Que ce soit sur Terre ou sur d'autres corps célestes, il est nécessaire de définir un référentiel d'altitude et de coordonnées géographiques afin de pouvoir localiser différents objets (caractéristiques de surface, éléments de structure interne, atmosphériques ou extra-atmosphériques) par rapport à ces corps. Pour chacun de ces corps, des conventions ont donc été établies, qui sont ici détaillées.

Définition Le groupe de travail de l'UAI sur les coordonnées cartographiques et les éléments de rotation

L'Union astronomique internationale (UAI) a donné au groupe de travail de l'UAI sur les coordonnées cartographiques et les éléments de rotation (en anglais , WGCCRE) la responsabilité de définir les éléments de rotation des planètes, des satellites, des astéroïdes (en fait, des planètes mineures en général) et des comètes du système solaire de façon systématique et de faire correspondre leurs coordonnées cartographiques rigoureusement aux éléments de rotationIAU - WGCCRE, sur le site de l'USGS Astrogeology Science Center..

En pratique, le groupe de travail a accompli cette tâche en publiant un rapport après chaque assemblée générale (triennale) de l'UAI, lequel décrit les modèles recommandés actuels pour les coordonnées cartographiques et les éléments de rotation de tous les corps planétaires pour lesquels une telle connaissance existe, par exemple grâce aux missions spatiales.

Les rapports du groupe de travail

Rapport 1 (1980), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 1979 ; Rapport 2 (1983), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 1982 ; Rapport 3 (1986), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 1985 ; Rapport 4 (1989), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 1988 ; Rapport 5 (1992), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 1991 ; Rapport 6 (1995), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 1994 ; Pas de rapport 7 à la suite de l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 1997 ; Rapport 8 (2002), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 2000 ; Rapport 9 (2005), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 2003 ; Rapport 10 (2007), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 2006 ; Rapport 11 (2011), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 2009 ; aux rapports 10 et 11 (2011) ; Système de coordonnées pour (2013) ; Pas de rapport 12 à la suite de l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 2012 ; Rapport 13 (2018), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 2015 ; Correction au rapport 13 (2019).

Source des définitions actuelles Depuis , l'ensemble des définitions en vigueur sont regroupées dans le rapport 13 (, avec corrections dans ), faisant suite à l'assemblée générale de l'Union astronomique internationale de 2015.

« Règles » générales

vignette|centre|upright=2|La position du pôle nord et celle du premier méridien sont spécifiées par trois paramètres : α, δ et W, définis comme montré sur ce schéma.

vignette|centre|upright=2|Coordonnées géographiques sur un globe : la latitude correspond à la mesure de l’angle marqué phi (φ) ; la mesure de l’angle marqué lambda (λ) par rapport au méridien de référence donne la longitude.

Altitude

Pour les objets sphéroïdaux dont l'aplatissement est négligeable, le niveau de référence des altitudes des altitudes correspond au rayon moyen du corps considéré. Dans les autres cas, si la forme est proche d'un ellipsoïde, un ellipsoïde aplati ou un ellipsoïde triaxial est habituellement utilisé.

Pôles et points cardinaux

En ce qui concerne les objets du système solaire, deux cas sont à distinguer, avec chacun leur convention.

Le premier cas est celui des planètes et de leurs satellites. Pour ces objets, le pôle de référence est le pôle nord, défini comme le pôle de rotation du corps qui se situe du côté nord du plan invariable. La définition de ce pôle est donc indépendante du fait que la rotation du corps soit prograde ou rétrograde. Le pôle sud est alors défini comme le pôle opposé. L'est et l'ouest sont alors définis de façon usuelle, avec l'est 90 degrés à droite du nord. La rotation s'effectue ainsi vers l'est pour les objets en rotation prograde (comme la Terre) mais vers l'ouest pour les objets en rotation rétrograde (comme Vénus).

Le deuxième cas est celui des planètes naines et des petits corps (planètes mineures et comètes) ainsi que de leurs satellites. Depuis 2006, pour ces objets, le pôle de référence est le pôle positif, défini selon la règle de la main droite. Ce pôle est souvent appelé par abus pôle nord, mais il doit être clair qu'il n'est pas défini de la même façon que pour les planètes et leurs satellites. Le pôle opposé est le pôle négatif, par abus appelé pôle sud. L'est et l'ouest sont définis en cohérence avec le fait d'associer le pôle positif au nord, avec pour conséquence le fait que la rotation de ces objets se fait toujours vers l'est. Cette convention a été choisie en raison du fait que les pôles de rotation de ces corps mineurs peuvent avoir une grande précession (par exemple dans le cas de la comète 2P/Encke) et que la rotation de certains est dans un état excité (par exemple les comètes 1P/Halley et 103P/Hartley et l'astéroïde ).

Latitude

Pour les objets ayant une rotation « stable » (comprendre : dont l'axe ne varie pas de façon chaotique à relativement courte échelle de temps), la latitude est définie à partir de l'équateur, qui par définition est le plan médian orthogonal à l'axe de rotation. Le pôle nord a alors par définition une latitude de +90˚ (ou 90˚ Nord) et le pôle sud une latitude de -90˚ (ou 90˚ Sud).

Méridien origine et longitude Recommandations du WGCCRE

Objet en rotation synchrone Pour un objet A dont la rotation est synchrone avec sa révolution autour d'un objet B, la longitude zéro de A est définie par le point moyen de A faisant face à B. Par exemple, la Lune montrant (à l'excentricité de son orbite près) toujours la même face à la Terre, la longitude zéro de la Lune relie les pôles de cette dernière en passant par le centre de cette face.

