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Schéma de la Terre mettant en évidence son orientation par rapport aux rayons du Soleil lors d'un équinoxe.

Un équinoxe est un point de l'orbite terrestre qui est atteint lorsque le Soleil est exactement au zénith sur l'équateur terrestre.

L'équinoxe correspond aussi au point d'intersection de l'écliptique ^[1] et de l'équateur terrestre.

Une année connaît deux équinoxes : le premier entre le 20 et le 22 mars, le deuxième entre le 20 et le 22 septembre. Par extension, les équinoxes désignent les jours de l'année pendant lesquels se produisent ces passages au zénith. Les dates des équinoxes sont liées par convention à celles du début du printemps et de l'automne.

Étymologie

Étymologiquement, le terme équinoxe provient du latin æquinoctium, de æquus (égal) et nox, noctis (nuit). Ceci parce qu'à l'équinoxe jour et nuit ont une durée identique.

L'équinoxe de printemps (ou vernal) décrit l'équinoxe de mars dans l'hémisphère nord et l'équinoxe de septembre dans l'hémisphère sud. L'équinoxe d'automne est celui de septembre dans l'hémisphère nord et de mars dans l'hémisphère sud.

Astronomie

Orbite terrestre

Schéma indiquant l'orientation approximative de la Terre par rapport au Soleil au solstice de juin (gauche), équinoxe de septembre (bas), solstice de décembre (droite) et équinoxe de mars (haut).

L'axe de la Terre est incliné d'environ 23,44° par rapport au plan de son orbite. En conséquence, pendant environ une moitié de l'année, son hémisphère nord est orienté vers le Soleil, tandis que l'orientation est au profit de son hémisphère sud pendant l'autre moitié. Lors d'un équinoxe, les deux hémisphères sont orientés également par rapport au Soleil et celui-ci est situé directement au zénith de l'équateur. Les pôles Nord et Sud sont également situés à cet instant sur le terminateur et le jour et la nuit divisent exactement les deux hémisphères.

Réciproquement, du point de vue géocentrique, un équinoxe se produit lorsque le Soleil atteint l'une des deux intersections entre l'écliptique et l'équateur céleste : sa déclinaison est alors nulle.

Le Soleil n'étant pas un simple point lumineux vu de la Terre, sa traversée de l'équateur prend environ 33 heures.

Détermination

La date de l'équinoxe peut se déterminer en observant le lever du Soleil, par rapport au point situé plein Est (ou plein Ouest pour le coucher) : l'équinoxe de printemps a lieu le jour où le Soleil cesse de se lever au sud de ce point, pour se lever au nord (mutatis mutandis pour le coucher du Soleil, et/ou pour l'équinoxe d'automne). L'instant exact peut s'apprécier à partir de l'azimut solaire à ces deux levers consécutifs, en interpolant le moment où le Soleil passe à l'azimut 90° (ou 270° pour le coucher).

On dit souvent que « à l'équinoxe, le Soleil se lève à l'Est et se couche à l'Ouest », mais ce n'est qu'approximativement exact : cette règle néglige les déplacements du Soleil pendant cette journée. Le Soleil ne peut se lever exactement à l'Est que s'il se lève à l'instant précis de l'équinoxe, ce qui est le cas sur tout un méridien ; mais le temps que le Soleil se couche douze heures plus tard, sa déclinaison aura légèrement varié (d'un cinquième de degré), et il ne se couchera plus exactement à l'Ouest. La différence n'est cependant pas très sensible pour l'observation courante (un tiers de degré en azimut, pour les latitudes de l'ordre de 45°).

L'observation du Soleil au lever n'est pas très précise sur le plan astronomique, parce que c'est là que la réfraction atmosphérique est la plus forte, entraînant une incertitude sur l'heure du lever astronomique et donc sur son azimut. Un observatoire astronomique utilisera plutôt une lunette méridienne, pour déterminer (par interpolation entre deux midis solaires consécutifs) le moment où le Soleil passe sur l'équateur céleste, et a par conséquent une distance zénithale égale à la latitude du lieu d'observation.

