La Lune se lève quelques temps avant le soleil et nous présente un croissant de plus en plus mince. À 5 jours de la nouvelle Lune, les régions à l'ombre deviennent de plus en plus nombreuses, et sur cette photo, on voir le cratère Fracastorius qui borde la Mer du Nectar, avec sa forme circulaire caractéristique, en haut et au bord du terminateur, se faire manger par l'ombre.

Le XXè siècle offre à nouveau une révolution dans le point en mer. Tout d'abord avec la mise en place de l'heure GMT (heure solaire moyenne à Greenwich, c'est à dire l'heure solaire vraie corrigée de l'équation du temps qui prend en compte que la Terre tourne autour du Soleil en suivant une ellipse et non un cercle). Avec l'invention des horloges atomiques de plus en plus précises, on s'affranchit de l'astronomie pour définir le temps (un peu comme Harrisson en son temps) car la Terre subit de légères variation d'orbite qui sont au dessus de l'ordre de précision souhaité. Le temps atomique (TAi) régulièrement corrigé pour coller au mieux à la rotation terrestre s'impose en 1972 : c'est le temps UTC sur lequel se cale tous les pays du monde en y ajoutant une correction de fuseau horaire (en générale des heures entières).

Parallèlement, on abandonne le sextant pour des système de positionnnement par ondes électromagnétiques : la radionavigation d'abord avec le système Loran et ses antennes à terre, qui par triangulation peremettait une précision de 800 m. Puis le GNSS (positionnement par satellites) vers les années 2000, dont le GPS est l'un des représentants les plus connus. Avec ce système, le navire peut être positionné à quelques mètres près, voire quelques centimètres en fonction du récepteur utilisé. Avec une petite particularité, le méridien origine du GPS n'est pas celui de Greenwich, il est légèrement décalé…

À noter qu'en théorie, les marins professionnels sont sensés savoir faire le point au sextant en cas de panne du récepteur GNSS ou en cas de brouillage des ondes…

La planète géante est de retour le matin depuis quelques semaines. Elle se lève de plus en plus tôt, et donc se trouve de plus en plus haut dans le ciel avant que l'aube ne devienne envahissante. Et plus elle s'élève, plus elle s'échappe de la turbulence atmosphérique, et plus il est facile de lui tirer le portrait. La voici avec son cortège de satellites dit galiléens (qui ont servis à rectifier la carte de France) dans l'ordre de gauche à droite : Io, Europe, Callisto et Ganymède.

Il faut attendre encore un peu pour que Jupiter se rapproche de la Terre et qu'elle s'élève encore dans le ciel, la rendant ainsi plus facilement photographiable encore, mais l'opposition prévue le 14 juillet ne la verra beaucoup plus haute dans le ciel car elle sera à 24° de hauteur (contre 22,5° ce matin). Il faut encore patienter trois ou quatre ans pour avoir des hauteurs plus exploitables.

Le XIXè siècle est le siècle de la navigation par lieux géométriques. L'idée de départ est simple : si on connaît la hauteur d'un astre – mesurée grâce au sextant – et la position de son « pied », projection du soleil sur la sphère terrestre – mesurée grâce au chronomètre et aux tables astronomiques – on peux en déduire que le navire se situe quelque part sur un grand cercle dont le centre est le pied de l'astre  et le rayon est la hauteur de l'astre, convertie en milles. Tous les bateaux situés sur ce grand cercle voient cet astre sous le même angle. Il suffit de faire un autre relevé avec un deuxième astre, et donc d'obtenir un deuxième cercle afin de déterminer deux points, dont l'est la position réelle, l'autre étant manifestement trop loin si le suivi du navire a été fait correctement (souvent l'une des intersections se trouve dans l'hémisphère nord, l'autre dans l'hémisphère sud : il est facile d'éliminer l'une ou l'autre position). Mais encore faut-il avoir deux astres à disposition en même temps (Soleil + Lune, ou deux étoiles) et cela n'est pas toujours possible. On peut s'en sortir en faisant un deuxième pointage sur le même astre quelques heures plus tard, mais il faut suivre avec soin la dérive du bateau, qui permet de translater la première droite.

