4.3 : Respecter le temps

Objectifs d'apprentissage

À la fin de cette section, vous serez en mesure de :

• Expliquez la différence entre le jour solaire et le jour sidéral
• Expliquer l'heure solaire moyenne et la raison des fuseaux horaires

La mesure du temps est basée sur la rotation de la Terre. Tout au long de l'histoire de l'humanité, le temps a été compté en fonction de la position du Soleil et des étoiles dans le ciel. Ce n'est que récemment que les horloges mécaniques et électroniques ont assumé cette fonction en régulant nos vies.

La durée de la journée

L'unité de temps astronomique la plus fondamentale est le jour, mesuré en termes de rotation de la Terre. Il existe toutefois plusieurs manières de définir le jour. Habituellement, nous la considérons comme la période de rotation de la Terre par rapport au Soleil, appelée jour solaire. Après tout, pour la plupart des gens, le lever du soleil est plus important que l'heure du lever d'Arcturus ou d'une autre étoile. Nous avons donc réglé nos horloges sur une version de l'heure du soleil. Cependant, les astronomes utilisent également un jour sidéral, qui est défini en termes de période de rotation de la Terre par rapport aux étoiles.

Un jour solaire est légèrement plus long qu'un jour sidéral car (comme vous pouvez le voir sur la figure) la Terre non seulement tourne mais se déplace également le long de sa trajectoire autour du Soleil en une journée. Supposons que nous commencions lorsque la position orbitale de la Terre se situe au premier jour, avec le Soleil et une étoile éloignée (située dans la direction indiquée par la longue flèche blanche pointant vers la gauche), directement en ligne avec le zénith de l'observateur sur Terre. Lorsque la Terre a effectué une rotation par rapport à l'étoile distante et qu'elle est au deuxième jour, la longue flèche pointe à nouveau vers la même étoile éloignée. Cependant, notez qu'en raison du mouvement de la Terre le long de son orbite du premier au deuxième jour, le Soleil n'a pas encore atteint une position au-dessus de l'observateur. Pour terminer une journée solaire, la Terre doit effectuer une rotation supplémentaire, égale à 1/365 de tour complet. Le temps requis pour cette rotation supplémentaire est de 1/365 de jour, soit environ 4 minutes. Le jour solaire dure donc environ 4 minutes de plus que le jour sidéral.

Figure la\(\PageIndex{1}\) différence entre un jour sidéral et un jour solaire. Il s'agit d'une vue de dessus, qui montre la Terre en orbite autour du Soleil. Comme la Terre se déplace autour du Soleil (environ 1° par jour), après une rotation complète de la Terre par rapport aux étoiles, nous ne voyons pas le Soleil dans la même position.

Comme nos horloges ordinaires sont réglées sur l'heure solaire, les étoiles se lèvent 4 minutes plus tôt chaque jour. Les astronomes préfèrent le temps sidéral pour planifier leurs observations, car dans ce système, une étoile se lève tous les jours à la même heure.

Exemple\(\PageIndex{1}\) : heure sidérale et heure solaire

Le Soleil fait un cercle complet dans le ciel environ toutes les 24 heures, tandis que les étoiles font un cercle complet dans le ciel en 4 minutes moins de temps, soit 23 heures et 56 minutes. Cela fait que la position des étoiles à une heure donnée du jour ou de la nuit change légèrement chaque jour. Comme les étoiles se lèvent 4 minutes plus tôt chaque jour, cela représente environ 2 heures par mois (4 minutes × 30 = 120 minutes ou 2 heures). Ainsi, si une constellation particulière se lève au coucher du soleil en hiver, vous pouvez être sûr qu'en été, elle se lèvera environ 12 heures plus tôt, avec le lever du soleil, et qu'elle ne sera plus aussi facilement visible dans le ciel nocturne. Disons que ce soir, l'étoile brillante Sirius se lève à 19 heures d'un endroit donné, de sorte qu'à minuit, elle est très haute dans le ciel. À quelle heure Sirius ressuscitera-t-il dans trois mois ?

Solution

Dans trois mois, Sirius augmentera plus tôt de :

\[ 90 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} = 360 \text{ minutes or } 6 \text{ hours} \nonumber\]

Il se lèvera vers 13 h et sera haut dans le ciel au coucher du soleil au lieu de minuit. Sirius est l'étoile la plus brillante de la constellation de Canis Major (le gros chien). Une autre constellation sera donc bien visible dans le ciel à une date ultérieure.

