Pourquoi voit-on plus d'étoiles filantes après minuit ?
― Le ciel du petit matin est la « vitre avant » de la Terre en marche
Quand on annonce une pluie d'étoiles filantes, on recommande presque toujours « après minuit, jusqu'à l'aube ». Ce n'est pas pour vous priver de sommeil. Passé minuit, l'endroit où vous vous trouvez tourne vers l'avant de la Terre, dans sa course à travers l'espace.
Fin octobre, nuit des Orionides. À 21 h, vous sortez sur le balcon et vous levez les yeux pendant 30 minutes. Pas la moindre étoile filante.
Pourtant, le lendemain, un membre de votre famille levé vers 4 h du matin raconte : « J'en ai vu trois ! » Même ciel, même pluie d'étoiles filantes. Seule l'heure change.
Manque de chance ? Pas du tout. En début de nuit et à l'aube, le ciel n'est tout simplement pas orienté pareil.
Deux raisons expliquent qu'on en voie plus à l'aube
La Terre tourne autour du Soleil à environ 30 kilomètres par seconde. Le ciel de l'aube regarde vers l'avant : nous fonçons de face dans les débris de l'espace.
Les étoiles filantes d'une pluie semblent partir d'un seul point d'une constellation. Tant que ce point reste près de l'horizon, beaucoup de météores sont cachés sous le sol.
La première raison joue toutes les nuits, même hors pluie d'étoiles filantes. La seconde dépend de l'heure propre à chaque pluie. Voyons-les tour à tour.
Comme une voiture sous la pluie : la vitre avant prend le plus de gouttes
Quand vous roulez sous la pluie, la vitre avant reçoit beaucoup de gouttes. La vitre arrière, presque aucune. La voiture avance au-devant des gouttes.
L'espace est rempli d'innombrables débris minuscules, gros comme des grains de sable. La Terre les traverse à environ 30 kilomètres par seconde. Où se trouve la « vitre avant » de la Terre ?
Regardez la figure 1. La Terre tourne aussi sur elle-même. Résultat : l'endroit tourné vers l'avant est celui où il est environ 6 h du matin. Après minuit, le ciel au-dessus de votre tête pivote peu à peu vers cette « vitre avant ».
La vitre avant ne reçoit pas seulement plus de débris. La vitesse de la Terre s'ajoute à la leur, donc ils frappent plus vite. Plus le choc est rapide, plus la lumière est vive, et même des météores faibles deviennent visibles. On estime qu'il y a plus de deux fois plus d'étoiles filantes à l'aube que le soir.
La « bouche d'où jaillissent les météores » monte dans le ciel
Une pluie d'étoiles filantes se produit quand la Terre traverse une bande de débris laissée sur son chemin par une comète, par exemple. Tous ces débris arrivent en parallèle, depuis la même direction. Ils semblent donc jaillir d'un seul point du ciel, dans toutes les directions. On appelle ce point le « radiant ».
C'est comme des rails qui semblent se rejoindre au loin : un effet de perspective. Le radiant monte avec les constellations, de l'est vers l'ouest, puis se couche.
Avec le curseur de la figure 2, changez la hauteur du radiant. Quand il frôle l'horizon, près de la moitié des météores filent vers le sol et restent invisibles. Plus le radiant monte, plus les météores se répartissent dans tout le ciel, et plus on en voit.
Le radiant des Orionides se trouve près de la constellation d'Orion. Au Japon, il se lève à l'est vers 22 h et atteint sa plus grande hauteur à l'aube. La « vitre avant » et la « hauteur du radiant » jouent donc toutes deux en faveur de l'aube.
En décembre, le radiant des Géminides est déjà levé à l'est vers 20 h. On les voit donc bien dès le début de la nuit. L'astuce est de vérifier, pour chaque pluie, l'heure à laquelle son radiant se lève.
En résumé
Le ciel de l'aube est la « vitre avant » de la Terre dans l'espace. On heurte les débris de face : ils sont plus nombreux, et comme ils frappent vite, ils brillent plus fort. Pour une pluie d'étoiles filantes, le radiant monte en plus de plus en plus haut à mesure que la nuit avance.
On n'attend pas les étoiles filantes : on va à leur rencontre.
À l'aube, la Terre plonge visage en avant dans une pluie de débris.
Pour savoir qu'une étoile filante est grosse comme un grain de sable, lisez « Quelle est la taille d'une étoile filante ? ». Pour l'histoire de ceux qui ont longtemps refusé de croire que des pierres tombent du ciel, lisez « l'article sur les météorites ».