Pour éviter ces incertitudes, on va essayer de ruser en considérant tout d'abord que le cercle de position est tellement grand que son tracé sur une carte de marine, peut être confondue par une droite appelée droite de hauteur ou droite de Sumner (du nom du capitaine britannique qui s'en est aperçu empiriquement). À partir de cette découverte, l'Amiral français Marcq St-Hilaire propose de choisir un point estimé (idoinement pour simplifier les calculs) puis de déterminer le décalage de la droite de hauteur par rapport à ce point estimé. La position du bateau est à l'intersection de cette droite de hauteur et de la droite qui passe par le point estimé et le pied de l'astre (ces deux droites sont perpendiculaires, puisque rayon du grand cercle de hauteur). On a donc besoin que d'un seul relevé mais en revanche les relevés doivent être réguliers afin que le point estimé ne soit pas trop faux (ce qui finit par fausser les calculs). Cette méthode sera utilisée par les marins jusque dans les années 1990.

Pour que le relevé soit le plus précis possible, il faut encore améliorer les sextants et les chronomètres de Marine dont la production s'industrialise faisant par là même baisser les coûts.

Nous avons vu dans l'épisode précédent que la connaissance de l'heure du port de départ est une condition indispensable pour calculer la longitude du bateau. Alors que la marine commence à être équipée de chronomètres, se pose la question du contrôle et du la mise à l'heure de ces chronomètres. Vers 1820/1850, les observatoires de la marine (dont celui de Rochefort) mettent au point un système visuel sur lequel était braqué toutes les lunettes des capitaines dont les navires mouillaient au port. À une heure déterminée, ce système optique changeait et signalait ainsi l'heure exacte. En France, ces systèmes se sont perdus, mais en Angleterre, celui de Greenwich fonctionne toujours, c'est la « timeball », cette boule rouge qui 5 minutes avant 13h est remontée en haut du mat puis tombe à 13h pile. Avec l'invention de la communication par onde radio (Télégraphie Sans Fil – TSF) , l'heure peut être diffusée et reçue dans un rayon de plusieurs miliers de kilomètres. À Paris, l'utilisation de la Tour Eiffel en tant qu'émetteur du top horaire de midi et de minuit a sauvé la dame de fer d'une destruction décidée pourtant pour la fin de la concession de 20 ans, en 1909.

Développée en concurrence à la méthode des distances lunaires, la méthode chronométrique a pour principe de base de garder le temps du port de départ, mais de manière mécanique, cette fois-ci. La précision demandée (2 minutes sur 2 mois) était déjà atteignable avec les horloges sur terre parfaitement calées et stables, mais en mer, les mouvements du navire rendaient ces horloges inutilisables. John Harrison, un horloger anglais, intéressé par la récompense de 20000£, s'est employé à inventer un chronomètre de marine qui pourrait faire abstraction du roulis et du tangage. En 1730, il se met à la fabrication de son premier prototype, le H1, qui sera suivi de 3 autres, le dernier, le H4 mis au point en 1759 et testé en 1761 et à nouveau en 1765. La précision était supérieure à la commande (5 secondes au bout d'une traversée transatlantique), mais la commission, composée d'astronomes juges et parties qui voulaient favoriser la méthode des distances lunaires, n'a pas voulu remettre le prix. C'est le roi Georges III qui demandera au Parlement de récompenser ce modeste horloger.

Les quatre prototypes, oubliés jusqu'en 1920 dans les caves de l'observatoire de Greenwich, sont désormais exposées en bonne place (la photo ci-dessus prise lors de mon voyage à Londres l'année dernière) présente le H4. Une copie du H4 a servi à James Cook pour sa deuxième circumnavigation et après avoir utilisé la méthode des distances lunaires lors de sa première circumnavigation, il en a conclu à la supériorité de la méthode chronométrique.

Celle-ci a cependant mis du temps à s'imposer, car le prix d'un chronomètre de marine est resté longtemps prohibitif. Et pour être sûr de l'heure, il en fallait trois à bord… Ces gardes-temps ont commencé à être accessibles en terme de prix après les guerres napoléoniennes.

Les Pléiades sont un amas d'étoiles jeunes que l'on repère facilement dans le ciel d'hiver (comme par exemple ici, il y a quelques jours) non loin d'Orion. Elles sont situées dans la constellation voisine du Taureau. Et hasard des positions relatives, Vénus traverse cet amas ce soir. On la devine très brillante au milieu des 9 étoiles principales de cet amas (on en compte plus de 3000 en tout).

