ÉphÉmÉrides astronomiques 2013… · autres publications du memˆ e auteur publications...

ÉPHÉMÉRIDESASTRONOMIQUES

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Cet ouvrage d'éphémérides destiné aux astronomes, aux professeurs et aux étudiants est diviséen deux parties.

La première partie donne l'état actuel des connaissances sur les constantes astronomiquesfondamentales, les échelles de temps, les systèmes de référence, la rotation de la Terre, leschangements de coordonnées. On y trouve aussi les explications nécessaires au calcul deséphémérides à partir des tables numériques fournies dans la deuxième partie et à l'usage dulogiciel accompagnant l'ouvrage.

La deuxième partie donne pour l'année en cours, sous forme d’éphémérides tabulées, le Tempssidéral, les nutations en longitude et en obliquité, les variables se référant aux nouveaux conceptsdéfinis par l’UAI (angle de rotation de la Terre, équation des origines, coordonnées du pôle célesteintermédiaire, angle s) et les coordonnées du Soleil, de la Lune et des planètes. Elle donne aussiles coordonnées tangentielles aux heures les plus proches des élongations des satellites de Mars,des satellites galiléens de Jupiter , des huit premiers satellites de Saturne et des cinq principauxsatellites d'Uranus.

À partir de 2008, les éphémérides utilisées pour le calcul des positions des satellites des planètesMars, Jupiter et Uranus sont désormais calculées à partir d’une nouvelle approche entièrementnumérique basée sur le logiciel NOE (Numerical Orbit and Ephemerides) développé à l’IMCCE.Ce nouveau modèle dynamique et les éphémérides associées font l'objet du chapitre 7.

Des éphémérides électroniques accompagnent l’ouvrage et constituent maintenant les éphéméridesde précision proprement dites. Elles permettent de calculer, d’une manière interactive, nonseulement toutes les variables tabulées dans la Connaissance des Temps mais aussi les coordonnéeshorizontales et les levers et couchers des astres. Elles sont donc bien adaptées à la préparationd’observations.

La Connaissance des Temps a été créée en 1679 par Joachim Dalancé. Cette édition, publiée sousla responsabilité du Bureau des longitudes depuis 1795, est la 335e d'une éphéméride qui a parusans interruption depuis sa création.

38 euros

978-2-7598-0816-8

www.edpsciences.org

B U R E A U D E S L O N G I T U D E SI n s t i t u t d e M é c a n i q u e C é l e s t ee t d e C a l c u l d e s É p h é m é r i d e s

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BUREAU DES LONGITUDES

INSTITUT DE MÉCANIQUE CÉLESTE ET DE CALCUL DES ÉPHÉMÉRIDES

OBSERVATOIRE DE PARIS

ÉPHÉMÉRIDES ASTRONOMIQUES

2013

CONNAISSANCE DES TEMPS

17, avenue du Hoggar

Parc d’activités de Courtabœuf, BP 112 91944 Les Ulis Cedex A, France

Extrait de la publication

AUTRES PUBLICATIONS DU MEME AUTEUR

Publications editees par EDP Sciences

Annuaire du Bureau des longitudes. Guide de donnees astronomiques 2013.

Agenda astronomique pour 2013.

Le Passage de Venus, IMCCE et observatoire de Paris, 2004

Introduction aux ephemerides astronomiques. Supplement explicatif a la

Connaissance des Temps (1997) (reedition en 1998).

Le Manuel des eclipses, edition en 2005.

Publication editee par Edinautic, Paris

Ephemerides Nautiques 2013.

Publications editees par l’Institut de mecanique celeste et de calcul des ephemerides

Supplements a la Connaissance des Temps.

Phenomenes et configurations des satellites galileens de Jupiter pour 2012.

Configurations des huit premiers satellites de Saturne pour 2012.

Le Calendrier Republicain (reedition en 1994).

L’astronomie au service de tous (2009).

L’observatoire de la marine et du Bureau des longitudes au parc Montsouris, 1875-1914

(par Guy Boistel, co-edition Edite, 2010).

Publications editees par l’Observatoire de Paris

Promenade dans le systeme solaire (CD-ROM).

Les rendez-vous de Venus (CD-ROM).