- Une nuit de pluie d'étoiles filantes, choisissez un endroit sûr, avec peu d'éclairage public. Les enfants y vont toujours accompagnés d'un adulte, bien habillés.
- Vers 21 h, puis vers 4 h du matin, observez le ciel largement pendant 15 minutes chaque fois, et comptez les étoiles filantes. Ne comptez pas pendant les premières minutes, le temps que vos yeux s'habituent à l'obscurité.
- Tendez le bras et remontez en arrière la direction d'une étoile filante. En en suivant plusieurs, vous verrez qu'elles semblent partir d'un même point.
Les nuits de pleine Lune ou très nuageuses, le nombre chute fortement. Il est normal que les comptages varient : recommencez plusieurs fois pour comparer.
Pour aller plus loin ― termes, formules et lien avec les manuelsLe niveau (collège, lycée, université) est indiqué pour chaque passage
- CollègeNotions vues en sciences au collège
- LycéeNotions vues au lycée (physique de base, sciences de la Terre)
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou notions de simple encadré dans les manuels
- Univ.Notions de cours universitaires (astronomie, sciences planétaires), non vues au lycée
- RechercheSujets que les chercheurs étudient encore, non enseignés comme acquis, même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a des noms
- Pluie d'étoiles filantes (essaim météoritique) : phénomène où les étoiles filantes se multiplient à peu près à la même date chaque année, quand la Terre traverse une bande de débris laissée sur son orbite par une comète, par exemple.
- Radiant : point du ciel d'où semblent jaillir les étoiles filantes d'une pluie. Les débris, qui volent en parallèle, paraissent converger vers un point par effet de perspective.
- Apex (point vers lequel la Terre se dirige) : point du ciel situé dans le sens de la marche de la Terre sur son orbite. À l'heure locale d'environ 6 h du matin, il passe haut dans le ciel du sud.
- Taux horaire zénithal (THZ) : nombre d'étoiles filantes qu'une personne verrait en une heure, radiant au zénith et ciel dégagé et sombre. C'est l'échelle qui sert à comparer la « force » des pluies.
CollègeLycéeVérifier par la formule : combien en voit-on par heure ?
Le taux horaire zénithal des Orionides est d'environ 20. Calculons comment le nombre visible varie avec la hauteur du radiant. Calculons aussi l'écart de vitesse d'impact entre la vitre avant et la vitre arrière.
| En symboles | N ＝ ZHR × sin h (vitesse d'impact v ＝ u ± V) |
| En mots | Nombre visible par heure ＝ taux horaire zénithal × sinus de la hauteur du radiant. Vitesse d'impact ＝ vitesse du débris ± vitesse de la Terre |
| D'où viennent-elles ? | Même idée d'« incidence oblique » que pour la pluie qui tombe en biais : elle mouille moins par unité de surface d'un sol horizontal. Pour les vitesses, c'est la vitesse relative : on additionne quand on va face à face, on soustrait quand on va dans le même sens. |
| Signification des symboles | N : nombre visible par heure, ZHR : taux horaire zénithal, h : hauteur du radiant (degrés) |
| THZ des Orionides | environ 20 par heure |
| Sinus d'une hauteur de 30° | 0,5 |
| Sinus d'une hauteur de 70° (point le plus haut près de Tokyo) | environ 0,94 |
| Vitesse orbitale de la Terre V | environ 30 km/s |
| Vitesse maximale pour rester dans le Système solaire à la distance de la Terre u | environ 42 km/s |
| Radiant à 30° | 20 × 0,5 ＝ 10 par heure |
| Radiant à 70° (à l'aube) | 20 × 0,94 ＝ 18,8 par heure |
| Combien de fois plus qu'à 30° ? | 18,8 ÷ 10 ≒ 1,9 fois |
| Vitesse maximale d'un choc de face (vitre avant) | 42 ＋ 30 ＝ 72 km/s |
| Vitesse minimale d'un débris qui rattrape (vitre arrière) | 42 － 30 ＝ 12 km/s |
| Rapport des vitesses | 72 ÷ 12 ＝ 6 fois |
| L'énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse, donc | 6 × 6 ＝ 36 fois |
À taille égale, un débris qui plonge dans la vitre avant convertit jusqu'à 36 fois plus d'énergie en lumière et en chaleur qu'un débris de la vitre arrière. En réalité, l'attraction de la Terre accélère un peu les météores : même le plus lent atteint environ 11 km/s, et la vitesse des étoiles filantes se situe donc entre 11 et 72 km/s environ. Les Orionides, à environ 66 km/s, sont une pluie particulièrement rapide.