Longueur du jour

Le jour d'un équinoxe, le centre du Soleil passe à peu près le même temps au-dessus et en dessous de l'horizon pour tous les points de la surface de la Terre : 12 heures. Cependant, le Soleil n'étant pas perçu sur Terre comme un point lumineux mais comme une sphère, le jour y est plus long que la nuit car le limbe supérieur du Soleil peut être aperçu alors que son centre est toujours situé en dessous de l'horizon. De plus, l'atmosphère terrestre réfracte la lumière solaire : même si son limbe est situé juste sous l'horizon, ses rayons peuvent quand même atteindre la surface terrestre. En pratique, le rayon apparent du Soleil est d'environ 16 minutes d'arc et la réfraction atmosphérique de 34 minutes d'arc. La combinaison des deux implique que le limbe supérieur du Soleil peut être aperçu alors que son centre est situé à 50 minutes d'arc sous l'horizon réel. En conséquence, le jour est plus long de 14 minutes que la nuit à l'équateur lors d'un équinoxe. Cette durée augmente quand on se déplace vers les pôles : à Londres, elle atteint 24 minutes, et à 100 km des pôles, le Soleil reste en partie visible toute la journée.

Certains points de la surface terrestre suffisamment éloignés de l'équateur peuvent connaître une journée où la durée du jour et de la nuit sont quasiment identiques. Sa date exacte dépend de la latitude et de la longitude, mais les jours précédant l'équinoxe de printemps (ou suivant l'équinoxe d'automne) connaissent un jour supérieur à 12 heures. Prendre en compte le crépuscule diminue encore la durée de la nuit.

Lors des équinoxes, la variation journalière de la durée du jour et de la nuit est la plus grande. Aux pôles, l'équinoxe marque la transition entre six mois de jour et six mois de nuit. Située au Svalbard loin au-delà du cercle arctique, la ville norvégienne de Longyearbyen connaît 15 minutes de jour de plus tous les jours aux alentours de l'équinoxe de printemps. À Singapour (environ 1° Nord), cette variation n'est que de quelques secondes.

Trajectoire solaire

Lors des équinoxes, le Soleil se lève presque exactement à l'Est et se couche presque exactement à l'Ouest. Du pôle Nord au pôle Sud, tous les points de la Terre situés sur un même méridien, reçoivent alors simultanément la lumière du Soleil durant la journée.

Dans l'hémisphère nord, le Soleil culmine au sud à un angle a peu près égal à 90° moins la latitude du point d'observation ; dans l'hémisphère sud, il culmine au nord de la même manière ; à l'équateur, il culmine au zénith.

Les diagrammes suivants décrivent de façon schématique la trajectoire apparente du soleil lors d'une journée d'équinoxe pour différentes latitudes.

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  0° (équateur) : le soleil culmine au zénith.

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  20° : le Soleil culmine à 70° d'altitude et disparaît sous l'horizon selon une trajectoire inclinée de 70° par rapport à celui-ci. Le crépuscule dure environ une heure.

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  50° : le crépuscule dure près de deux heures.

• 

  70° : le Soleil ne culmine qu'à 20° d'altitude et disparaît sous l'horizon suivant un angle très faible. Le crépuscule dure quatre heures ; en fait, la nuit noire est quasiment inexistante.

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  90° (pôles) : si la réfraction atmosphérique n'entrait pas en compte, le centre du Soleil resterait sur l'horizon toute la journée.

Dates

Dans le calendrier grégorien, les dates d'équinoxes varient suivant les années (le tableau à droite les résume pour les années proches). Les fait suivants sont à prendre en compte :

• L'orbite terrestre n'est pas tout à fait circulaire et sa vitesse dépend donc de sa position. En conséquence, les saisons ont une durée inégale :
  • Printemps septentrional (automne austral), de l'équinoxe de mars au solstice de juin : 92,7 jours;
  • Été septentrional (hiver austral), du solstice de juin à l'équinoxe de septembre : 93,7 jours;
  • Automne septentrional (printemps austral), de l'équinoxe de septembre au solstice de décembre : 89,9 jours;
  • Hiver septentrional (été austral), du solstice de décembre à l'équinoxe de mars : 89,0 jours.
• L'année civile standard n'est que de 365 jours ; l'année tropique est d'environ 365,2422 jours. Les équinoxes se produisent donc quasiment six heures plus tard d'une année sur l'autre. Les années bissextiles permettent de décaler les dates d'équinoxes 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 130 ans environ^[2], il conduit les équinoxes 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).

L'équinoxe de mars se produit donc, en heure UTC, le 19, 20 ou 21 mars. Aux XIX^e et XX^e siècles, l'équinoxe de mars est toujours tombé le 20 ou le 21 mars. Il est tombé le 19 mars 15 fois dans la seconde moitié du XVII^e siècle et 5 fois à la fin du XVIII^e siècle (dernière occurrence en 1796). Il tombera de nouveau le 19 mars en 2044. Au cours du XXI^e siècle, il ne sera tombé le 21 mars qu'en 2003 et 2007. Il faudra attendre 2102, pour qu'il retombe un 21 mars.

