vignette|Le plus élaboré des anneaux astronomiques, celui du cardinal de Luynes (vers 1770). Un anneau astronomique dit aussi anneau équinoxial universel suivant sa morphologie ou l'époque de son usage est un ancien instrument astronomique portatif dont la fonction principale est d'indiquer l'heure aux étoiles et plus particulièrement au Soleil. Cet instrument auto-orientable à l'usage est classé parmi les cadrans solaires de hauteur ; il est relativement précis, mais difficile d'emploi.
Dans son principe et son fonctionnement c'est l'équivalent d'une sphère armillaire d'observation épurée, limitée à la fonction « donner l'heure » et mis sous la forme d'un instrument composé d'anneaux, pliable et robuste.
Apparu dès l'Antiquité sous une forme « archaïque » légèrement différente, il sera développé à la Renaissance et employé jusqu'au milieu du .
Aujourd'hui, Des « anneaux gadgets » de petites dimensions, instruments de poche pouvant également se porter en collier sont proposés par des sites marchands.
Principe L'anneau astronomique est issu d'une adaptation de la sphère armillaire d'observation. Portatif pour usage individuel, sa finalité est d'indiquer l'heure solaire équinoxiale ou heure vraie.
La sphère armillaire d'observation à l'origine de l'anneau astronomique est dite équatoriale. Elle concrétise les coordonnées équatoriales d'un astre sur la sphère céleste. Ici, seules les coordonnées horaires sont pris en compte. Pour déterminer l'heure à partir du Soleil, il faut tenir compte de la latitude du lieu d'observation, de la déclinaison solaire et orienter la sphère dans le plan du méridien. L'anneau astronomique, simplification de la sphère armillaire se réduit alors au strict minimum pour indiquer l'heure.
Structure simplifiée L'instrument est constitué principalement de trois éléments, dont les deux premiers sont pratiquement standards ; : l'anneau ou cercle « méridien » extérieur. Il porte la graduation des latitudes et le point de suspension réglable ; l'anneau ou cercle « équatorial » dit aussi « équinoxial », interne monté perpendiculairement sur l'anneau méridien en position d'usage. Il porte la graduation des heures ; le troisième élément, le plus à l'intérieur, suivant le type d'instrument, pourra être soit un anneau ou cercle de « déclinaison », soit un gnomon ou style (dans l'axe des pôles), qui se présente sous la forme d'une lame. Quel que soit son type, cet élément porte la graduation de déclinaison solaire qui sert à régler en position le système de visée.
En position fermée, les trois éléments s'imbriquent judicieusement pour ne plus former qu'une galette de l'épaisseur de l'anneau méridien, facilitant ainsi son rangement et son transport.
Utilisation Pour déterminer l'heure d'une observation il faut procéder de la manière suivante : déplier l'instrument ; régler la latitude sur l'anneau méridien ; ajuster le système de visée de l'élément central sur la déclinaison solaire : suivant le modèle la graduation pourra se présenter sous forme d'angle de déclinaison ou de calendrier zodiacal ou mensuel. en maintenant l'anneau par son point de suspension : orienter grossièrement l'instrument pour différencier les heures du matin et celles de l'après-midi ; viser le Soleil ; le rayon solaire passant par l'œilleton du système de visée sera reçu par la platine de la pinnule réceptrice dans le cas d'un anneau à trois cercles ou frappera directement l'anneau des heures sur un anneau à deux cercles ; ajuster au mieux la tâche de lumière sur son objectif récepteur ; dans cette position, l'instrument est en station. La lecture de l'heure se fait sur l'anneau des heures : sur un anneau à trois cercles, c'est l'orientation du cercle de déclinaison sur l'anneau des heures qui donne l'heure ; sur un anneau à deux cercles la tâche de lumière indique directement l'heure. Remarques : en station, l'anneau méridien est dans la direction nord-sud, ce qui permet grossièrement de s'orienter ; vers l'heure de midi, l'anneau méridien cache le Soleil, inconvénient majeur qui est éliminé dans l'anneau du cardinal de Luynes de Baradelle ; autour des équinoxes, le cercle équinoxial cache aussi le Soleil, la lecture de l'heure est impossible pendant deux à trois jours ; la mise en station est très délicate du fait de la suspension de l'instrument. On trouve parfois des anneaux montés sur pieds dont l'exactitude est de l'ordre de quinze secondes , mais ce type d'instrument n'est alors plus portatif !