Rassemblement de 12 000 pages fac-simile des XVIIIe et XIXe siecles, des recits des voyages

d’astronomes a l’occasion des passages de Venus devant le Soleil.

Venus : le 8 juin 2004 (CD-ROM).

Dedie au passage de Venus sur le disque du Soleil.


AVANT-PROPOS

La Connaissance des Temps est, de toutes les ephemerides publiees de nos jours, la plus ancienne

puisque son premier volume concerne l’annee 1679. Cet ouvrage d’ephemerides, a parution annuelle,

a eu, depuis sa creation, un caractere specifiquement scientifique. L’evolution, au cours du temps,

suivra les progres de la science, fera place aux nouvelles decouvertes, introduira des theories et des

concepts nouveaux, fournira les ephemerides des corps celestes avec une precision toujours accrue.

La Connaissance des Temps s’est trouvee placee a ses debuts sous des responsabilites diverses,

puis pour une longue periode sous l’autorite de l’Academie Royale des Sciences. Quand, en 1795,

le Bureau des longitudes est cree, la realisation de la Connaissance des Temps lui est attribuee.

Les calculateurs de la fin du XVIIe siecle et du siecle suivant sont organises en Service des

calculs au debut du XIXe siecle sous la responsabilite du Bureau des longitudes. Cette situation

prevaudra pratiquement jusqu’en 1961 ou un Service des calculs et de mecanique celeste voit le

jour au sein de ce Bureau. L’ajout de 〈〈 mecanique celeste 〉〉 traduit le fait que, desormais, a cote des

calculateurs, des astronomes en assureront l’encadrement et developperont des recherches propres

a ameliorer les ephemerides. Debute alors une tache de renovation fondee sur l’etablissement

de theories nouvelles. Elles remplaceront progressivement celles anterieurement employees pour

les objets du systeme solaire. Ainsi la Connaissance des Temps s’est successivement fondee sur

l’ensemble des travaux menes au Service des calculs des ephemerides et de mecanique celeste du

Bureau des longitudes devenu, en 1998, l’Institut de mecanique celeste et de calcul des ephemerides

(IMCCE). Cet institut de l’observatoire de Paris mene actuellement des recherches sur lesquelles

reposent les calculs necessaires a la formation des ephemerides et en assure la parution sous la

responsabilite scientifique du Bureau des longitudes.

L’IMCCE a entrepris, depuis 2004, une nouvelle renovation de la Connaissance des Temps,

decrite dans les pages qui suivent, qui prend en compte les dernieres resolutions de l’Union

astronomique internationale (UAI), propose une forme tabulee, et presente l’ouvrage accompagne

d’ephemerides sur support electronique. Par ailleurs, des chapitres descriptifs fournissent aux

utilisateurs les bases scientifiques necessaires a la comprehension des ephemerides, ainsi que des

indications precieuses sur leur utilisation. Enfin, les ephemerides fournies reposent sur les solutions

les plus recentes pour les mouvements des corps du systeme solaire.

La Connaissance des Temps de notre epoque, heritiere d’une longue tradition au service des

astronomes et des navigateurs, s’adresse a tous ceux qui ont besoin d’ephemerides astronomiques

de precision. Elle constitue egalement un ouvrage de reference grace aux chapitres scientifiques

qui presentent les developpements les plus recents relatifs aux theories, concepts, modeles et

conventions sur lesquels reposent ces ephemerides.

Pierre Bauer

President du Bureau des longitudes

This page intentionally left blank


PREFACE

La Connaissance des Temps est un ouvrage d’ephemerides de precision. Depuis 2004, elle presente

a la fois :

– des donnees numeriques qui permettent de calculer les positions de nombreux objets du systeme

solaire ;

– des textes scientifiques qui donnent les bases d’astronomie fondamentale et de mecanique celeste

necessaires a la comprehension et a l’utilisation des ephemerides.

