lorsqu'ils traversent les couches denses de l'air près du sol. Cet effet agit comme une lentille qui soulève optiquement l'image des corps célestes. Par conséquent, lorsque nous voyons le bord inférieur du Soleil ou de la Lune toucher l'horizon lors du coucher, ces astres sont en réalité déjà entièrement passés sous l'horizon géométrique. De même, au lever, ils deviennent visibles avant même d'avoir franchi physiquement la ligne d'horizon. Cette réfraction a également pour effet d'aplatir visuellement le disque solaire ou lunaire lorsqu'ils sont très bas sur l'horizon, la réfraction étant plus forte au niveau du bord inférieur qu'au niveau du bord supérieur.

Enfin, les planètes du Système solaire présentent des levers et couchers similaires à ceux des étoiles, mais leur position change lentement sur le fond du ciel en raison de leur propre révolution autour du Soleil. Elles suivent globalement le plan de l'écliptique, de sorte que leurs trajectoires de lever et de coucher ressemblent beaucoup à celles du Soleil, oscillant au nord ou au sud de l'est et de l'ouest selon la saison et leur position orbitale. Leurs heures de lever et de coucher varient donc au fil des semaines et des mois, les rendant visibles tantôt le soir au crépuscule, tantôt le matin à l'aube, selon leur configuration géométrique par rapport à la Terre et au Soleil.

Des noms ont été donné dans le passé à certains levers et couchers d'étoiles, en relation avec les levers et couchers du Soleil. Ils s'agissait de ce qu'on appelait les  levers et couchers cosmiques, acronyques et héliaques. On les a qualifié aussi couramment de levers (et couchers) poétiques, parce que ces termes  sont fréquemment employés dans les oeuvres d'Hésiode et dans les Fastes d'Ovide : 

• Lever et coucher cosmiques. - On parle de lever cosmique lorsqu'une étoile se lève exactement au même moment que le Soleil, c'est-à-dire que son apparition à l'horizon oriental coïncide avec le début du jour. Dans cette configuration, l'astre est si proche angulairement du Soleil qu'il est immédiatement noyé dans la lumière solaire; il demeure invisible. Le coucher cosmique désigne la situation inverse : l'étoile franchit l'horizon occidental à l'instant précis où le Soleil se lève à l'est. Là encore, l'astre, trop voisin de notre étoile, se dérobe aux regards. Ces synchronismes extrêmes marquent l'entrée de l'étoile dans la phase d'invisibilité conjonctionnelle, période durant laquelle elle se trouve dans le ciel diurne et ne peut être observée. Lever et coucher cosmiques sont donc des repères théoriques de la disparition et de la réapparition géométrique d'un astre dans le cycle solaire.

• Lever et coucher acronyques (ou acroniques). - Un lever acronyque a lieu lorsqu'une étoile émerge au-dessus de l'horizon est au moment même où le Soleil se couche à l'ouest. L'astre et le Soleil sont alors en opposition, c'est-à-dire à environ cent quatre-vingts degrés l'un de l'autre sur la sphère céleste. Par conséquent, l'étoile reste visible toute la nuit : elle traverse le ciel pour culminer vers minuit, puis elle se couche à son tour au moment où le Soleil se lève. Ce second événement constitue justement le coucher acronyque : le passage de l'étoile sous l'horizon ouest coïncide avec le lever du Soleil. Ainsi, lors d'un lever acronyque puis du coucher acronyque qui lui succède, l'astre, parfaitement opposé au Soleil, offre la plus longue durée d'observation nocturne possible. Ces instants définissent le moment de l'année où l'étoile, vue depuis la Terre, est dans la direction diamétralement opposée à celle du Soleil.

• Lever et coucher héliaques. - Ces concepts possèdent une importance historique particulière car, correspondant à des phénomènes accessibles à l'observation directe, ils ont servi de base à de nombreux calendriers antiques. Le lever héliaque est le premier lever visible d'un astre le matin, avant le lever du Soleil, après une période d'invisibilité due à la proximité solaire. Pour qu'il se produise, l'astre doit être suffisamment écarté du Soleil – selon son éclat, environ une quinzaine de degrés – pour apparaître fugitivement dans les lueurs de l'aube, juste au-dessus de l'horizon est, avant que le jour ne l'efface. Ce retour de l'étoile dans le ciel matinal marque, dans de nombreuses civilisations, le début d'une saison ou d'une année. Le coucher héliaque est le phénomène symétrique en soirée : c'est le dernier coucher visible de l'astre après le coucher du Soleil, juste avant qu'il ne devienne trop proche de celui-ci pour être encore distingué dans la lumière crépusculaire. L'étoile, observée une dernière fois bas sur l'horizon ouest dans les lueurs du soir, entre ensuite en conjonction avec le Soleil et disparaît du ciel nocturne pour plusieurs semaines. Le lever et le coucher héliaques concernent des astres qui, contrairement aux cas cosmiques et acronyques, conservent un écart angulaire minimal mais sensible avec le Soleil, suffisant pour être brièvement visibles.