Le 21 décembre 2020 aura lieu un rapprochement remarquable des planètes Jupiter et Saturne, bien visible à l’œil nu en début de soirée, aux toutes premières heures de la nuit. La distance sur le ciel entre les deux planètes sera environ 20% de la taille de la pleine Lune, à tel point qu'il sera difficile de distinguer les deux astres sans l'aide de jumelles. Il s'agit d'un alignement sur la sphère céleste, dans la réalité Saturne se trouve environ 700 millions de kilomètres plus éloignée que Jupiter.
La figure 1(© Sky Safari) donne l'état du ciel à l'heure du coucher du Soleil le 21 décembre vers le sud-ouest.
Figure 1 : Le ciel dans la direction du couchant le 21 décembre 2020,
avec Jupiter et Saturne confondues dans un disque unique (© SkySafari)
Les rapprochements angulaires entre les deux planètes se produisent chaque fois que les deux astres se retrouvent pour un observateur terrestre grossièrement dans la même direction sur le ciel, ce que les astronomes nomment techniquement une conjonction. La période orbitale de Saturne étant de 29,5 années et celle de Jupiter de 11,9 années, on peut calculer que Jupiter « rattrape » Saturne tous les 20 ans (19,86 ans très exactement). Si une conjonction entre Jupiter et Saturne a lieu en décembre 2020, cela signifie qu'une autre conjonction a eu lieu en 2000 (le 28 mai très précisément) et qu'une suivra en 2040 (le 31 octobre).
Les plans orbitaux des deux planètes sont légèrement différents et l'orbite de Saturne est inclinée de 1,25 degré sur celle de Jupiter. Lors d'une conjonction, les planètes peuvent se trouver en n'importe quel point de leur orbite, si bien que la distance minimum sur le ciel peut varier entre 0 degré (conjonction juste à l'intersection des orbites) et 1,25 degré, lorsque cette conjonction se déroule à 90° de cette intersection. Tout ceci pour un observateur qui serait situé sur le Soleil. La mouvement de l'observateur le long de l'orbite de la Terre induit quelques petits changements à cette description, mais Jupiter et Saturne sont suffisamment éloignées de nous pour que cette présentation demeure qualitativement correcte.
En 2020, la conjonction est très proche du point d'intersection des deux orbites et le rapprochement des deux planètes est remarquable, avec une distance minimale de 0,1018°, soit 6,1'. Le diamètre angulaire de la pleine Lune étant de ~ 30', c'est donc seulement 20% de ce diamètre. Durant les jours qui précèdent, dès le 10 décembre, il faut regarder vers le couchant et moins d'une heure après le coucher du Soleil, Jupiter (très brillant, aucun risque de confusion) est visible vers le sud-ouest, accompagnée de Saturne légèrement plus à l'est. La figure (Fig. 2) ci-dessous montre l'évolution de la séparation angulaire entre les deux astres pour les quelques semaines autour du minimum du 21 décembre. On passe de 1° vers le 13 décembre, à 0,5° le 17 et 0,1 le 21. Ensuite Jupiter passe à l'est de Saturne et la séparation augmente lentement pour atteindre de nouveau 1° le 31 décembre.
Figure 2 : Evolution de la séparation angulaire entre Jupiter et Saturne en décembre 2020.
Le minimum de 0,1018° est atteint le 21 décembre à 19h21 de l'heure légale en France métropolitaine.
En quoi ce rapprochement est exceptionnel. La presse ne manque pas de dire que rien de semblable ne s'était produit depuis 800 ans. Regardons de plus près toutes les conjonctions depuis le début de notre ère jusqu'à l'an 4000, soit 200 événements, puisque ils surviennent tous les 20 ans. Le graphique (Fig 3) donne pour chaque conjonction la séparation minimale atteinte lors de la conjonction. On retrouve tout d'abord qu'en général elle est de l'ordre de 1°, n'est jamais plus grande que 1,25° en raison de l'inclinaison relative des plans orbitaux. Pour les rapprochements remarquables, il y a quelques valeurs inférieures à 0,1° et l'on voit que pour trouver un rapprochement plus serré que celui de 2020, il faut remonter à 1623 et surtout à 1226, ce dernier étant fréquemment cité dans la presse.
Figure 3 : Conjonctions Jupiter-Saturne sur 4000 ans, avec les distances minimums. Sur les 200 conjonctions sur cette période, environ une dizaine sont comparables ou plus serrées que celle du 21 décembre 2020. La dernière conjonction plus serrée date de 1623, mais était difficilement observable. On retrouve des paires de conjonctions serrées à des intervalles de 60 ans (2020, 2080) résultant du fait que 60 ans correspond à peu près à 2 periodes orbitales de Saturne et 5 périodes de Jupiter.
Il se trouve que lors du rapprochement de 1623 (le 16 juillet) Jupiter et Saturne n'étaient qu'à 13° du Soleil et donc difficiles à observer dans la lumière du couchant, avec au mieux 45 mn entre le coucher du Soleil et celui des deux planètes. Il est possible que personne n'ait pu l'apercevoir. Par contre le 5 mars 1226, Jupiter et Saturne étaient éloignées du Soleil de 50° et le phénomène était bien visible deux heures avant le lever du Soleil (avec en prime Vénus éclatante à quelques degrés). La distance entre les deux planètes n'était que de 2' (0,035 °), et il était impossible à l’œil nu de distinguer les deux astres, étant donné l'éclat de Jupiter par rapport à Saturne.
Dans le futur nous avons la chance d'une répétition dans de très bonnes conditions le 15 mars 2080, au lever du Soleil avec un rapprochement de 0,1 degré. Ensuite il faut patienter jusqu'au 24 août 2417, et se lever aux aurores pour avoir un rapprochement de seulement 0,09°. Mais d'ici là, il se passera bien d'autres phénomènes astronomiques fascinants.
A noter que ce 21 décembre 2020 est aussi le jour du solstice de décembre (solstice d'hiver pour l'hémisphère nord) qui a lieu à 10h02m19s (UTC), jour le plus court de l'année, mais pas celui où le Soleil se couche le plus tôt (c'était le 8 décembre) ou se lève le plus tard (ce sera le 3 janvier 2021 ). C'est un pur hasard du calendrier, les deux événements (conjonction et solstice) n'ont rien à voir ensemble .
François Mignard, directeur de recherche émérite CNRS
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La conjonction des planètes Jupiter et Saturne du 21 décembre 2020
Les cycles (très complexes) des conjonctions Jupiter-Saturne (en anglais).
Les calculs ci-dessus ont été effectués à partir de l'éphéméride du système solaire VSOP2013 développée à l'IMCCE/Observatoire de Paris-PSL