La premiere partie de cet ouvrage comprend huit chapitres. Les cinq premiers donnent l’etat

actuel des connaissances sur les constantes astronomiques fondamentales, les echelles de temps,

les systemes de reference, la rotation de la Terre, les changements de coordonnees. Le sixieme

chapitre donne une description des ephemerides INPOP concernant le Soleil, les planetes et la

Lune. Le septieme chapitre concerne les modeles orbitaux des satellites naturels. Il accompagne

l’introduction, a partir de 2008, des nouvelles ephemerides des satellites galileens, L1, des satellites

de Mars, NOE-4-06 et d’Uranus, NOE-7-06. Le huitieme chapitre donne les explications necessaires

au calcul des ephemerides a partir des tables numeriques fournies dans la deuxieme partie et a

l’usage du logiciel accompagnant l’ouvrage.

La deuxieme partie de cet ouvrage contient sous forme d’ephemerides tabulees, le Temps

sideral, les nutations en longitude et en obliquite, les coordonnees du Soleil, de la Lune, des

planetes principales, de Pluton, Ceres, Pallas, Junon et Vesta et les coordonnees differentielles

aux heures les plus proches des elongations des satellites de Mars, des satellites galileens de

Jupiter, des huit premiers satellites de Saturne et des cinq principaux satellites d’Uranus. Dans cette

partie figurent les variables se referant aux nouveaux concepts definis par l’Union Astronomique

Internationale (UAI) : angle de rotation de la Terre, equation des origines, coordonnees du pole

celeste intermediaire, angle s.

De nouvelles theories des mouvements des corps du systeme solaire sont en developpement a

l’Institut de mecanique celeste et de calcul des ephemerides. Elles sont introduites progressivement

dans nos ephemerides. Ainsi l’edition 2008, avec l’introduction des nouvelles ephemerides de

satellites de Mars de Jupiter et d’Uranus, et apres celle des nouvelles ephemerides planetaires

en 2007, a represente une etape importante de la renovation de l’ouvrage que nous avons engagee

afin de publier les donnees les plus precises et de prendre en compte les dernieres recommandations

des instances internationales.

Rappelons que dans ce but egalement, des changements ont ainsi ete effectues a partir de la

Connaissance des Temps 2006 :

– Les nouvelles resolutions de l’UAI adoptees en 2000 et impliquant l’utilisation de la nouvelle

theorie de precession-nutation de la Terre, UAI2000, et l’utilisation de l’origine non-tournante sont

appliquees. Les valeurs des variables liees aux nouveaux concepts sont donnees pour l’annee en

cours.

– La representation des coordonnees en developpements polynomiaux est maintenant abandonnee

dans les pages de l’ouvrage, au profit d’une representation tabulee, mais reste en usage sous forme


I. vi CONNAISSANCE DES TEMPS

de fichiers electroniques accessibles a l’utilisateur.

– Un logiciel d’ephemerides electroniques est fourni sur le CD-ROM accompagnant l’ouvrage. Les

tabulations de l’ouvrage permettent toujours une interpolation precise, pour le Temps sideral, les

nutations, les variables se referant aux nouveaux concepts definis par l’UAI et les coordonnees du

Soleil, des planetes et de la Lune. Leur but principal, cependant, est de permettre la verification

du bon usage du logiciel ou de connaıtre l’allure annuelle des variations. Il faut noter que l’usage

de ce logiciel permet le calcul de series de positions et de vitesses pour un certain nombre d’objets

du systeme solaire, les calculs de coordonnees horizontales et celui de levers et de couchers.

Creee en 1679 par Joachim Dalance, la Connaissance des Temps est publiee sous la respon-

sabilite du Bureau des longitudes depuis 1795. Ce volume est le 335e d’une ephemeride qui a paru

sans interruption depuis sa creation.

L’IMCCE publie aussi d’autres ephemerides : le Annuaire du Bureau des longitudes - Guide

de donnees astronomiques, ephemerides plus particulierement destinees au grand public et

aux astronomes amateurs, les Ephemerides Nautiques, destinees aux marins, les Ephemerides

Aeronautiques destinees aux aviateurs. Il publie aussi des supplements a la Connaissance des

Temps donnant les configurations et les phenomenes des satellites galileens et des huit premiers

satellites de Saturne, ainsi que des ephemerides de certains petits satellites de Jupiter et de Saturne.

D. Hestroffer

Directeur de l’Institut de mecanique celeste

et de calcul des ephemerides

J-E. Arlot, M. Birlan

Responsables de la publication

Realisation du CD-ROM : Le logiciel fourni sur le CD-ROM a ete developpe par J. Normand et

G. Romero.

Collaboration technique : J. Berthier, J. Gominet, S. Lemaıtre-Pottier, H. Manche, J. Normand,

Ch. Ruatti.

