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La lunette méridienne de l’Observatoire de Hem

samedi 9 janvier 2016

Une lunette méridienne est un réfracteur dont l’axe optique ne peut se déplacer que dans le plan du méridien sud-zénith-nord et ceci, par l’intermédiaire d’un axe de rotation horizontal et perpendiculaire à la direction nord-sud.


Elle peut couvrir le méridien en entier du Nord au Sud et inversement. Elle est équipée d’au moins un cercle gradué solidaire de l’axe de rotation et de la lunette. Ce cercle est lui aussi dans le plan du méridien. Il est centré et perpendiculaire à l’axe de rotation horizontal. L’instrument vise les astres lors de leur passage au méridien. Des verniers et des microscopes de lecture sont disposés tout autour du cercle gradué. On équipe la lunette d’un micromètre à fils. Il permet de marquer précisément les passages des astres dans l’axe optique de la lunette.


Associé à une horloge de précision, cet instrument mesure les coordonnées équatoriales d’un astre, mesure le temps et détermine la marche d’une pendule sidérale. Selon le degré de précision et le but souhaité, on a développé des versions ‘‘transportables’’, plus pratiques mais moins précises et des versions ‘‘lourdes’’ à poste fixe. Ces derniers instruments mesurent le plus précisément possible des étoiles dites fondamentales qui servent de référence pour la cartographie du ciel, le suivi astrométrique des comètes ou des astéroïdes, ou encore la mesure des mouvements propres des étoiles.


Mesure du temps et de la marche d’une horloge
Le temps qui sépare deux passages consécutifs d’une même étoile au méridien correspond au temps que met la Terre pour faire un tour sur elle-même, soit 23 heures 56 minutes et 4 secondes en temps universel ou 24 heures en temps sidéral. Ainsi, une horloge sidérale marquera une différence de temps de 24 heures exactement entre deux passages consécutifs d’une même étoile au centre du champ de la lunette. Comme le temps sidéral, à un instant donné, n’est autre que l’angle dont le ciel a tourné en apparence depuis le passage du point vernal au méridien, il est identique à l’ascension droite des étoiles qui passent au méridien à cet instant. Ainsi, mesurer l’instant de passage d’une étoile de référence dont on connaît l’ascension droite donne directement le temps sidéral. On peut donc comparer l’ascension droite de cette étoile avec l’heure de la pendule sidérale associée à la lunette méridienne et connaître ainsi l’avance ou le retard de cette horloge. Si différence il y a, on se garde bien de rectifier la marche de l’horloge. On tiendra tout simplement compte de cette différence lors de la réduction des observations dans le cas de la mesure de position.


Mesure des coordonnées équatoriales
Il faut au préalable connaître la latitude du lieu d’observation. Cette donnée peut être déterminée à l’aide de l’instrument lui même. Il faut bien comprendre que la lunette méridienne ne mesure pas la hauteur d’un astre par rapport à l’horizon, mais sa distance angulaire avec le zénith (distance zénithale Z). Pour une étoile circumpolaire, on peut mesurer deux distances zénithales, l’une lors du passage supérieur (Zs) et l’autre lors de son passage inférieur (Zi).


Or, dans le plan méridien, nous avons les relations : Zs = L – D et Zi = L + D – 180° ; où D est la déclinaison de l’étoile et L la latitude du lieu d’observation.


On déduit de ces relations que : L = 90° + 1/2( Zs+Zi).


Connaissant maintenant la latitude du lieu d’observation L (sans avoir eu besoin de connaître la déclinaison de l’étoile), la seule mesure de Zs permet d’obtenir la déclinaison de n’importe quelle autre étoile : D = L–Zs.
L’ascension droite se déduit simplement en lisant l’heure de la pendule sidérale à l’instant du passage de l’étoile au centre du champ de la lunette.


La méridienne de l’observatoire de Hem
Robert Jonckheere a fait installer cet instrument lors de la construction de son observatoire en 1909. Elle a été construite par la société Mailhat, la même entreprise qui a fabriqué la grande lunette et le micromètre à fils de Robert Jonckheere. La lunette a un diamètre de 81 millimètres et une distance focale de 1,15 mètre. C’est un instrument « portatif ». Il ne possède qu’un seul cercle gradué. Les tourillons reposent sur un cadre métallique. On vérifie l’horizontalité de l’axe de rotation de la lunette par l’intermédiaire d’un niveau à bulle fixé sur un portique qui vient s’installer sur les deux tourillons. Le disque gradué de 0° à 360° est en argent. Les traits les plus fins marquent les 10’. Le vernier est gradué de 0 à 10 de part et d’autre de son 0 central. Les graduations sont similaires à celles du grand disque. L’écart angulaire entre le 0 et le 10 du vernier correspond à un écart de 9°50’ sur le grand disque. Cette configuration permet une résolution de 10” sur la lecture d’un angle en déclinaison.


Cet instrument a régulièrement servi pour la mesure de position d’étoiles de 1909 à 1914. Robert Jonckherre l’a aussi utilisé pour réaliser une série de mesures du diamètre apparent du Soleil de 1909 à 1910. Durant la première guerre mondiale, la ville de Hem a été occupée par l’armée allemande. À la fin du conflit, on dépouille la lunette de son objectif et de ses deux microscopes de lecture du cercle gradué. On sectionne le tube et une partie du cube central de la monture.


En 1929, lors de la vente du matériel de l’observatoire de Hem, l’université de Lille rachète cet instrument. Cependant, il n’est ni réinstallé ni réparé. Le micromètre servira pour une autre lunette méridienne fabriquée à l’observatoire pour les travaux pratiques des étudiants. Nous avons retrouvé les restes de la lunette méridienne de Hem dans les sous-sols de l’observatoire en 2006. Le bâti de 1909, ainsi que le système de mouvement lent de la lunette ont sans doute disparu en 1918. En 2015, nous avons rassemblé et rénové les différents éléments retrouvés. Le micromètre a repris sa place sur l’instrument d’origine. Nous avons installé un objectif fictif et posé le tout sur les piliers de l’instrument construit à Lille.