LycéeLycée+Addition des vitesses et perspective
LycéeC'est exactement la « vitesse relative » de la physique de base. La vitesse du débris vue depuis la Terre est celle du débris moins celle de la Terre (une soustraction de vecteurs, direction comprise). L'énergie cinétique vaut la masse × la vitesse au carré ÷ 2 : une différence de vitesse pèse donc lourd dans la différence de luminosité.
Lycée+Le radiant est le même effet de perspective que le « point de fuite » où des droites parallèles semblent se rejoindre au loin. Sa position tient compte aussi du décalage de direction dû au mouvement orbital de la Terre. C'est pourquoi une même pluie apparaît chaque année à peu près dans la même constellation.
Univ.Correction du THZ et corps parent
Pour tirer le taux horaire zénithal (THZ) des comptages, on corrige non seulement la hauteur du radiant, mais aussi la magnitude limite de l'étoile la plus faible visible à l'œil nu cette nuit-là, et la fraction du ciel masquée par les nuages. Les Orionides et les Êta Aquarides de mai ont pour corps parent la comète de Halley, dont elles sont les débris. La Terre traverse deux fois par an le voisinage de l'orbite de Halley. Si les météores « sporadiques », qui n'appartiennent à aucune pluie, sont plus nombreux à l'aube, on l'explique par la direction de l'apex de la Terre.
📖 Dérivation des formules et approfondissements : Wikipédia (en japonais) « Taux horaire zénithal » ／ Wikipédia (en japonais) « Pluie d'étoiles filantes »
RechercheCe qu'on ne sait pas encore bien
- Prévoir les sursauts soudains Des chercheurs calculent les filaments de débris (« dust trails ») laissés par la comète mère à chacun de ses passages, afin de prévoir l'heure où, une année donnée, les étoiles filantes se multiplient brusquement. Les prévisions justes se multiplient, mais prévoir le nombre exact reste difficile.
- L'origine des météores sporadiques On sait que les étoiles filantes hors pluie arrivent en plus grand nombre de quelques directions du ciel. De quelle comète ou de quel astéroïde viennent ces débris, on l'étudie encore.
- Compter les météores faibles Les météores trop faibles pour l'œil sont comptés par radar et par caméras très sensibles. Comment relier le THZ visuel aux comptages par instruments fait encore débat.
Le contenu de cet article est donc « l'explication dans l'état actuel des connaissances ». Le nombre d'étoiles filantes varie beaucoup d'une année à l'autre : prenez les chiffres donnés ici comme des repères.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, la Terre et l'Univers (rotation et révolution de la Terre) | Le ciel de l'aube regarde dans le sens de marche de la Terre |
| Lycée | Physique de base : vitesse relative ; sciences de la Terre : petits corps du Système solaire | Addition et soustraction des vitesses d'impact |
| Lycée+ | Perspective et point de fuite, énergie cinétique | Pourquoi le radiant paraît un point, différence de luminosité |
| Univ. | Astronomie et sciences planétaires (astronomie des météores) | Correction du THZ, corps parent, apex |
| Recherche | Calcul des dust trails, origine des météores sporadiques | Prévision des sursauts, observation des météores faibles |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Choisir l'heure pour aller voir une pluie d'étoiles filantes |
- National Astronomical Observatory of Japan (国立天文台), éd., Chronological Scientific Tables (理科年表), Maruzen Publishing (丸善出版) (liste des pluies d'étoiles filantes)
- National Astronomical Observatory of Japan (国立天文台), « Hoshizora Jōhō » (ほしぞら情報) (présentation de chaque pluie d'étoiles filantes)
- International Meteor Organization, "Meteor Shower Calendar"
- Wikipédia (en japonais) « Taux horaire zénithal » (天頂出現数)
- Kō Nagasawa (長沢工), Meteors and Meteor Showers (流星と流星群), Chijin Shokan (地人書館)
※Cet article est une vulgarisation scientifique pour le grand public. Les valeurs indiquées sont des repères et des estimations pour comprendre le mécanisme. Pour une observation de nuit, choisissez un endroit sûr où l'on voit où l'on marche, et accompagnez toujours les enfants.