Remerciements : Nous remercions vivement A. Fienga pour sa collaboration a la construction des

tables des ephemerides planetaires, M. Chapront-Touze qui nous a autorise a reproduire de larges

extraits du chapitre 4 qu’elle avait redige pour l’Introduction aux ephemerides astronomiques, P.

Teyssandier qui nous a aide dans la traduction de la section 3.2 et G. Francou pour ses conseils

lors de l’elaboration des ephemerides. Le comite de redaction compose de A. Fienga, M. Birlan, D.

Gambis, J.-L. Simon et W. Thuillot a realise la refonte complete de l’ouvrage sur les editions 2004

a 2007.


LISTE DES ACRONYMES

AIG Association Internationale de Geodesie (voir aussi IAG)

BCRS Barycentric Celestial Reference System

BEP Basic Earth Parameters

BIH Bureau international de l’heure

BIPM Bureau international des poids et mesures

BNM Bureau national de metrologie

BRS Barycentric Reference System

CCDS Comit consultatif pour la definition de la seconde

CEO Celestial Ephemeris Origin

CEP Celestial Ephemeris Pole

CERGA Centre d’etudes et de recherches godynamiques et astronomiques

CGPM Conference generale des poids et mesures

CIO Celestial Intermediate Origin

CIP Celestial Intermediate Pole

CIPM Comite international des poids et mesures

CIRS Celestial Intermediate Reference System

CNES Centre national d’etudes spatiales

DGRS Dynamical Geocentric Reference System

DORIS Doppler Orbitography Radio-positioning Integrated by Satellite

EOP Earth Orientation Parameters

ERA Earth Rotation Angle

ET Ephemeris Time (voir aussi TE)

FCN Free Core Nutation

GAIA Global Astrometris Interferometer for Astrophysics

GCRS Geocentric Celestial Reference System

GMST Greenwich Mean Sidereal Time

GPS Global Positioning System

GRS Geocentric Reference System

GRT General Relativity Theory

GST Greenwich Sidereal Time

IAG International Association of Geodesy (voir aussi AIG)

IAU International Astronomical Union (voir aussi UAI)

ICRF International Celestial Reference Frame

ICRS International Celestial Reference System

IERS International Earth rotation and Reference systems Service

IGS International GPS Service

IMCCE Institut de mecanique celeste et de calcul des ephemerides

IRM International Reference Meridian


I. viii CONNAISSANCE DES TEMPS

ITRF International Terrestrial Reference Frame

ITRS International Terrestrial Reference System

JPL Jet Propulsion Laboratory

KGRS Kinematical Geocentric Reference System

LLR Lunar Laser Ranging

LOD Length of Day

MERIT Monitoring of Earth Rotation and Inter-comparison of Techniques

NRO Non Rotating Origin (origine non-tournante)

PFCN Prograde Free Core Nutation

PPN Parametres post-newtoniens

PRT Parametres de rotation de la Terre

RRT Repere de reference terrestre

SI Systeme international d’unites

SIM Space Interferometry Mission

SLR Satellite Laser Ranging

SRT Systeme de reference terrestre

TAI Temps atomique international

TCB Temps coordonnee barycentrique

TCG Temps coordonne geocentrique

TDB Temps dynamique barycentrique

TDT Temps dynamique terrestre

TE Temps des ephemerides (voir aussi ET)

TEO Terrestrial Ephemeris Origin

TIO Terrestrial Intermediate Origin

TIRS Terrestrial Intermediate Reference System

TT Temps terrestre

TU Temps universel (voir aussi UT)

UAI Union Astronomique Internationale (voir aussi IAU)

UGGI Union Geodesique et Geophysique Internationale

UT Universal Time (voir aussi TU)

UTC Universal Time Coordinated (Temps universel coordonne)

VLBA Very Long Baseline Array

VLBI Very Long Baseline Interferometry


NOTATIONS

Les notations sont precisees et expliquees dans chacun des chapitres ou elles sont introduites. Nous

nous sommes efforces de garder des notations coherentes sur l’ensemble de l’ouvrage.