EOS 1000D - Newton N150/750 mm - 2 s - f/5 - 200 ISO

StarLink  est un projet d'internet par satellite en orbite basse (entre 300 et 1200 km d'altitude à comparer aux 408 km de l'ISS) qui devrait fournir l'internet à haut débit sur tous les points du globe, à terme, avec débit plus élevé et un temps de latence (ping) plus court qu'avec un satellite géostationnaire. Pour fonctionner ce projet a besoin d'une constellation de 12000 satellites qui sont un fléau pour l'observation astronomique. En effet, après le coucher du soleil ces satellites, encore éclairés par le soleil, produisent un éclat lumineux visibles depuis la Terre et qui sur une pose photographique de 30 secondes se transforment en une rayure. Comme ces satellites sont peu espacés les uns les autres, ces « rayures » se succèdent sur le cliché à un rythme bien plus élevé qu'un flash irridium. Après la pollution lumineuse dus aux éclairages terrestres, voici la pollution lumineuse venue du ciel…

D'autres projets de ce type sont en cours d'élaboration, mais on a appris que l'un d'entre eux s'était mis en faillite hier des suites du coronavirus.

Pour en savoir plus, vous pouvez regarder cet article de Guillaume Cannat.

EOS 1000D - Canon 24 mm STM - 30 s - f/2.8 - 800 ISO

Après le naufrage de la flotte d'un Amiral anglais, le parlement britannique, en 1715, offre 20000£ de l'époque (soit près de 2 millions d'euros d'aujourd'hui) à celui qui trouvera une méthode pour déterminer la longitude avec une précision de ½ degrés, soit 30' d'arc. Autrement dit, pour remporter le prix, il faut être capable de garder le temps du port de départ avec une erreur de moins de 2 minutes pour un voyage transatlantique (qui durait deux mois environ à l'époque).

Deux méthodes furent en concurrence, la première celle des distances lunaires, a longtemps eu la préférence des astronomes de la commission chargée de remettre le prix car plus proche de leur culture. L'idée de départ est simple : « La Lune, sur le fond du ciel étoilé donne l'heure ».

Sur le montage photo ci-dessus, on peut voir la Lune (pas à l'échelle pour mieux voir sa phase) et Aldébaran, pris à 48h d’intervalle. On constate que la Lune est l'astre qui se déplace le plus vite dans le ciel, environ 9° en 24h soit 30' par heure. Si on mesure la distance de la Lune par rapport à une étoile, dont la position est connue (ici Aldébaran), on peut, après quelques calculs, retrouver l'heure.

Mais deux difficultés vont se poser.

• La première, c'est que la Lune est un astre proche de la Terre, au point qu'il faille tenir compte du phénomène de parallaxe. Quand vous regardez un objet proche avec seulement votre œil gauche, puis le droit, cet objet semble se déplacer légèrement. Il faut en tenir compte dans les calculs.
• La seconde, c'est la modélisation de la trajectoire de la Lune qui se révélera plus complexe que prévue. Subissant tour à tour l'influence de la Terre, du Soleil et du reste du système solaire, sa trajectoire est un problème à (au moins) trois corps dont on sait depuis Henri Poincaré (1890) que sa solution est très sensible aux conditions initiales (théorie du chaos). 

La précision demandée ne fut donc pas atteinte, et même si des navigateurs dont Lapérouse l'ont mise en œuvre (elle coûtait moins cher que la méthode chronométrique que nous verrons prochainement), les marins se méfiaient de la Lune et continuèrent donc pendant encore quelques dizaines d'années à voyager dans l'ignorance de leur longitude.

Vénus atteint ce soir son élongation maximale, c'est à dire qu'elle est à un point tel que l'angle entre le Soleil et sa deuxième planète est maximal vu depuis la Terre. Cela la rend particulièrement brillante. Un peu au-dessus on devine les Pléiades, rassemblement d'étoiles jeunes. Orion est plus à gauche.

À partir de demain, Vénus va à nouveau, lentement, se rapprocher du Soleil. 

EOS 1000D - Tokina 11/16 mm à 16 mm - 25 s - f/3.5 - 800 ISO