L'équinoxe de septembre peut avoir lieu, en heure UTC, le 21, 22, 23 ou 24 septembre. Il tombera le 21 septembre en 2092 pour la première fois depuis l'instauration du calendrier grégorien en 1582. Cela se reproduira en 2096, puis à nouveau en 2464. Il est tombé un 24 septembre 2 fois au tout début du XIX^e siècle et 8 fois au début du XX^e siècle ; il tombera pour la dernière fois à cette date en 2303.^{[réf. nécessaire]}

Aspects culturels

L'équinoxe, particulièrement celui de printemps, est une date de référence pour de nombreux calendriers.

• Dans le calendrier persan, le « nouvel an », Norouz (« Le nouveau jour ») coïncide avec l'équinoxe de mars.
• Le calendrier Badí‘ débute également lors de l'équinoxe de mars.
• La Pâque juive a généralement lieu lors de la première pleine lune suivant l'équinoxe de printemps dans l'hémisphère nord ; 4 ou 5 fois tous les 19 ans, elle a lieu lors de la deuxième pleine lune.
• Le calendrier liturgique romain calcule Pâques comme le premier dimanche suivant la première pleine Lune de comput suivant l'équinoxe de mars. L'Église utilise le 21 mars comme référence pour cet équinoxe. Cependant, l'Église catholique romaine utilisant le calendrier grégorien et la plupart des Églises orthodoxes le calendrier julien, la date précise de Pâques diffère.
• Dans les calendriers est-asiatiques traditionnels (calendriers chinois, coréen, vietnamien, etc.), l'équinoxe vernal et l'équinoxe automnal marquent le milieu du printemps et de l'automne. La fête de la mi-automne est célébrée le 15^e jour du 8^e mois lunaire et est un jour de fête officiel dans plusieurs pays d'Asie.
• Au Japon, l'équinoxe vernal est une fête officielle, le Shunbun no hi (春分の日). L'équinoxe de septembre est le Shūbun no hi (秋分の日).
• Les nouvel-ans tamoul et bengali suivent le zodiaque hindou et sont célébrés lors de l'équinoxe vernal sidéral (le 14 avril). Le premier est fêté dans le Tamil Nadu, le deuxième dans le Bengale-Occidental.
• Les habitants de l'Andhra Pradesh, du Karnataka et du Maharastra célèbrent l'ugadi, fixé par les Satavahana au premier matin suivant la première nouvelle lune après l'équinoxe de mars.
• Dans plusieurs pays arabes, la fête des Mères est célébrée lors de l'équinoxe de mars.
• La fête des moissons est célébrée au Royaume-Uni le dimanche de la pleine lune la plus proche de l'équinoxe de septembre.
• Dans le calendrier républicain, utilisé entre 1793 et 1805, l'année débute lors de l'équinoxe de septembre. La date de chaque année était déterminée par observation et calculs astronomiques.
• Au Mexique, à Chichén Itzá sur la pyramide de Kukulcán (appelée aussi "El Castillo"), il est possible aux équinoxes d'observer par jeu d'ombre l'apparition d'un serpent le long des escaliers.

Systèmes de coordonnées célestes

Le point vernal — position apparente du Soleil sur la sphère céleste lors de l'équinoxe de mars — est utilisé comme origine dans certains systèmes de coordonnées célestes :

• dans le système de coordonnées écliptiques, il est l'origine de la longitude écliptique ;
• dans le système de coordonnées équatoriales, il est l'origine de l'ascension droite.

À cause de la précession des équinoxes, la position du point vernal varie au fil du temps. Ces systèmes de coordonnées changent donc en conséquence. Ainsi, lorsqu'on donne les coordonnées célestes d'un objet dans l'un de ces systèmes, il est nécessaire de spécifier le point vernal (et l'équateur céleste) qui a servi à la mesure.

Dans ces systèmes, l'équinoxe automnal est situé à la longitude écliptique 180° et à l'ascension droite 12h.

Pour un observateur donné, son jour sidéral débute à la culmination du point vernal. L'angle horaire du point vernal est, par définition, le temps sidéral de l'observateur.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Précession des équinoxes
• Solstice
• Ebn al Aalam

Liens externes

• Dates des équinoxes et des saisons en général, sur le site officiel de l'IMCCE (institut de mécanique céleste).
• (en) Earth's Seasons, 2000-2020 (United States Naval Observatory)
• (en) Glossaire de l'astronomie fondamentale (Union astronomique internationale)

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