Solstice

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Illumination de la Terre par le Soleil lors du solstice de juin.

Illumination de la Terre par le Soleil lors du solstice de décembre.

Le solstice est un événement astronomique qui se produit lorsque la position apparente du Soleil vu de la Terre atteint son extrême méridional ou septentrional.

Les jours avoisinants le solstice d'été sont les plus longs de l'année, tandis que ceux proches du solstice d'hiver sont les plus courts de l'année. Les dates des solstices d'hiver et d'été sont inversées pour les hémisphères nord et sud, ainsi bien sûr que les saisons. Une année connaît deux solstices : le premier vers le 20, le 21 ou le 22 juin, le deuxième vers le 20, le 21 ou le 22 décembre. Par extension, les solstices désignent les jours de l'année pendant lesquels ils se produisent. La date des solstices correspond au début de l'été ou de l'hiver astronomique.

Étymologie

Le terme solstice vient du latin solstitium (de sol, « soleil », et sistere, « s'arrêter, retenir ») car l’azimut du Soleil à son lever et à son coucher semble rester stationnaire pendant quelques jours à ces périodes de l'année, avant de se rapprocher à nouveau de l'est au lever et de l’ouest au coucher. Le terme latin solstitium est employé à la fin de la République romaine au I^er siècle av. J.‑C.. Pline l'Ancien l'emploie plusieurs fois dans son Histoire naturelle dans le même sens qu'actuellement. De même, d'un point de vue astronomique moderne, c'est la période où la déclinaison du Soleil semble constante et son mouvement apparent vers le nord ou le sud sur la sphère céleste semble s'arrêter avant de changer de direction.

Le solstice d'été désigne le solstice de juin dans l'hémisphère nord et le solstice de décembre dans l'hémisphère sud. Le solstice d'hiver celui de décembre dans l'hémisphère nord et de juin dans l'hémisphère sud.

Astronomie

Définition

Parmi les nombreuses façons possibles de définir un solstice, la plus immédiate est celle qui lui a donné son nom : il s'agit de l'un des moments où la déclinaison du Soleil sur la sphère céleste semble constante : à ces instants, sa trajectoire apparente atteint son point le plus haut ou le plus bas par rapport aux étoiles.

L'axe de rotation de la Terre est incliné par rapport à la verticale du plan de son orbite d'environ 23° 26' et son orientation reste constante au cours d'une révolution autour du Soleil. En conséquence, pendant une moitié de l'année, l'hémisphère nord est plus incliné vers le Soleil que l'hémisphère sud, avec un maximum vers le 21 juin. Pendant l'autre moitié l'hémisphère sud est plus incliné que l'hémisphère nord, avec un maximum vers le 22 décembre. Les moments où ces inclinaisons sont maximales sont les solstices.

Au solstice de juin, la déclinaison du Soleil atteint +23° 26' ; au solstice de décembre, -23° 26'. Le reste de l'année, elle évolue entre ces deux extrêmes.

Le terme de solstice ne décrit que les instants où la déclinaison solaire est maximale ou minimale. Par extension, il est possible de parler de solstice pour désigner les jours pendant lesquels la déclinaison est proche de ces valeurs extrêmes.

Les solstices ne sont pas liés à la distance entre la Terre et le Soleil, variable du fait de son excentricité orbitale : la Terre atteint son aphélie au début juillet et son périhélie au début janvier. Cependant, par suite des cycles de Milanković, l'inclinaison de l'axe terrestre et son excentricité orbitale évoluent au fil du temps : dans 10 000 ans, le passage au périhélie se produira au même moment que le solstice de juin, et le passage à l'aphélie lors du solstice de décembre.

Hauteur du Soleil et durée du jour

Lors du solstice de juin, le point subsolaire atteint la latitude 23° 26' nord, c'est-à-dire celle du tropique du Cancer : l'un des points situés sur ce parallèle perçoit le centre du Soleil exactement au zénith. Lors du solstice de décembre, le point subsolaire atteint la latitude 23° 26' sud, c'est-à-dire celle du tropique du Capricorne.

Les points de la surface terrestre situés à la latitude 66,56° nord (c'est-à-dire sur le cercle arctique) perçoivent le centre du Soleil juste sur l'horizon à minuit lors du solstice de juin. La même chose se produit lors du solstice de décembre pour les points du cercle antarctique, par 66,56° sud.

Trajectoire solaire

Les diagrammes suivants décrivent de façon schématique la trajectoire apparente du Soleil lors des solstices pour différentes latitudes.

