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La planète Mars en opposition et occultation par la Lune

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Catherine Simand

ENS Lyon / DGESCO

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Catherine Simand

ENS Lyon / DGESCO

21/12/2007

Résumé

Mars facilement observable fin décembre 2007 : opposition et occultation par la Lune.


Pour les astronomes amateurs, décembre 2007 est une période privilégiée pour observer Mars et l'occasion pour tous d'aborder quelques notions simples d'astronomie.

La planète Mars sera bien visible en décembre 2007

En cette fin d'année 2007, la configuration Mars, Terre, Soleil présente plusieurs éléments remarquables : Mars est en opposition, relativement proche de la Terre, et assez haute sur l'horizon dans l'hémisphère Nord. Ces trois phénomènes, simultanés, facilitent l'observation de cette planète.

L'opposition de Mars

Les planètes du système solaire tournent autour du Soleil qui se trouve au foyer de leurs orbites elliptiques. On dit qu'il y a "opposition" lorsque qu'une planète, la Terre et le Soleil sont alignés, avec la Terre entre les deux : la planète et le Soleil sont à l'opposé pour un observateur terrestre (comme la Lune lors de la pleine Lune).

Figure 1. Mars en opposition

Mars en opposition

Le Soleil et Mars sont en opposition par rapport à la Terre.

Le schéma ne respecte pas exactement les distances relatives et les excentricité des orbites. Le Soleil est à un foyer commun des orbites.


Le 24 décembre 2007, à 20h46 H.L.F. (Heure Légale Française), Mars et le Soleil seront en opposition. La nuit de Noël est une nuit de « plein Mars » !

Périodicité des oppositions - Connaissant la période de rotation de la Terre (TT=365,256j) et celle de Mars (TM=686,986j, jours terrestres), il est possible de calculer la périodicité de ce phénomène.

Rétrogradation - Lors de la période encadrant une opposition, il y a rétrogradation de Mars. Le mouvement apparent de Mars dans le ciel est alors d'Ouest en Est, alors que le mouvement "habituel" est d'Est en Ouest, comme celui de la Lune.

Mars sera assez proche de la Terre

Dans le cas théorique d'orbites circulaires, chaque opposition correspond à la distance minimale Terre - planète. Du fait de la forte ellipticité de l'orbite de Mars (excentricité de 0,093 à comparer à l'orbite quasi-circulaire de la Terre d'excentricité 0,017), la distance Terre-Mars lors des oppositions varie de 56 à 101 millions de km.

Les distances sont minimales lorsque la Terre et surtout Mars sont proches de leurs périhélies. La Terre sera au périhélie le 3 janvier 2008 et Mars était à son périhélie le 4 juin 2007. L'opposition de décembre 2007 n'est donc pas dans la situation la plus favorable. Le 18 décembre 2007, la distance Terre - Mars était minimale et valait environ 88 millions de km. Néanmoins, cette proximité relative facilite l'observation de Mars qui est brillante en cette fin d'année 2007. Même avec du matériel amateur, on observe la calotte polaire, les canyons de Valles Marineris , Olympus Mons le plus haut volcan du système solaire... Pour profiter d'une distance plus petite, il faudra attendre fin mai 2016 (76 millions de km) voire, mieux, fin juillet 2018 (58 millions de km).

Figure 2. Mars en opposition, lors d'une position proche de son périhélie

Mars en opposition, lors d'une position proche de son périhélie

Le Soleil et Mars sont en opposition par rapport à la Terre, et Mars est proche de son périhélie. La distance Terre-Mars est ici inférieure au cas de la figure 1 pour lequel Mars est plus proche de son aphélie.

Le schéma ne respecte pas exactement les distances relatives et les excentricité des orbites. Le Soleil est à un foyer commun des orbites.


Excentricité, périhélie et aphélie - L'excentricité (e) d'une orbite elliptique est définie comme le rapport e=c/a, avec "c" la distance centre-foyer de l'orbite et "a" le demi grand axe de l'orbite. Les distances foyer - planète au périhélie (m) et à l'aphélie (M) s'expriment alors : m=a.(1-e) ; M=a.(1+e).

Mars apparaîtra haut sur l'horizon dans l'hémisphère Nord

Les pollutions lumineuses urbaines empêchent l'observation des constellations, astres et planètes proches de l'horizon. Le fait que Mars soit haut sur l'horizon en décembre facilite aussi son observation.

La hauteur sur l'horizon nocturne des planètes est due à l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l'écliptique et à la position de la Terre sur son orbite. Dans l'hémisphère Nord, au solstice d'hiver, la hauteur sur l'horizon de l'écliptique est minimale le jour et maximale la nuit. L'influence de la saison sur la hauteur de la Lune dans le ciel est expliquée dans un article publié conjointement sur CultureScience-Physique et Planet-Terre, ses conclusions sont généralisables aux planètes du système solaire.

Occultation de Mars par la Lune

Le 24 décembre 2007 est aussi une nuit de pleine Lune (à 02h15 H.L.F., nuit du 23 au 24). La Lune sera donc dans l'alignement Terre-Soleil à cette date (puisque la pleine Lune correspond à une opposition de Lune). Soleil, Terre, Lune et Mars seront donc presque parfaitement alignés.

Une fois par mois, la Lune et la planète rouge sont alors observables dans la même direction avec des hauteurs sur l'horizon différentes : on parle de conjonction. La conjonction du 24 décembre (vers 5h H.L.F.) est particulière car les hauteurs seront identiques à certaines latitudes : la Lune éclipsera donc Mars, on parle d'occultation.

Figure 3. Occultation de Mars par la Lune lors d'une opposition de Mars

Occultation de Mars par la Lune lors d'une opposition de Mars

Le Soleil et Mars sont en opposition par rapport à la Terre. La Lune, en position de pleine Lune (= opposition), occulte Mars.

Le schéma ne respecte pas exactement les distances relatives et les excentricité des orbites. Le Soleil est à un foyer commun des orbites.


En France métropolitaine, Mars restera visible juste en dessous de la Lune, à quelques minutes d'arc seulement du pôle Sud lunaire. C'est à des latitudes (Nord) plus élevées, par exemple en Scandinavie, que la Lune occultera totalement Mars ce 24 décembre au matin.

Compléments d'informations

Périodicité des oppositions - Dans le référentiel héliocentrique, on repère les positions de la Terre et de Mars par les angles θT et θM. Ils varient en fonction du temps t selon θT(t)=tx2π/TT + θ0T et θM(t)=tx2π/T + θ0M. Une opposition a lieu lorsque la différence angulaire est nulle (à 2π près), soit lorsque θT(t) - θM(t) = 2kπ (k entier). Donc aux dates t telles que 2π.t.(1/TT - 1/TM) + θ0T - θ0M= 2kπ. On obtient une périodicité Topp=TT . TM /(TM - TT) = 779,926 jours, soit tous les 2 ans et 50 jours environ.

On peut aussi raisonner en terme de fréquences de rotation. La fréquence des oppositions (fopp=1/Topp) est alors égale à la différence des fréquences de rotation des planètes : fopp = fT - fM.

Quelques liens utiles :