Objet dans une autre résonance spin-orbite Pour un objet en résonance spin-orbite dont l'excentricité orbitale n'est pas nulle, le méridien origine peut être choisi comme un des méridiens (en nombre fini) qui sont au point subsolaire lors des passages au périhélie. C'est en particulier ce qui a été choisi pour Mercure.

Corps binaires en contact Pour les corps binaires à contact, il semble d'usage de choisir le méridien origine à l'extrémité du plus gros lobe.

Autres objets Pour ces objets, un point arbitraire sert de référence pour définir la longitude 0. Par exemple, sur Terre, il s'agit de l'observatoire de Greenwich, via lequel le méridien origine est défini comme étant le méridien de Greenwich.

Dans le système solaire Soleil La localisation d'une caractéristique spécifique sur le Soleil (par exemple, une tache solaire) est compliquée par le fait qu'il y a une inclinaison de entre le plan écliptique et le plan de l' ainsi qu'une véritable oscillation de l'axe de rotation solaire. (le pôle nord solaire et le pôle nord céleste ne sont alignés que deux fois par an). Par conséquent, pour spécifier un emplacement sur la surface solaire, trois coordonnées (P, B et L) sont nécessaires pour définir une grille. Les valeurs quotidiennes des coordonnées en temps universel coordonné (UTC) sont répertoriées dans The Astronomical Almanac, publié chaque année par l'US Naval Observatory.

Les termes utilisés pour faire référence aux coordonnées sont définis comme suit :

angle P : angle de position entre le pôle nord géocentrique et le pôle nord de la rotation solaire mesuré vers l'est à partir du nord géocentrique. L'intervalle de valeurs de P est .

B : latitude héliographique du point central du disque solaire, également appelé l'angle B. La plage de Bo est de , corrigeant l'inclinaison de l'écliptique par rapport au plan solaire équatorial.

Exemple : Si (P ; B) = (-26,21° ; -6,54°), la latitude héliographique du point central du disque solaire est de -6,54 degrés (le pôle de rotation nord n'est pas visible) et l'angle entre la projection sur le disque du pôle nord géocentrique et le pôle de rotation nord solaire est de 26,21 degrés à l'ouest.

L : longitude héliographique du point central du disque solaire. La valeur de longitude est déterminée par référence à un système de longitudes fixes tournant sur le Soleil à un taux de 13,2 degrés par jour (le taux de rotation moyen observé à partir des transits méridiens centraux des taches solaires). Le méridien de référence sur le Soleil est défini comme étant le méridien qui a traversé le nœud ascendant de l'équateur du Soleil le à et est calculé pour le jour actuel en supposant une période de rotation sidérale uniforme de .

Une fois P, B et L connus, la latitude, la distance du méridien central et la longitude d'une entité solaire spécifique peuvent être déterminées comme suit :

latitude : distance du méridien central (DMC ; CMD en anglais pour central meridian distance): distance angulaire en longitude solaire mesurée à partir du méridien central. Cette position est relative à la vue depuis la Terre et changera au fur et à mesure que le Soleil tourne. Par conséquent, cette coordonnée ne doit pas être confondue avec des positions héliographiques qui sont fixes par rapport à la surface solaire.

longitude : distance angulaire depuis un méridien de référence (0 degrés de longitude héliographique), mesurée d'est en ouest (0 degrés à 360 degrés) le long l'équateur du Soleil. Il est calculé en combinant la DMC avec la longitude du méridien central au moment de l'observation, en interpolant entre les valeurs des éphémérides (pour ) en utilisant le taux synodique de rotation solaire (27,2753 jours, 13,2 degrés par jour)"Solar coordinates" dans le Glossary of Solar-Terrestrial Terms..

Planètes et leurs satellites Mercure

vignette|centré|redresse=2|Carte générale de Mercure.

Mercure ayant une rotation très lente sur elle-même, son aplatissementL'aplatissement est défini comme l'écart relatif entre le rayon équatorial moyen et le rayon polaire moyen : . est très faible, ce qui permet d'utiliser comme niveau zéro des altitudes le rayon moyen de la planète par rapport à son centre. Le rayon recommandé dans le rapport du WGCCRE paru en 2018 (Archinal 2018) est . La moyenne quadratique des déviations à cette boule est de , avec un maximum d'altitude à et un minimum à . Le meilleur ellipsoïde triaxial donne des dimensions de Demi-axe long = rayon équatorial long ; demi-axe intermédiaire = rayon équatorial court ; demi-axe court = rayon polaire., avec une incertitude de sur la longueur de chacun des trois demi-axes.

Concernant les coordonnées à la surface de la planète, ce n'est que depuis 1970 que celles-ci sont correctement définies. En effet, avant 1965, les cartes réalisées à partir des observations faites sur Terre étaient établies alors qu'on pensait, comme Giovanni Schiaparelli l'avait affirmé en 1889La capture de Mercure en résonance spin-orbite 3:2 s’explique par le mouvement chaotique de son orbite, Observatoire de Paris, ., que la période de rotation de Mercure sur elle-même était la même que sa période de révolution autour du Soleil. C'était donc la face supposée toujours illuminée qui était cartographiéeDe Mercure à Pluton, planètes et satellites, Pierre Humbert, 1937, . La référence 0 de longitude passait alors au centre de cette face.