• 

  0° (équateur) : le Soleil atteint sa culmination minimale, n'atteignant que 66,56° au nord ou au sud. Il n'y a pas de saison et le jour dure toujours douze heures.

• 

  20° : le Soleil culmine à 46,56° en hiver et 93,44° à l'opposé, mais il y a deux jours à l'an quand le Soleil culmine perpendiculairement à 90°. Les jours d'été sont de deux à trois heures plus longs que les jours d'hiver. Le crépuscule dure environ une heure toute l'année.

• 

  50° : le Soleil culmine à 16,56° en hiver et à 63,44° en été. Le jour dure moins de 8 heures en hiver et plus de 16 heures en été. Les directions et angles des levers et couchers de Soleil lors des deux solstices sont très différents. En été, le Soleil ne disparaît pas suffisamment sous l'horizon pour que prenne fin le crépuscule astronomique. Au-dessus de 60° de latitude, le crépuscule civil dure toute la nuit. Au-dessus de 66,56°, le Soleil ne se couche pas en été.

• 

  70° : en hiver, le Soleil culmine sous l'horizon à −3.44° : il ne se lève pas et la zone est plongée dans la nuit polaire (avec un crépuscule prononcé cependant). En été, il culmine à 43,44° et ne se couche pas.

• 

  90° (pôles) : aux solstices d'hiver et d'été, le Soleil est respectivement 23,44° en dessous et au-dessus de l'horizon, quelle que soit l'heure. Le solstice d'été marque la culmination maximale du Soleil au pôle : après cette date, il descend progressivement sur la sphère céleste et atteint l'horizon lors de l'équinoxe d'automne.

Détermination

À la différence des équinoxes, l'heure exacte des solstices n'est pas facile à déterminer. Les variations de la déclinaison solaire deviennent plus petites à mesure que celui-ci s'approche du minimum ou du maximum. Les jours précédant et suivant les solstices, la vitesse de déclinaison est inférieure à 30 secondes d'arc par jour, moins d'un soixantième du diamètre angulaire du Soleil. Les différences de déclinaison sont presque imperceptibles à l'aide d'un sextant équipé d'un vernier ou à l'aide d'outils plus traditionnels comme un gnomon ou un astrolabe. Les variations dans l'azimut du lever et du coucher du Soleil sont également difficiles à mesurer à cause des changements dans la réfraction atmosphérique. Sans l'aide d'outils plus complexes, la précision sur le solstice ne peut être plus petite que 3 à 5 jours.

Ptolémée utilisait une méthode basée sur l'interpolation. Elle consistait à mesurer la déclinaison du Soleil à midi sur plusieurs jours avant et après le solstice afin de trouver deux jours non consécutifs possédant la même déclinaison. Le solstice est alors estimé à mi-chemin de ces deux dates. Il a été postulé qu'un intervalle de mesure de 45 jours permet d'atteindre une précision de six heures^[1].

Le solstice peut être déterminé précisément avec un astrolabe, à condition de disposer d'un point intermédiaire -la Lune- visible de nuit (pour pouvoir être positionné de nuit sur la sphère céleste) et suffisamment brillant pour être visible de jour (afin de pouvoir recaler la position horaire de la sphère céleste, et positionner le Soleil sur celle-ci). Avec cette double visée, qui revient à déterminer le temps sidéral, il est possible de déterminer le moment où le Soleil passe à 90° du point vernal (intersection de l'écliptique et de l'équateur), avec la précision de la mesure (sensiblement, un jour par degré).

Dates

Date et heure (UTC) des solstices et des équinoxes au début du XXIe siècle
Année	Équinoxe de mars		Solstice de juin		Équinoxe de sept.		Solstice de déc.
	jour	heure	jour	heure	jour	heure	jour	heure
2001	20	13:31	21	07:37	22	23:04	21	19:21
2002	20	19:16	21	13:25	23	04:55	22	01:15
2003	21	01:00	21	19:10	23	10:46	22	07:04
2004	20	06:48	21	00:57	22	16:30	21	12:41
2005	20	12:33	21	06:46	22	22:23	21	18:35
2006	20	18:25	21	12:25	23	04:03	22	00:21
2007	21	00:07	21	18:06	23	09:50	22	06:07
2008	20	05:48	20	23:59	22	15:44	21	12:03
2009	20	11:43	21	05:45	22	21:18	21	17:46
2010	20	17:31	21	11:29	23	03:09	21	23:38
2011	20	23:20	21	17:16	23	09:04	22	05:29
2012	20	05:14	20	23:08	22	14:48	21	11:11
2013	20	11:01	21	05:04	22	20:44	21	17:11
2014	20	16:56	21	10:51	23	02:28	21	23:02
2015	20	22:45	21	16:38	23	08:20	22	04:48
2016	20	04:40	20	22:34	22	14:21	21	10:44
2017	20	10:28	21	04:23	22	20:01	21	16:27
Référence : IMCCE Institut de mécanique céleste de calcul des éphémérides.

