Mouvement diurne

Pour comprendre ce ballet céleste, il faut imaginer que la voûte étoilée se comporte comme une sphère rigide centrée sur notre planète, la sphère céleste. Les étoiles y occupent des positions presque fixes les unes par rapport aux autres. Chaque jour, cette sphère accomplit un tour complet autour d'un axe imaginaire qui passe par les pôles célestes, lesquels sont situés exactement dans le prolongement de l'axe de rotation de la Terre. Dans l'hémisphère nord, le pôle nord céleste est tout proche de l'étoile Polaire ; dans l'hémisphère sud, le pôle sud céleste ne coïncide avec aucune étoile brillante. L'axe de rotation de la sphère céleste perce donc le ciel en deux points fixes autour desquels tout semble pivoter.

Le mouvement diurne se manifeste par le lever des astres à l'horizon est, leur montée progressive dans le ciel, leur culmination (c'est-à-dire leur passage au plus haut au-dessus de l'horizon, plein sud pour un observateur de l'hémisphère nord) puis leur descente vers l'horizon ouest, où ils finissent par se coucher. Cette trajectoire en arc de cercle est d'autant plus haute dans le ciel que l'astre est proche de l'équateur céleste, ligne imaginaire projetant l'équateur terrestre sur la sphère céleste. Un astre situé exactement sur l'équateur céleste se lève exactement à l'est, culmine au zénith pour un observateur placé sur l'équateur terrestre, et se couche exactement à l'ouest après douze heures de présence dans le ciel.

L'arc et le cercle diurnes - L'arc diurne est le nombre de degrés que semble décrire un astre entre son lever et son coucher. Le cercle diurne est le cercle dont un astre semble décrire la circonférence par suite du mouvement diurne.

Entre ces deux extrêmes, sous les latitudes tempérées, le ciel se divise en trois catégories d'astres selon leur comportement face au mouvement diurne. Certaines étoiles, suffisamment proches du pôle céleste visible, ne passent jamais sous l'horizon : elles sont dites circumpolaires et dessinent des cercles complets autour du pôle chaque jour. Pour un observateur à Paris, la Grande Ourse, Cassiopée ou la Polaire ne se couchent jamais. D'autres étoiles, situées près du pôle opposé, demeurent en permanence sous l'horizon et ne sont jamais visibles depuis cette latitude. Entre les deux, la majorité des étoiles se lèvent et se couchent quotidiennement, leur durée de présence au-dessus de l'horizon dépendant de leur déclinaison et de la saison.

Le Soleil lui-même participe au mouvement diurne, mais son déplacement propre sur l'écliptique (d'environ un degré par jour vers l'est) fait qu'il ne repasse pas au méridien au bout du même intervalle que les étoiles. Les étoiles bouclent un tour complet en un jour sidéral, soit environ 23 heures 56 minutes. Le jour solaire, mesuré entre deux passages successifs du Soleil au méridien, dure en moyenne 24 heures. Cette différence de quatre minutes par jour explique pourquoi, à une même heure, le ciel étoilé se décale lentement au fil des semaines, offrant des constellations différentes selon les saisons à la même heure de la nuit. La Lune et les planètes, qui possèdent aussi un mouvement propre sensible, se conforment au mouvement diurne général tout en glissant légèrement par rapport au fond étoilé, levers et couchers se produisant chaque jour un peu plus tard pour la Lune, de manière variable pour les planètes.

L'observation du mouvement diurne permet de déterminer facilement la direction du nord et la latitude. En retrouvant la Polaire, on identifie l'axe du monde ; sa hauteur au-dessus de l'horizon donne directement la latitude du lieu. Une pose photographique longue, de plusieurs heures, dirigée vers le pôle céleste, enregistre des traînées lumineuses qui sont autant d'arcs de cercle concentriques ; ces star trails sont l'enregistrement direct du mouvement diurne. Le centre de ces arcs est le pôle céleste lui-même. Si l'on vise l'équateur céleste, les traînées deviennent des lignes droites, preuve que la rotation y est perpendiculaire à l'axe de visée.

Le mouvement diurne est la trame de fond de toute l'astronomie d'observation. La monture équatoriale d'un télescope compense précisément cette rotation apparente en pivotant autour d'un axe parallèle à l'axe terrestre, à la même vitesse mais en sens inverse. Les cadrans solaires exploitent l'ombre portée d'un style orienté selon l'axe du monde, transformant le mouvement diurne apparent du Soleil en mesure du temps. Même notre perception quotidienne du lever et du coucher du Soleil, de la course des ombres et de la succession du jour et de la nuit, trouve son origine dans cette ronde céleste que la rotation terrestre imprime à toute la voûte étoilée.