Exercice\(\PageIndex{1}\)

Si une étoile se lève à 20 h 30 ce soir, à quelle heure environ se lèvera-t-elle dans deux mois ?

Réponse

Dans deux mois, l'étoile se lèvera :

\[ 60 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} =240 \text{ minutes or } 4 \text{ hours earlier.} \nonumber\]

Cela signifie qu'il augmentera à 16 h 30.

Heure solaire apparente

Nous pouvons définir le temps solaire apparent comme le temps calculé en fonction de la position réelle du Soleil dans le ciel (ou, pendant la nuit, de sa position sous l'horizon). C'est le type d'heure indiqué par les cadrans solaires, et il s'agit probablement de la plus ancienne mesure du temps utilisée par les civilisations anciennes. Aujourd'hui, nous prenons le milieu de la nuit comme point de départ de la journée et mesurons le temps en heures écoulées depuis minuit.

Pendant la première moitié de la journée, le Soleil n'a pas encore atteint le méridien (le grand cercle du ciel qui passe par notre zénith). Nous désignons ces heures comme étant antérieures à midi (ante méridien, ou matin), avant que le Soleil n'atteigne le méridien local. D'habitude, nous recommençons à numéroter les heures après midi et les désignons avant l'après-midi (après le méridien), une fois que le soleil a atteint le méridien local.

Bien que l'heure solaire apparente semble simple, elle n'est pas vraiment très pratique à utiliser. La durée exacte d'une journée solaire apparente varie légèrement au cours de l'année. La progression du Soleil vers l'est lors de son voyage annuel autour du ciel n'est pas uniforme car la vitesse de la Terre varie légèrement sur son orbite elliptique. Une autre complication est que l'axe de rotation de la Terre n'est pas perpendiculaire au plan de sa révolution. Ainsi, le temps solaire apparent n'avance pas à un rythme uniforme. Après l'invention des horloges mécaniques qui fonctionnent à un rythme uniforme, il est devenu nécessaire d'abandonner le jour solaire apparent en tant qu'unité de temps fondamentale.

Heure solaire moyenne et heure normale

Nous pouvons plutôt considérer l'heure solaire moyenne, qui est basée sur la valeur moyenne du jour solaire au cours de l'année. Une journée solaire moyenne contient exactement 24 heures et c'est ce que nous utilisons dans notre chronométrage quotidien. Bien que l'heure solaire moyenne présente l'avantage de progresser à un rythme uniforme, elle n'est pas pratique pour une utilisation pratique car elle est déterminée par la position du Soleil. Par exemple, midi se produit lorsque le soleil est au-dessus de la tête. Mais comme nous vivons sur une Terre ronde, l'heure exacte de midi est différente lorsque vous changez de longitude en vous déplaçant vers l'est ou l'ouest.

Si l'heure solaire moyenne était strictement respectée, les personnes voyageant vers l'est ou l'ouest devraient remettre à zéro leur montre en permanence à mesure que la longitude changeait, juste pour lire correctement l'heure moyenne locale. Par exemple, un navetteur qui se rend d'Oyster Bay sur Long Island à New York devrait ajuster l'heure de son trajet par le tunnel de l'East River, car l'heure d'Oyster Bay est en fait environ 1,6 minute plus avancée que celle de Manhattan. (Imaginez un voyage en avion pendant lequel un agent de bord odieux passe à l'interphone toutes les minutes en disant : « Réinitialisez votre montre pour l'heure locale. »)

Jusqu'à la fin du XIXe siècle, chaque ville des États-Unis conservait sa propre heure locale. Cependant, avec le développement des chemins de fer et du télégraphe, la nécessité d'une certaine normalisation est devenue évidente. En 1883, les États-Unis étaient divisés en quatre fuseaux horaires standard (aujourd'hui six, y compris Hawaï et l'Alaska), chacun ayant un système horaire à l'intérieur de ce fuseau.

En 1900, la majeure partie du monde utilisait le système de 24 fuseaux horaires mondiaux normalisés. Au sein de chaque zone, tous les lieux gardent la même heure standard, l'heure solaire moyenne locale d'une ligne de longitude standard passant plus ou moins par le milieu de chaque zone. Désormais, les voyageurs ne réinitialisent leur montre que lorsque le changement d'heure atteint une heure complète. L'heure normale du Pacifique est 3 heures plus tôt que l'heure normale de l'Est, un fait qui devient malheureusement évident en Californie lorsqu'une personne sur la côte est vous oublie et vous appelle à 5 heures du matin.