Dans le calendrier grégorien, les dates de solstices varient suivant les années (le tableau à droite les résume pour les années proches). Les faits suivants sont à prendre en compte :

• L'année civile standard n'est que de 365 jours ; l'année tropique est d'environ 365,2422 jours. Les solstices se produisent donc quasiment six heures plus tard d'une année sur l'autre. Les années bissextiles permettent de décaler les dates de solstices d'une journée tous les quatre ans.
• Ce décalage bissextile compense légèrement trop la différence entre l'année civile et l'année tropique. Au bout de 70 ans, il conduit les solstices à se produire une journée plus tôt (ce qui est le problème du calendrier julien). Ce point est partiellement compensé par l'absence d'année bissextile pour les années divisibles par 100 (mais pas par 400).

Le solstice de juin se produit en général le 21 juin. Il est survenu le 20 juin en 1896 ainsi qu'en 2008. Il s'est produit le 22 juin en 1975 et tombera à nouveau à cette date au début du XXIII^e siècle en 2203, 2207, 2211 et 2215, puis en 2302. Le solstice de juin tombera exceptionnellement un 19 juin en 2488 et ce sera la première fois depuis la création du calendrier grégorien.

Le solstice de décembre a généralement lieu le 21 ou le 22 décembre. Il est tombé un 23 décembre en 1903 et il faudra attendre le début du XXIV^e siècle pour le voir se produire de nouveau à cette date. Il est tombé un 20 décembre 10 fois à la fin du XVII^e siècle et tombera de nouveau à cette date à la fin du XXI^e siècle et à la fin du XXV^e siècle.

Aspects culturels

Lever de Soleil le jour du solstice d'été à Stonehenge en 2005.

Les solstices d'hiver et d'été (ainsi que les équinoxes et les dates situées à mi-chemin) sont la source de nombreuses célébrations, fêtes païennes ou fêtes religieuses dans différentes cultures. Le solstice d'été marque la nouvelle année dans l'Égypte antique. Le monde chrétien connaît différentes fêtes, apparentées à la fête de la Saint-Jean (vers le 23 ou 24 juin). À Stonehenge, des milliers de personnes se réunissent pour célébrer le passage à l'été. Plus récemment, la fête de la Musique correspond à des festivités organisées le jour du solstice d'été, en France puis dans d'autres pays du monde, depuis 1982.

Le solstice d'hiver est également associé à un jour férié dans plusieurs cultures : les Saturnales romaines, Hanoucca dans la religion juive, Kwanzaa pour certains afro-américains, Sol invictus, Noël.

Dans le néopaganisme, les célébrations des solstices correspondent à des fêtes religieuses importantes dans les mouvements druidiques, sataniste moderne et wiccans^[2].

Dans le calendrier hindou, les deux solstices sidéraux sont nommés Uttarayana et Dakshinayana. Le premier se produit vers le 14 janvier, le deuxième vers le 14 juin. Ils marquent le mouvement du soleil le long d'un zodiaque fixe par rapport aux étoiles (c'est-à-dire que les phénomènes de précession sont ignorés) et son entrée dans Mesha (un signe zodiacal qui correspondait au Bélier vers 285) et dans Tula (qui correspondait à la Balance à la même époque).

Dans les cultures tempérées, les solstices — comme les équinoxes — sont souvent utilisés pour définir les saisons : ils peuvent servir à délimiter le début de l'été et de l'hiver, ou bien à marquer le milieu de ces deux saisons.

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

• « Solstice », sur le Wiktionnaire (dictionnaire universel)

Articles connexes

• Équinoxe
• Saison
• Soleil
• Tropique
• Tropique du Cancer
• Tropique du Capricorne
• Retard saisonnier

Liens externes

• Dates des solstices et des saisons en général, sur le site officiel de l'IMCCE (Institut de mécanique céleste).
• Comment sont définis les solstices ?, sur le site de l'ENS Lyon.

Notes et références

1. ↑ (en) R. Kolev, « Early Greek Solstices and Equinoxes », dans Journal for the History of Astronomy, vol. 32, n^o 107, 2001, p. 154-156 [résumé] 
2. ↑ Article de la Presse canadienne