Pourquoi y a-t-il des saisons ?
En termes simples, expliquer les saisons revient à se demander quel phénomène est à l'origine du cycle saisonnier ? On remarquera rapidement que cette simple question en soulève bien d’autres, pour lesquelles la même réponse devra apporter une solution. Quelques exemples : pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver ? Pourquoi les jours sont plus longs en été qu’en hiver ? Pourquoi les saisons sont-elles inversées entre l’hémisphère nord et l’hémisphère sud ?
IDEES RECUES
Bien souvent, on entend dire qu’il fait plus chaud en été car la Terre est au plus près du Soleil. Les mesures viennent contredire cette affirmation. En effet, la Terre est au plus près du Soleil (périhélie) vers le 4 janvier, et au plus loin (aphélie) vers le 4 juillet. Rappelons que si mathématiquement l’orbite de la Terre est une ellipse, en pratique, l’orbite terrestre reste très proche d'un cercle. Ainsi, la distance Terre-Soleil varie d’à peine 1,7 %, ce qui est bien insuffisant pour expliquer les variations de températures observées. De plus, cela ne permet d’expliquer l’inversion des saisons entre les hémisphères nord et sud. De même, cela n'explique pas non plus la variation de hauteur du Soleil entre l'été et l'hiver.
CONTRAIREMENT A UNE IDÉE TRÈS RÉPANDUE, CE N'EST PAS LA DISTANCE TERRE-SOLEIL QUI PROVOQUE LES SAISONS. LA TERRE EST AU PLUS LOIN DU SOLEIL LE 4 JUILLET ET AU PLUS PRES LE 4 JANVIER.
L'ORIGINE DES SAISONS
Pour expliquer le phénomène des saisons, il faut se livrer à quelques observations. Nous avons tous déjà constaté l’allongement de la durée du jour en été, et sa diminution en hiver. Nous savons également que le Soleil est beaucoup plus haut en été qu’en hiver.
Au cours de la nuit, mais également au cours de l’année, la seule étoile qui ne change pas de position dans le ciel, c’est l’étoile polaire. Ceci est dû au fait que l’axe de rotation de la Terre est dirigé vers elle, et qu’il garde une direction constante au cours de l’année (Cependant, un mouvement très lent appelé précession des équinoxes entraîne un glissement de l’axe par rapport aux étoiles. Mais ceci n’a de conséquences qu’au bout de plusieurs milliers d’années).
Pour expliquer l'immobilité apparente de l’étoile polaire, il faut que l’axe de rotation garde une direction fixe dans l’espace, et ce, quel que soit la position de notre planète autour du Soleil. Et pour expliquer les variations de hauteur du Soleil au cours de l’année, ou la variation de la durée du jour, il faut que l’axe de rotation ne soit pas perpendiculaire au plan de l’orbite de la Terre (écliptique). En pratique, un scientifique dira que l’axe de rotation est incliné de 23° par rapport à la perpendiculaire au plan de l’écliptique. En terme plus simple, cela veut dire que le plan de l’équateur de la Terre forme un angle de 23° avec le plan de l’orbite terrestre.
Sur le schéma ci-dessus, on constate que quel que soit la position de la Terre autour du Soleil, l’orientation de l’axe de rotation ne change pas. Ainsi, le 21 juin, l’hémisphère nord est orienté vers le Soleil : c’est le début de l’été pour cet hémisphère. 6 mois plus tard, la Terre a accompli la moitié de sa révolution. Le 21 décembre, l’hémisphère nord n’est pas orienté vers le Soleil, c’est le début de l’hiver. Remarquez que pour l’hémisphère sud, la situation est inversée. En effet, lorsque l’hémisphère nord est orienté vers le Soleil, l’hémisphère sud ne peut l’être, et inversement. Le 20 mars et le 23 septembre, notre planète se présente dans la même position par rapport au Soleil. Le printemps et l’automne auront donc les mêmes conséquences astronomiques.
TRAJECTOIRE APPARENTE DU SOLEIL AUX QUATRE SAISONS
Observons maintenant les conséquences sur la Terre, pour une latitude de 49° nord (latitude de Reims).
Équinoxe de printemps
Le 20 mars, la trajectoire apparente du Soleil dans le ciel suit l’équateur céleste. Le Soleil se lève donc exactement à l’est et se couche exactement à l’ouest. A midi, le Soleil coupe le méridien local (ligne nord-sud) à une hauteur de 41°. La journée et la nuit durent respectivement 12 heures, à Reims, comme partout sur Terre. Cette journée particulière est appelée équinoxe. Étymologiquement, ce terme provient du latin equi (égal) et nox (nuit). Il s’agit donc du jour où la durée de la journée est égale à la durée de la nuit.
TRAJECTOIRE APPARENTE DU SOLEIL DANS LE CIEL, LE 21 MARS
Solstice d'été
Le 21 juin, nous constatons que le Soleil se lève vers le nord-est et se couche vers le nord-ouest. A midi, il coupe le méridien à une hauteur de 64°. Il est alors 23° au-dessus de l’équateur céleste. Il atteint son point culminant pour l’année, et sa course dans le ciel est la plus longue. A Reims, la journée dure environ 16 heures, c’est la journée la plus longue de l’année. Ce jour particulier s’appelle un solstice. Étymologiquement, ce terme vient du latin sol (soleil) et stare (s’arrêter). Il s’agit donc du jour où le Soleil « s’arrête » de monter.
TRAJECTOIRE APPARENTE DU SOLEIL DANS LE CIEL, LE 21 JUIN
Équinoxe d'automne
Le 23 septembre, la trajectoire apparente du Soleil suit de nouveau l’équateur céleste, comme pour le 20 mars. Le Soleil se lève donc à nouveau exactement à l’est pour se coucher exactement à l’ouest. A midi, le Soleil coupe le méridien local à une hauteur de 41°. La durée de la journée et de la nuit sont égales, 12 heures à chaque fois.
TRAJECTOIRE APPARENTE DU SOLEIL DANS LE CIEL, LE 23 SEPTEMBRE
Solstice d'hiver
Le 21 décembre, le Soleil est au plus bas dans le ciel. A midi, il culmine à peine à 17° de hauteur sur le méridien local. Il se situe 23° en dessous de l’équateur céleste. Le matin, le Soleil se lève vers le sud-est et le soir, il se couche vers le sud-ouest. A Reims, la durée de la journée est d’environ 8 heures, pour 16 heures de nuit. C’est la journée la plus courte de l’année. A noter que le jour du solstice d'hiver a toujours été une source d’inspiration pour de nombreux mythes, à l'origine de la fête de Noël.
TRAJECTOIRE APPARENTE DU SOLEIL DANS LE CIEL, LE 21 DÉCEMBRE
