Transit de Vénus du 6 juin 2012 et mesure des distances dans le système solaire

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

04/06/2012

Résumé

Un événement astronomique rare et historiquement important.


Transit de Vénus, 6 juin 2012

Mercredi 6 juin 2012 à vers 6h30, temps universel, Vénus passera devant le Soleil... Pas d'éclipse à attendre sur Terre vu la taille apparente de Vénus par rapport à celle du Soleil. Mais ce phénomène de passage de Vénus devant le Soleil, appelé transit, dure de ce fait plus longtemps qu'une éclipse de Soleil classique. Au total, le phénomène sera observable pendant plus de 6 heures pour ceux qui auront la chance de l'observer en totalité.

Comme pour les éclipses, tous les observateurs terrestres ne pourront pas observer ce transit de Vénus dans les mêmes conditions. On se reportera à la carte de visibilité du passage de Vénus fournie par l'IMCCE sur sa page dédié au transit de Vénus des 5 et 6 juin 2012, et l'on pourra aussi se reporter à la présentation générale des passages de Mercure et de Vénus devant le Soleil.

Si on décrypte rapidement la carte de visibilité, on constate que le phénomène sera visible dans sa totalité pour les habitants de l'Est de l'Asie, d'Indonésie, de la majeure partie Est de l'Australie, de Nouvelle-Zélande, de Nouvelle Calédonie, du Pacifique Nord-Ouest, d'Alaska et de l'Ouest du Canada.

Le transit ne sera pas du tout observable depuis la majeure partie Est de l'Amérique du Sud (Guyane, Brésil, Chili, Argentine), la péninsule ibérique et la frange Ouest de l'Afrique.

En France, plusieurs situations selon la position géographique :

  • en métropole, à Mayotte et à La Réunion, seule la fin du transit sera observable au lever du Soleil ;
  • en Nouvelle-Calédonie, la totalité du phénomène sera observable ;
  • en Polynésie la fin du phénomène ne sera pas visible car le Soleil se couchera avant la sortie de Vénus du disque solaire, alors que seul le début sera observable aux Antilles au moment du coucher du Soleil ;
  • les habitants de Guyane sont dans le zone d'invisibilité.

En métropole, la fin du transit aura lieu vers 6h35 heure légale, le Soleil se levant de 5h30 (Strasbourg) à 6h20 (Brest), les habitants de l'Est de la France pourront donc observer une heure de transit... Du moins ceux qui ont accès à un horizon Nord-Est dégagé pour observer le Soleil dès son lever.

Le dernier transit de Vénus a eu lieu en juin 2004. Les précédents transit ayant eu lieu en décembre 1882 et décembre 1874, ainsi qu'en juin 1769 et juin 1761. Cette "périodicité" permet de prévoir les prochains transits de Vénus en ... décembre 2117 et décembre 2125.

Pas d'observation directe du Soleil !

Attention, si vous voulez observer ce phénomène, ne regardez pas directement le Soleil, c'est très dangereux pour la rétine ! Observations indirectes par projection de l'image du Soleil sur un "écran" ou port de lunettes spécifiques (ne pas ressortir les vielles "lunettes à éclipse" de 1999 qui sont certainement rayées...).

Distance entre astres et triangulation

La méthode de triangulation permet de déterminer la distance séparant deux points de visée distincts dont on connaît l'écartement. Si le point C est mobile, les visées doivent être simultanées.

Figure 1. Principe de la triangulation, loi des sinus

Principe de la triangulation, loi des sinus

Deux observateurs situés en A et B pointent vers le point C et note les angles d'observation α et β. L'angle γ est obtenu est appliquant la règle α + β + γ = π rad (= 180°). Connaissant les coordonnées de A et B on calcule la distance [AB], puis il "suffit" d'appliquer la règle des sinus dans le triangle ABC, règle qui précise que a/sinα = b/sinβ = c/sinγ.


Cette mesure est d'autant plus précise que les angles de visée sont différents (objet proche) et que les points de visée sont éloignés.

Les observations astronomiques et la loi de Képler liant période de révolution et distance au Soleil, permettent de connaître les périodes de révolution et les distances relatives des planètes au Soleil... mais pas les distances absolues.

Par triangulation il fut possible de mesurer la distance Terre Lune par observations simultanées d'un point précis de la surface lunaire depuis plusieurs observatoires. Mais la Lune n'étant pas un satellite du Soleil, connaître la distance Terre-Lune ne permet pas de déduire les distances planètes-Soleil.

La mesure par triangulation de la distance Terre-Mars lors d'une opposition par la méthode de Cassini et Richer (1672), permit d'obtenir une estimation des dimensions du système solaire. En effet on a deux équations à deux inconnues, l'une donnant la différence entre les distance Terre-Soleil et Terre-Mars (la distance Terre-Mars), l'autre le rapport des carrés des distances (loi de Képler). Mais l'éloignement Terre-Mars et la (relativement) faible distance AB (Paris -Cayenne) donne alors une mesure peu précise.