Les symboles utilises suivent en general les recommandations de l’Union Astronomique Inter-

nationale, toutefois l’origine des temps J2000.0 est notee J2000.

Pour les unites nous avons utilise les symboles definis dans la section 2.2 mais aussi les symboles

suivants :

cpsd cycle par jour sideral

mas milliseconde de degre (10−3 ′′)

ms milliseconde (10−3 s)

µas microseconde de degre (10−6 ′′)

µs microseconde (10−6 s)

ns nanoseconde (10−9 s)

D’un point de vue typographique, les vecteurs sont representes par des caracteres gras et les

points par des caracteres romains.


LES SERVEURS DE L’INSTITUT DE MECANIQUE CELESTE

ET DE CALCUL DES EPHEMERIDES

Les serveurs sur Internet

http ://www.imcce.fr

http ://www.imcce.eu

L’Institut de mecanique celeste et de calcul des ephemerides diffuse de nombreuses informations,

periodiquement remises a jour, grace a son serveur sur le reseau Internet. On y trouve, outre des

informations generales sur les activites de l’Institut de mecanique celeste, des donnees scientifiques

concernant les objets du systeme solaire :

— ephemerides de planetes, planetes naines, cometes, asteroıdes et satellites, phenomenes ;

— donnees sur les objets du systeme solaire ;

— elements orbitaux de cometes ;

— donnees sur les eclipses du Soleil et de la Lune ;

— images astronomiques ;

— bases de donnees astrometriques.

Ces serveurs sont accessibles aux adresses http://www.imcce.fr et http://www.imcce.eu.


TABLE DES MATIERES

Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. iii

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. v

Liste des acronymes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. vii

Notations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. ix

Errata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. ix

Les serveurs de l’IMCCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. x

Table des matieres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. xi

PREMIERE PARTIE : INTRODUCTION AUX EPHEMERIDES . . . . . . . . I. 1

1. Definitions et donnees astronomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 3

1.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 3

1.2. Systemes d’unites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 4

1.3. Le systeme UAI de constantes astronomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 8

1.4. Donnees concernant les corps du systeme solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 16

1.5. Autres constantes et unites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 31

1.6. Bibliographie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 34

2. Echelles de temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 39

2.1. Introduction. Le temps et les astronomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 39

2.2. Evolution des echelles de temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 40

2.3. Le temps universel (TU ou UT, Universal Time) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 42

2.4. Le temps atomique international (TAI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 43

2.5. Le temps universel coordonne (UTC, Universal Time Coordinated) . . . . . . . . . . I. 46

2.6. Le temps des ephemerides (TE ou ET, Ephemeris Time) . . . . . . . . . . . . . . . I. 49

2.7. Les echelles de temps relativistes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 50

2.8. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 55

3. Systemes de reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 63

3.1. Introduction aux systemes de reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 63

3.2. Systemes de reference relativistes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 65

3.3. Systemes de reference dynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 72

3.4. Le systeme de reference celeste international ICRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 80

3.5. Le systeme international de reference terrestre ITRS . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 86


I. xii CONNAISSANCE DES TEMPS

3.6. Passage du systeme de reference celeste geocentrique au systeme de reference terrestre I. 94

3.7. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 109

4. Rotation de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 115

4.1. Introduction des phenomenes physiques et observations . . . . . . . . . . . . . . . . I. 115

4.2. La precession . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 121

4.3. Modeles de nutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 127

4.4. Determination des parametres d’orientation de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . I. 137

4.5. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 146

5. Changements de coordonnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 149

5.1. Notions preliminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 149

5.2. Coordonnees usuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 151

5.3. Formules de changements de coordonnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 156

5.4. Application des resolutions de l’UAI 2001 aux changements de coordonnees . . . . . . I. 164

5.5. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 168

6. Mouvement des planetes et de la Lune : la solution INPOP . . . . . . . . . . I. 169

6.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 169

6.2. Modele dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 170

6.3. Ajustement aux observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 171

6.4. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 174

7. Modeles orbitaux des satellites naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 175

7.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 175

7.2. Modele dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 175

7.3. Ajustement aux observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 176

7.4. Representation des solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 178

7.5. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 180

8. Explications liees aux ephemerides de la Connaissance des Temps . . . . . . . . I. 181

8.1. Presentation des ephemerides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 181

8.2. Sources des ephemerides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 185

8.3. Utilisation des ephemerides tabulees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 186

8.4. Utilisation des ephemerides electroniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 188

8.5. Precision des ephemerides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 190

8.6. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 194

TABLE DES MATIERES I. xiii

DEUXIEME PARTIE : EPHEMERIDES POUR 2013 . . . . . . . . . . . . . . . II. 1

Temps sideral, nutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 3

Temps sideral, nutation en longitude et obliquite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 4

