Hauteur des astres

Les explorateurs qui naviguent vers le sud en cette fin de xv^e siècle suivent à peu près le même méridien, en gardant la même longitude. Pour connaître la latitude, l’étoile polaire est bien pratique.

À mesure que les caravelles progressent, certaines étoiles que les navigateurs connaissent bien disparaissent sous l’horizon nord. À l’horizon sud, de nouveaux astres apparaissent…

Faites naviguer la caravelle de Lisbonne au cap de Bonne-Espérance, ou déplacez le curseur : au nord, l’étoile polaire descend vers l’horizon et disparaît à l’équateur ; au sud, la Croix du Sud se lève.

Dans le ciel du nord, deux repères : le pôle céleste vers 1500, à 3,5° de la polaire, et le pôle d’aujourd’hui, presque sur elle. En cinq siècles, il s’est déplacé de 7° : c’est la précession, que nous verrons plus loin.

L’étoile polaire

Les marins savent depuis longtemps qu’il suffit de mesurer l’angle entre le pôle céleste, où se trouve l’étoile polaire aujourd’hui, et l’horizon (l’angle bleu) pour connaître la latitude (l’angle blanc).

Pourquoi ces deux angles sont-ils égaux ? L’horizon du marin est perpendiculaire au rayon de la Terre qui passe par la caravelle, et l’étoile polaire est si lointaine que sa direction est la même partout : parallèle à l’axe des pôles.

Lorsque les Portugais passent l’équateur dans les années 1470, l’étoile polaire disparaît sous l’horizon. Il va falloir apprendre à se repérer avec de nouvelles étoiles, ou mieux, avec le Soleil…

Hémisphère Nord

Angle blanc (latitude)

Angle bleu (hauteur du pôle)

Faites glisser la caravelle autour de la Terre.

L’étoile polaire

Vers 1500, l’étoile polaire n’est pas exactement au pôle céleste : elle en est éloignée d’environ 3,5° et, comme toutes les étoiles, tourne autour de lui en un jour. Sa hauteur n’est donc presque jamais égale à la latitude : l’erreur peut atteindre 3,5°, soit près de 400 km !

Pour corriger la mesure, les pilotes portugais observent les Gardes, deux étoiles de la Petite Ourse (Kochab et Pherkad). On imagine dans le ciel un petit homme centré sur le pôle : selon que les Gardes sont sur sa tête, ses bras ou ses pieds, le Regimento do Norte (le règlement de l’étoile du Nord) indique combien de degrés, de ½° à 3½°, ajouter à la hauteur mesurée ou en retrancher.

Distance de la polaire au pôle

Hauteur mesurée de la polaire

Correction

Latitude de Lisbonne

Aujourd’hui, la polaire n’est plus qu’à 0,6° du pôle : sur une photo de longue pose, la Terre tourne et chaque étoile trace un arc de cercle autour du pôle céleste, tandis que la polaire, presque au centre, ne bouge plus guère.

Comparez le ciel de 1500 et celui d’aujourd’hui.

Cinq fois la casserole

L’étoile polaire n’est pas la plus brillante du ciel, loin de là : c’est une étoile moyenne, qu’il faut savoir chercher. Le plus simple est de partir de la Grande Ourse, la « casserole », que l’on voit toute l’année depuis le Portugal ou la France.

Prenez les deux étoiles du bord de la casserole, à l’opposé du manche : Merak et Dubhe. Prolongez la ligne qui les joint, du côté de Dubhe, d’environ cinq fois leur écartement : vous tombez sur la polaire. C’est la dernière étoile de la queue de la Petite Ourse, une petite casserole plus discrète.

De l’autre côté de la polaire, à la même distance, se trouve Cassiopée, en forme de W : quand la Grande Ourse est trop basse sur l’horizon, c’est elle qui guide le regard.

Laissez tourner le ciel : toutes les constellations tournent autour de la polaire, mais l’alignement reste valable à toute heure de la nuit.

Cochez le cercle de précession : c’est le chemin que suit le pôle céleste en 25 800 ans. La polaire n’est « polaire » que pour quelques siècles ; il y a 5 000 ans, c’était Thuban, et dans 12 000 ans ce sera Véga. Nous y revenons en détail dans la section 7, « La précession des équinoxes ».

Les instruments

L’astrolabe nautique

Au début des années 1480, le roi du Portugal Dom João II demande aux membres de la junta dos matemáticos de concevoir un instrument simple et pratique pour mesurer la hauteur des astres en mer, afin de connaître la latitude avec plus de précision. Ils inventent l’astrolabe nautique. Il est lourd pour rester bien vertical et ajouré au maximum pour éviter la prise au vent. On vise l’astre à travers les trous de l’alidade, puis on lit directement l’angle entre l’étoile et l’horizon sur l’instrument.

Le quadrant

Avant l’invention de l’astrolabe nautique, on utilisait souvent le quadrant pour mesurer la hauteur de l’étoile polaire. Christophe Colomb en utilisa un lors de sa première expédition vers les Antilles. C’est un quart de cercle gradué de 0° à 90°. L’angle se lit directement à l’aide du fil à plomb, qui doit rester bien vertical.

L’arbalestrille

L’arbalestrille, inventée au xiv^e siècle par Levi ben Gerson, un astronome provençal, est restée très appréciée des marins pendant longtemps. Le marteau coulisse sur la flèche, une longue tige en bois. Le marin place son œil à l’extrémité de la flèche et déplace le marteau jusqu’à ce que ses deux extrémités coïncident avec l’étoile polaire et l’horizon. La position du marteau sur la flèche lui permet de connaître l’angle cherché.

Les instruments

Sur la route vers la pointe de l’Afrique, après quelques jours de navigation, Bartolomeu Dias passe près d’une île qu’il connaît bien pour y avoir déjà fait escale. Il fait nuit, le temps est bien dégagé et la mer est calme pour la saison.

Il décide de vérifier sa position à l’aide des trois instruments qu’il a emportés à bord : un astrolabe nautique, un quadrant et une arbalestrille. Manipulez les instruments pour trouver cette île.

La précession

Il y a près de 5 000 ans, au temps des pyramides, l’étoile polaire était Thuban, dans la constellation du Dragon. Au temps de Dias, notre polaire était encore à 3,5° du pôle, d’où le Regimento. Elle n’en est plus qu’à 0,7° aujourd’hui et s’en approchera au plus près vers 2100. Dans 12 000 ans environ, ce sera Véga, la brillante étoile de la Lyre, qui indiquera le nord.

Ce lent mouvement fait aussi reculer les équinoxes sur l’écliptique, d’environ 50 secondes d’arc par an : c’est la précession des équinoxes, découverte par l’astronome grec Hipparque au ii^e siècle avant J.-C.

Année

Étoile la plus proche du pôle