Méthode du transit

Lors du transit de Vénus, un observateur "fixe" voit un point noir traverser le disque solaire. Deux observateurs situés en deux lieux distincts observerons deux taches distinctes sur le disque solaire.

Figure 2. Transit de Vénus et disque solaire

Transit de Vénus et disque solaire

De deux points d'observations A et B, on observe deux taches A' et B'. Les distances relatives Terre-Vénus-Soleil sont connue, le rapport A'B'/AB est égal au rapport des distances Vénus-Soleil/Vénus-Terre (théorème de Thalès).


Connaissant la distance AB (connaissance des coordonnées précises de A et B) et connaissant les distances relatives des planètes au Soleil, on en déduit la distance A'B' qui est une portion de rayon solaire. On peut alors en déduire la mesure du rayon solaire, R . On a aussi mesuré le diamètre angulaire apparent du Soleil, ω , le jour de l'observation (variable mais de l'ordre de 0,5°). La distance Terre-Soleil, d , correspond à la distance à laquelle un objet de taille R doit être placé pour être visible sous un angle ω . La solution est (pour de petits angles) : d = R/ω. À partir d'une distance Soleil-planète on détermine ensuite toutes les distances entre le Soleil et ses satellites et donc les dimensions du système solaire.

Si le principe reste simple, les relevés doivent être précis pour la localisation de la tache sur le disque solaire et sur l'heure de relevé (les observateurs doivent pouvoir donner l'heure des relevés par rapport à une référence commune). Les relevés du 18ème siècle étaient des dessins du disque solaire avec pointage de la position de Vénus à différents temps (projection de l'image du Soleil sur un support inscriptible). Les relevés horaires, de l'entrée de Vénus jusqu'à sa sortie, permettent ensuite de retrouver la position de la tache à un instant qui sera choisit ensuite comme date de comparaison entre relevés d'observateurs différents. Pour les transits de 1874 et 1882, les premiers clichés photographiques firent leur apparition. En 2004 et le 6 juin 2012, la photographie numérique et la synchronisation aisée des temps permettent des calculs plus précis... qu'aux siècles précédents (voir l'exercice proposé à partir des données d'observation du transit de 2004... à reproduire le 6 juin 2012), même si les observations par satellites permettent aujourd'hui de se passer de ces observations terrestres.

Historiquement, l'observation du transit du 8 décembre 1874, fut l'une des premières grandes occasions de coopération scientifique internationale. Les grandes puissances d'alors, France, Angleterre, États-Unis, Italie, Allemagne, Russie, envoyèrent des expéditions de par le monde afin de multiplier les points d'observation et d'accumuler des données. La météorologie n'étant pas aussi prévisible que les phénomènes astronomiques, certaines missions revinrent sans données collectées, mais la collecte générale fut fructueuse et les données furent utilisées par plusieurs astronomes.

Observation difficile mais réussie depuis le Vercors

Un groupe d'amis rhônalpins, dont des étudiants du Laboratoire de Géologie de Lyon et de l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, avait décidé d'aller voir cet événement. Il avait choisi le rebord oriental du Vercors, avec une vue très dégagée sur le Nord-Est, et en prime, le Mont Aiguille au premier plan. Hélas, comme en beaucoup d'endroits en France métropolitaine, ce 6 juin 2012 au matin était nuageux, comme l'atteste les deux photographies qui suivent. Néanmoins, pendant environ une minute, le soleil a été visible entre deux bandes de nuages, et le transit 2012 a pu être immortalisé. Pour ceux qui l'auraient raté, rendez-vous en… 2117.

Figure 3. Panorama vers le Nord-Est pris du rebord oriental du Vercors juste après le lever du soleil, le 6 juin 2012

Panorama vers le Nord-Est pris du rebord oriental du Vercors juste après le lever du soleil, le 6 juin 2012

À droite, le Mont Aiguille. Le ciel est couvert. Mais on devine la position du soleil derrière les nuages.

Pendant moins d'une minute, le soleil a été visible entre deux bandes nuageuses. C'est pendant cette minute qu'un instantané du transit de Vénus a été visible et a pu être photographié. Une minute sur 6 heures théoriques maximales si on était quelque part dans le désert de Gobi... ou au moins une petite heure dpuis le Vercors.


Figure 4. Transit de Vénus du 6 juin 2012

Transit de Vénus du 6 juin 2012

Le transit de Vénus du 6 juin 2012, vu au téléobjectif depuis le bord oriental du Vercors, photographié pendant la minute de visibilité pendant laquelle le soleil n'était pas caché par les nuages. Le petit point noir en haut à droite du Soleil, c'est Vénus. Si vous avez raté ce transit en 2012, rendez-vous pour le prochain, en… 2117.