La Terre décrit autour du Soleil, dans un plan dit "plan de l’écliptique", une orbite elliptique, de très faible excentricité (1/60), dont le Soleil occupe un des foyers.
Sa distance au Soleil varie ainsi entre 147 103 000 kilomètres le 1 janvier (périgée P), et 152 105 000 kilomètres le 1 juillet (apogée A).
Dans l'applet, l'axe Ox est confondu avec la ligne des solstices. L'axe Oz est normal au plan de l'écliptique. Le trièdre Oxyz est direct.
La Terre tourne autour du Soleil dans le sens direct avec une vitesse orbitale voisine de 30 kilomètres par seconde.
La Terre tourne également sur elle-même dans le sens direct en 23 heures 56 minutes et 4 secondes, selon un axe incliné actuellement de 23° 27' sur le plan de l’écliptique.
L’angle entre la droite joignant les centres du Soleil et de la Terre et la plan de l'équateur terrestre est la déclinaison δ du soleil.
Répartition des jours et des nuits :
A l'équinoxe de printemps, la déclinaison est nulle : jours et nuits ont même longueur. Entre l'équinoxe de printemps et le solstice d'été (21 juin), la déclinaison croît de 0 à +23°27' : Dans l'hémisphère nord le jour est plus long que la nuit et au nord du parallèle de latitude ( 90° - δ) le jour est permanent. Au solstice d'été (point Se de l'orbite) le jour atteint son maximum de durée (environ 16 heures à Paris). Du solstice d'été à l'équinoxe d'automne la déclinaison diminue jusqu'à 0. De l'équinoxe d'automne au solstice d'hiver (point Sh de l'orbite) la déclinaison diminue jusqu'à -23°27'. Au nord du cercle polaire arctique la nuit est permanente.
La situation est inversée dans l'hémisphère sud.
Précession des équinoxes :
Si l'année n l'équateur coupe l'écliptique en M à l'équinoxe de printemps, l'année suivante le point d'intersection s'est déplace d'environ 50" dans le sens rétrograde. Le point M fait le tour de l'écliptique en 26000 ans. L'axe de rotation de la terre décrit un cône autour de l'axe Oz de l'écliptique. Ce mouvement résulte de la non sphéricité de la Terre. Actuellement, la droite SeSh fait un angle de 12° avec la droite PA (grand axe de l'orbite). Cet angle était nul vers 1250.
Durée des saisons :
A cause de la précession des équinoxes et de l'ellipticité de l'orbite les saisons sont de durée inégales (Printemps 92 j 20 h, Eté 93 j 15 h, Automne 89 j 20 h, Hiver 89 j).
Bien que la distance Soleil-Terre soit plus faible en hiver qu'en été, (dans l'hémisphère boréal) la Terre reçoit beaucoup plus d'énergie en été qu'en hiver à cause de l'obliquité des rayons du Soleil et de la durée des jours.
Utilisation :
Dans l'applet, les échelles de distance et de temps ne sont évidemment pas respectées.
J'ai représenté l'orbite dans le plan de l'écliptique, le Soleil et la Terre. Dans le repère utilisé, le solstice d'hiver correspond à X positif et Y = 0. Les équinoxes correspondent à X = 0.
Pour figurer le mouvement de rotation de la Terre autour de son axe, j'ai représenté par un point rouge le mouvement d'un point de latitude donnée.
La boite de dialogue permet de modifier la latitude de ce point. (0° équateur, 90° pôle Nord)
Même pour cette représentation très schématique, le volume des calculs est très important. Pour maintenir la fluidité de l'animation, la gestion de la transparence pour l'axe de rotation a été supprimée.
Le cercle tracé en bleu correspond à la limite entre les zones éclairées et obscures sur la Terre.
Pour modifier l'angle de vision, cliquer sur le bouton gauche de la souris puis glisser le curseur dans le cadre de l'applet.
Pour geler l'animation, cliquer sur le bouton droit de la souris.
Vérifier que le Soleil semble se lever à l'Est et se coucher à l'Ouest.
Examiner la situation au moment des solstices et des équinoxes.
Vérifier que pour les points situés au nord du cercle polaire arctique, la nuit est permanente au solstice d'hiver et que le jour est permanent lors du solstice d'été.
Si vous êtes perdu cliquer sur le bouton [ RaZ ]. Dans la position initiale, on voit le plan de l'écliptique du dessus, l'axe Oy est dirigé vers l'arrière.