Angle de rotation de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 9

Angle de rotation de la Terre, equation des origines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 10

Systeme celeste intermediaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 15

Coordonnees du CIP X et Y, Angle s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 16

Soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 21

Longitude, latitude, rayon vecteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 22

Ascension droite, declinaison, temps de passage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 26

Coordonnees rectangulaires (X, Y, Z) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 30

Lune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 35

Ascension droite, declinaison, distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 36

Planetes principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 53

Coordonnees heliocentriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 54

Mercure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 54

Venus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 58

Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 60

Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 61

Coordonnees geocentriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 62

Mercure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 62

Venus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 66

Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 70

Jupiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 74

Saturne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 78

Uranus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 82

Neptune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 86

Pluton et asteroıdes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 91

Coordonnees geocentriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 92

Pluton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 92

Ceres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 93

Pallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 94

Junon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 95

I. xiv CONNAISSANCE DES TEMPS

Vesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 96

Satellites de Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 97

Coordonnees tangentielles aux heures les plus proches des plus grandes elongations Est . II. 98

Phobos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 98

Deimos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 106

Satellites de Jupiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 109

Coordonnees tangentielles aux heures les plus proches des plus grandes elongations . . . II. 110

Io . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 110

Europe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 114

Ganymede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 116

Callisto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 117

Satellites de Saturne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 119


Mimas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 120

Encelade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 126

Tethys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 130

Dione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 133

Rhea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 135

Titan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 136

Hyperion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 137

Japet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 137

Satellites d’Uranus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 139


Miranda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 140

Ariel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 144

Umbriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 147

Titania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 149

Oberon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 150

Calendrier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 151

Composition de l’Institut de mecanique celeste et de calcul des ephemerides . . . . . . . II. 155

Composition du Bureau des longitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. 157

PREMIERE PARTIE

INTRODUCTION AUX EPHEMERIDES

Chapitre 1. Definitions et donnees astronomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 3

Chapitre 2. Echelles de temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 39

Chapitre 3. Systemes de reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 63

Chapitre 4. Rotation de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 115

Chapitre 5. Changements de coordonnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 149

Chapitre 6. Mouvement des planetes et de la Lune : la solution INPOP . . . . . . . . . I. 169

Chapitre 7. Modeles orbitaux des satellites naturels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. 175

Chapitre 8. Explications liees aux ephemerides de la Connaissance des Temps . . . I. 181

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CHAPITRE 1

DEFINITIONS ET DONNEES ASTRONOMIQUES

A. BEC-BORSENBERGER, J.-L. SIMON, D. HESTROFFER et M. BIRLAN

1.1. INTRODUCTION

L’etablissement des ephemerides, prevision des positions des corps celestes, depend du systeme

d’unites et de la valeur des constantes utilisees. En plus du systeme fondamental d’unites, commun

a toutes les sciences, les astronomes utilisent, par commodite puisqu’il s’agit de representer des

mouvements a grande echelle, un autre systeme dit systeme d’unites astronomiques. C’est au cours

de la Conference internationale des etoiles fondamentales tenue a Paris du 18 au 21 mai 1896

que fut etabli un systeme de constantes astronomiques sur lequel les astronomes etaient invites a

fonder leurs calculs. Ce systeme de constantes, international des l’origine, est entre en application

immediatement et est reste en vigueur jusqu’a l’adoption par la douzieme assemblee generale de

l’Union Astronomique Internationale (UAI), reunie a Hambourg en 1964, du systeme UAI 1964

(UAI, 1966). Ce dernier systeme fut effectivement introduit dans les ephemerides a partir de

1968. La seizieme assemblee generale de l’UAI reunie a Grenoble en 1976, le modifia pour donner

naissance au systeme UAI 1976 (UAI, 1977) qui fut introduit dans les ephemerides en 1984.