À l'échelle mondiale, presque tous les pays ont adopté un ou plusieurs fuseaux horaires standard, bien que l'un des plus grands pays, l'Inde, ait opté pour un demi-fuseau horaire, à 5,5 heures de la norme de Greenwich. De plus, plusieurs grands pays (Russie, Chine) n'utilisent officiellement qu'un seul fuseau horaire, de sorte que toutes les horloges de ce pays gardent la même heure. Au Tibet, par exemple, le soleil se lève alors que les horloges (qui indiquent l'heure de Pékin) indiquent qu'il est déjà en milieu de matinée.

L'heure d'été est simplement l'heure normale locale du lieu plus 1 heure. Il a été adopté pour une utilisation au printemps et en été dans la plupart des États des États-Unis, ainsi que dans de nombreux pays, pour prolonger l'ensoleillement jusqu'aux heures du soir, sur la théorie apparente qu'il est plus facile de changer l'heure par une action gouvernementale que pour les particuliers ou les entreprises de modifier leurs propres horaires. pour produire le même effet. Bien entendu, elle ne « sauve » aucune lumière naturelle, car la quantité de lumière solaire n'est pas déterminée par ce que nous faisons avec nos horloges, et son respect fait l'objet d'un débat législatif dans certains États.

La ligne de date internationale

Le fait que le temps avance toujours à mesure que l'on se déplace vers l'est pose un problème. Supposons que vous voyagiez vers l'est pour faire le tour du monde. Vous passez dans un nouveau fuseau horaire, en moyenne, environ tous les 15° de longitude que vous parcourez, et à chaque fois vous réglez consciencieusement votre montre d'une heure à l'avance. À la fin de votre voyage, vous avez réglé votre montre 24 heures à l'avance et vous avez ainsi gagné une journée par rapport à ceux qui sont restés chez vous.

La solution à ce dilemme est la ligne de changement de date internationale, fixée par un accord international pour suivre approximativement le méridien de 180° de longitude. La ligne de changement de date longe le milieu de l'océan Pacifique, mais elle fait un peu de jogging à quelques endroits pour éviter de traverser des groupes d'îles et de traverser l'Alaska (Figure\(\PageIndex{2}\)). Par convention, à la ligne de date, la date du calendrier est modifiée d'un jour. En franchissant la ligne de changement de date d'ouest en est, en avançant ainsi votre temps, vous compensez en diminuant la date ; en traversant d'est en ouest, vous augmentez la date d'un jour. Pour maintenir notre planète sur un système rationnel de chronométrage, nous devons simplement accepter que la date varie d'une ville à la fois à l'autre. Un bon exemple est la date à laquelle la marine impériale japonaise a bombardé Pearl Harbor à Hawaï, connue aux États-Unis sous le nom de dimanche 7 décembre 1941, mais enseignée aux étudiants japonais le lundi 8 décembre.

Figure\(\PageIndex{2}\) : La ligne de date internationale est une ligne tracée arbitrairement sur Terre où la date change. Pour que les voisins n'aient pas des jours différents, la ligne est située là où la surface de la Terre est principalement constituée d'eau.

Résumé

L'unité de base du temps astronomique est le jour, soit le jour solaire (calculé par le Soleil), soit le jour sidéral (calculé par les étoiles). Le temps solaire apparent est basé sur la position du Soleil dans le ciel, et le temps solaire moyen est basé sur la valeur moyenne d'un jour solaire au cours de l'année. Par accord international, nous définissons 24 fuseaux horaires dans le monde, chacun ayant sa propre heure standard. La convention de la ligne de changement de date internationale est nécessaire pour rapprocher les temps des différentes parties de la Terre.

Lexique

heure solaire apparente

heure mesurée par la position du Soleil dans le ciel (heure qui serait indiquée par un cadran solaire)

Ligne de date internationale

une ligne arbitraire sur la surface de la Terre à une longitude de 180° à travers laquelle la date change d'un jour

heure solaire moyenne

temps basé sur la rotation de la Terre ; le temps solaire moyen passe à un rythme constant, contrairement au temps solaire apparent

journée sidérale

Période de rotation de la Terre définie par la position des étoiles dans le ciel ; temps entre les passages successifs d'une même étoile par le méridien

journée solaire

Période de rotation de la Terre définie par la position du Soleil dans le ciel ; temps entre les passages successifs du Soleil par le méridien