Quelle est la différence entre jour solaire et jour sidéral ?

Un jour, c’est un jour, comme dirait ma grand-mère. En fait non, un jour n’est plus un jour, au moins depuis Copernic. Comme dit l’adage, la science pose plus de questions qu’elle n’en résout. Et depuis que les hommes ont commencé à comprendre la mécanique céleste, la question de savoir combien de temps dure un jour n’est plus aussi triviale.

La durée historique, celle qui correspond au vécu et au besoin des hommes, est l’intervalle de temps qui s’écoule entre deux passages du soleil au zénith. Ce temps est, comme chacun sait, de 24 heures.

Mais un jour, c’est aussi la période de rotation de la Terre sur elle-même, qui est, comme chacun sait, de... 23 heures, 56 minutes et 4 secondes. Comment est-ce possible ? Où sont donc passées les 3 minutes et 56 secondes manquantes ?

La Terre tourne et bouge un peu

En réalité, pendant que la Terre fait un tour sur elle-même, elle se déplace en même temps dans l’espace, autour du Soleil. Comme la nature est bien faite, la Terre, pour parcourir les 360° de son orbite, met environ 365 jours. A chaque tour de la Terre sur elle-même, elle parcourt 1° sur son orbite, soit environ 2,6 millions de kilomètres. Cela signifie que, lorsque la Terre a effectué un tour sur elle-même, elle ne se situe plus au même endroit, et le Soleil n’apparaît donc plus tout à fait dans la même direction : il faut attendre 3 minutes et 56 secondes de plus pour que le Soleil apparaisse dans la même direction que le jour précédent.

Par conséquent, dans les domaines où faire la différence est nécessaire (par exemple, en astronomie), on parle de jour solaire lorsque la référence est le Soleil, et de jour sidéral lorsqu’on parle de la période de rotation de la Terre sur elle-même. « Sidéral », car pour faire cette mesure, on choisit pour référence une étoile lointaine, immobile à l’échelle de temps humaine.

Le jour stellaire : lorsque l'axe de rotation varie

Si l’on est vraiment curieux et méticuleux, ces considérations ne sont qu’un apéritif. Il existe également le jour stellaire : l’axe de rotation de la Terre effectue lui-même un mouvement de rotation dont la période est de 26.000 ans. Par conséquent, si on prend en compte cette variation d’axe de rotation de la Terre, on peut calculer le jour dit "stellaire", dont la différence avec le jour sidéral est de 8,3 millisecondes. Et encore, c’est en négligeant les effets relativistes selon lesquels le temps ne s’écoule pas de la même façon suivant la vitesse à laquelle on se déplace.

Et si on partait sur Vénus ?

Mais il existe encore plus décoiffant ! Il s’agit de la planète Vénus. Une des particularités de cette planète est qu’elle met moins de temps à faire le tour du Soleil qu’à tourner sur elle-même : un jour sidéral dure deux fois plus longtemps qu’un jour solaire (243 jours terrestres contre 117). Sur Vénus, une année dure deux jours solaires.

Et comme rien n’est jamais simple, il s’agit à chaque fois de durées moyennes : les orbites des planètes ne sont pas circulaires mais elliptiques. Les jours n’ont donc pas tous exactement la même durée. Sans même parler de la différence entre année tropique et année sidérale. Mais c’est une autre histoire !