Dans ce chapitre nous allons presenter ce systeme ainsi que des donnees plus recentes et

actuellement en usage. Nous noterons :

• IERS 2003, les donnees issues du systeme de reference standard defini par le Service International

de Rotation de la Terre (IERS, International Earth rotation and Reference systems Service) ;

• Seidelmann et al. 2002, 2005, 2007, les donnees publiees par le groupe de travail commun a l’UAI

et a l’Association Internationale de Geodesie (IAG, International Association of Geodesy) sur les

coordonnees cartographiques et les elements rotationnels des planetes et des satellites ;

• Fukushima 2000, les propositions du groupe de travail de l’UAI sur les constantes astronomiques.


I. 4 CONNAISSANCE DES TEMPS

1.2. SYSTEMES D’UNITES

1.2.1. Systeme fondamental

Le systeme pratique d’unites de mesure est le Systeme International d’unites dont l’abreviation

internationale est SI. On y distingue deux classes d’unites, les unites de base et les unites derivees.

Le Systeme International est fonde sur sept unites de base (Table 1.1) considerees comme

independantes du point de vue dimensionnel.

Table 1.1. Unites de base du Systeme International d’unites (SI).

Grandeur Unite Symbole

Longueur metre m

Masse kilogramme kg

Temps seconde s

Intensite de courant electrique ampere A

Temperature thermodynamique kelvin K

Quantite de matiere mole mol

Intensite lumineuse candela cd

Les definitions de ces unites ont change au cours du temps.

Compte tenu de leur precision intrinseque et des incertitudes de mise en œuvre, chacune de leurs

definitions successives est compatible avec la precedente tout en permettant des realisations plus

exactes.

Les dernieres definitions publiees par le Bureau international des poids et mesures (BIPM, 1998)

pour les sept unites de base sont les suivantes, les sigles CGPM designant la Conference generale

des poids et mesures et CIPM, le Comite international des poids et mesures.

Unite de longueur : le metre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la

lumiere pendant une duree de 1/299 792 458 seconde (17e CGPM, 1983).

Unite de masse : le kilogramme est l’unite de masse ; il est egal a la masse du pro-

totype international du kilogramme (1er CGPM, 1889 et 3e CGPM, 1901). Ce prototype

international en platine iridie est conserve au Bureau International.


DEFINITIONS ET DONNEES ASTRONOMIQUES I. 5

Unite de temps : la seconde est la duree de 9 192 631 770 periodes de la radiation

correspondant a la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’etat fondamental de

l’atome de cesium 133 (13e CGPM, 1967).

Unite de courant electrique : l’ampere est l’intensite d’un courant constant qui,

maintenu dans deux conducteurs paralleles, rectilignes, de longueur infinie, de section

circulaire negligeable et places a une distance de 1 metre l’un de l’autre dans le vide,

produirait entre ces conducteurs une force egale a 2×10−7 newton par metre de longueur

(CIPM, 1946 et 9e CGPM, 1948).

Unite de temperature thermodynamique : le kelvin est la fraction 1/273.16 de la

temperature thermodynamique du point triple de l’eau (13e CGPM, 1967).

Unite de quantite de matiere : la mole est la quantite de matiere d’un systeme

contenant autant d’entites elementaires qu’il y a d’atomes dans 0.012 kilogramme de

carbone 12. Lorsqu’on emploie la mole, les entites elementaires doivent etre specifiees et

peuvent etre des atomes, des molecules, des ions, des electrons, d’autres particules ou des

groupements specifies de telles particules (14e CGPM, 1971). Remarquons que, dans la

definition de la mole, il est entendu que l’on se refere a des atomes de carbone 12 non

lies, au repos et dans leur etat fondamental.

Unite d’intensite lumineuse : la candela est l’intensite lumineuse, dans une direction

donnee, d’une source qui emet un rayonnement monochromatique de frequence 540×1012

hertz et dont l’intensite energetique dans cette direction est 1/683 watt par steradian

(16e CGPM, 1979).

Les unites derivees sont formees par combinaison des unites de base a l’aide de relations algebriques

liant les grandeurs correspondantes (cf. Bureau des longitudes, 1981).

