Mesurer la vitesse de rotation de la Terre

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La Terre tourne… et vite ! C’est lors de mes débuts en astrophotographie que cela est devenue pour moi très concret. En prenant des photos des étoiles, on obtient rapidement un changement de physionomie des étoiles que confirme la rotation de la terre. Retrouvez dans cet article comment utiliser ce phénomène pour mesurer la vitesse de rotation de la terre avec un simple appareil photo.

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Pour capturer le maximum de lumière du ciel, l’astrophotographe cherche à augmenter le temps de pose au maximum. En faisant cela, on se rend rapidement compte que la physionomie des étoiles se transforme en tiret, selon la focale il suffit de quelques secondes d’exposition pour que cela soit facilement observable.

Le principe est simple, les étoiles sont des objets célestes très lointains, elles sont situées à des distances exprimées en années-lumières. Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière pendant une année, et lorsque l’on rappelle que la lumière parcoure environ 300.000 km par seconde, on est rapidement pris de vertige sur les distances que cela représente. Conséquence de tout cela, les étoiles sont tellement lointaines que nous pouvons les considérer fixes dans le ciel.

Comme nous l’avons observé, en prenant une photo du ciel en pause très lente ou en prenant une succession de plusieurs photos du ciel, on voit clairement la position relative des étoiles changer. Nous venons de le voir, nous considérons les étoiles fixes dans le ciel, ainsi leur mouvement apparent caractérise très bien la vitesse de rotation de la terre.

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Sans rentrer dans trop de détail, la terre tourne selon un axe Nord-Sud. Dans l’hémisphère Nord, cet axe passe approximativement par l’étoile polaire. Ainsi, l’étoile polaire est fixe et les étoiles autour d’elle tracent une trajectoire apparente circulaire autour d’elle. C’est cela que nous allons mesurer.

En connaissant la durée d’observation (durée de capture d’une photo ou cumul de plusieurs photos en séquence) et en mesurant la distance angulaire tracée par une étoile, je peux aisément calculer la vitesse de rotation de la terre.

Pour faciliter la mesure de l’angle, je me limite à une séquence de quelques dizaines de minutes. Comme dans l’image précédente, les tirets dessinés par les étoiles sont alors très apparents.

Chacun aura sa méthode et son logiciel préféré, personnellement, j’ai utilisé le logiciel Graphic sous iOS qui dispose d’un outil pour afficher l’angle d’une droite. Pour mieux repérer l’étoile polaire, je trace un cercle centré sur cette dernière.

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L’angle mesuré est de 4.1°, soit 0,072rad pour une durée de 975 secondes. Cela nous donne une vitesse de rotation de 7,33 x 10e-5 rad/sec. Une recherche rapide sur Internet nous indique que la vitesse précise de rotation de la terre est de 7,29 x 10e-5 rad/sec. L’écart est inférieur à 1%.

 

POUR TERMINER

Voilà, je vous ai montré comment mesurer la vitesse de rotation de la terre avec une erreur inférieure à 1% en utilisant un simple appareil photo. Ce résultat est très intéressant, surtout qu’il peut être amélioré en apportant plus de soin à la mesure de l’angle. Pour ma part, je suis d’autant plus satisfait du résultat que la méthode s’applique avec du matériel photographique standard (nul besoin d’appareillage scientifique évolué) et qu’elle permet d’appréhender cette vérité scientifique : la terre tourne, vérité par ailleurs difficile à percevoir concrètement avec nos sens.

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