La classe des unites supplementaires d’angle plan et d’angle solide, le radian et le steradian, a ete

abrogee par la 11e CGPM, (1995). Ces unites sont desormais interpretees comme unites derivees

sans dimension.

Le radian est l’angle plan compris entre deux rayons qui, sur la circonference d’un cercle,

interceptent un arc de longueur egale a celle du rayon. Il a pour symbole rad.

Le steradian est l’angle solide qui, ayant son sommet au centre d’une sphere, decoupe sur la

surface de cette sphere une aire egale a celle d’un carre ayant pour cote le rayon de la sphere. Il a

pour symbole sr.

Par ailleurs, le Comite international des poids et mesures a adopte en 1996 une nouvelle classifica-

tion des unites en dehors du SI qui peuvent etre utilisees avec le SI. Parmi celles-ci, on donne dans

la table 1.2 les unites usuelles de temps et d’angle employees quotidiennement.


Daniel Hestroffer (⋄), astronome, directeur de l’Institut de mecanique celeste et de calcul

des ephemerides.

Richard Bonneville, directeur adjoint au CNES.

MEMBRES CORRESPONDANTS

Marcel Golay, professeur, ancien directeur de l’observatoire de Geneve.

Pierre Merlin, professeur, universite de Paris I, president de l’institut d’urbanisme et

d’amenagement de la Sorbonne.

Michel Lefebvre, ingenieur honoraire CNES, Groupe de recherches de geodesie spatiale,

observatoire Midi-Pyrenees.

Jean Chapront, directeur de recherche au CNRS, observatoire de Paris.

Jean-Claude Duplessy, directeur de recherche au CNRS, laboratoire des sciences du climat

et de l’environnement.

Jean-Eudes Arlot, directeur de recherche au CNRS, IMCCE.

Francois Mignard, directeur de recherche au CNRS, observatoire de la Cote d’Azur.

Victor Brumberg, professeur, Institut d’astronomie appliquee, Saint-Petersbourg.

Jean-Louis Simon, astronome, Institut de mecanique celeste et de calcul des ephemerides.

Georges Balmino, ingenieur emerite CNES, ancien directeur executif du GRGS, observatoire

Midi-Pyrenees.

Michel Crepon, directeur de recherche au CNRS, institut Pierre Simon Laplace.

Pascal Willis, ingenieur en chef des Ponts et Chaussees, IPGP.

Sylvio Ferraz-Mello, professeur, universite de Sao Paulo.

Elisa Felicitas Arias, physicien chercheur principal, Bureau international des poids et mesures.

Catherine Turon, astronome, observatoire de Paris.

Christophe Sotin, professeur, universite de Nantes.

Jose Achache, professeur, directeur du secretariat du “Group on Earth observation”.

Catherine De Bergh, directeur de recherche au CNRS, observatoire de Paris.

Yves Desnoes, ingenieur general de l’Armement, ancien directeur general du Service hydro-

graphique et oceanographique de la Marine.

Frederique Remy, directeur de recherche au CNRS, observatoire Midi-Pyrenees.

Chantal Balkowski, astronome, observatoire de Paris.

Anny Cazenave, directrice-adjointe du LEGOS, observatoire Midi-Pyrenees.

Veronique Dehant, chef de section, observatoire royal de Belgique.

Annie Souriau, sismologue emerite l’observatoire Midi-Pyrenees.

Michel Diament, institut de physique du globe de Paris.

Alessandro Morbidelli, astronome a l’observatoire de la Cote d’Azur.

Jean-Claude Husson, membre de l’Academie de l’air et de l’espace, ancien president directeur

d’Alcatel-Espace.

Patrick Charlot, directeur de recherche au CNRS, observatoire de Bordeaux .

Terry Quinn, directeur emerite du BIPM.

(⋄) Au titre de l’Observatoire de Paris

MEMBRES CORRESPONDANTS HONORAIRES

Jean-Claude Pecker, membre de l’Academie des sciences, professeur au College de France.

Raymond Michard, astronome titulaire honoraire, ancien president de l’observatoire de Paris.

Gilbert Amat, professeur honoraire, universite de Paris VI.

Secretaire administratif : Michel Tellier


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