Évolution historique Connu sous une forme un peu différente dès l'Antiquité, l'anneau astronomique, dérivé de la sphère armillaire, verra son apparition à la Renaissance et évoluera sous différentes formes jusqu'au milieu du .
Le cadran à anneaux de l'Antiquité Il n'existe qu'un seul exemplaire de ce type de cadran trouvé sur le site de Philippes en Grèce et daté du .
Il est constitué de trois anneaux de section rectangulaire : vignette|Schéma d'utilisation du cadran de Philippes. l'anneau extérieur sert de cadre ; il peut pivoter, en cours de mise en station, autour de la boucle supérieure de suspension (il existe pour l'usage deux boucles de suspension en opposition dont le choix est lié au lieu d'utilisation) ; un anneau intermédiaire - en fait deux demi-anneaux - sert à régler l'instrument pour quatre villes de latitude différente (deux villes par demi-anneaux disposés en position basse pour usage). À chaque ville correspond une graduation de déclinaison solaire sur laquelle le réglage devra s'effectuer en fonction de la date d'utilisation ; l'anneau des heures, intérieur, est percé dans sa partie supérieure d'un petit trou ou œilleton pour laisser passer un rayon de Soleil qui indiquera l'heure temporaire sur la partie basse de l'anneau comportant douze graduations. .
Utilisation : Après avoir choisi la ville d'utilisation, placer le demi-anneau correspondant perpendiculairement à l'anneau extérieur, en position basse ; le cadran étant suspendu, faire pivoter l'anneau des heures autour de son axe horizontal, jusqu'à sa localisation correcte sur la « graduation » de la date choisie. Faire pivoter l'ensemble ainsi constitué autour de la boucle de suspension supérieure, de telle sorte que le rayon solaire, passant par l'œilleton, frappe l'intérieur de l'anneau des heures ; lire alors l'heure D'après . .
Ce type de cadran est la matérialisation de la trajectoire apparente du Soleil sur la voute céleste dans un système de coordonnées horizontales. Transposé dans un système de coordonnées équatoriales, avec adaptation aux heures équinoxiales, il donnera le jour à l'anneau astronomique à l'époque de la Renaissance.
L'anneau astronomique à la Renaissance En 1471, l'astronome allemand Regiomontanus (1436-1476) décrit une sphère armillaire équatoriale ou cadran solaire, appelée annulus sphaericus. Elle est composée de trois anneaux principaux comme vu précédemment, mais il reviendra à Oronce Fine (1494-1555) et à Gemma Frisius (1508-1555) pionnier de l' école de Louvain, d'améliorer l'instrument pour en faire l'ingénieux « anneau astronomique » qui nous est parvenu. . Les anneaux d'Oronce Fine Ornoce Fine, nommé par François lecteur Royal des Mathémathiques en 1531, publie en 1732 son ouvrage le plus important Protomathesis dans lequel il décrit deux anneaux astronomiques. .
Le plus simple est composé de trois cercles dont l'usage exclusif est de pouvoir indiquer l'heure solaire. L'anneau de déclinaison, composé en fait de deux cercles concentriques ajustés l'un dans l'autre, reçoit la graduation zodiacale de déclinaison solaire. Le système de visée est constitué de deux fentes longitudinales situées en vis-à-vis vers G et H sur la figure ; une lame d'obturation percée et coulissante, située entre les deux cercles fait office de pinnules pour viser le Soleil à la bonne déclinaison. Le réglage en latitude de l'anneau astronomique s'effectue simplement à l'aide d'une ficelle.
L'autre anneau, plus sophistiqué, à alidade, donne l'heure au Soleil le jour au recto de l'instrument et fait office de nocturlabe pour un usage de nuit au verso. L'instrument est représenté en position repliée. Au recto, l'anneau solaire est constitué des trois cercles conventionnels. Le cercle méridien extérieur reçoit un anneau de suspension fixe qui est représenté au point C vers le vertex sur la figure ; le cercle reçoit les graduations de latitude et de colatitude. Le cercle équatorial, lui est en deux parties ; il se règle en position fermée, donc avant dépliage, en faisant tourner et coïncider le pôle Nord, noté G sur la figure, avec la latitude ou la colatitude du lieu du cercle méridien (la latitude est donnée à partir du point D). Enfin, le cercle intérieur de déclinaison reçoit une alidade de visée à pinnules, comme sur un astrolabe planisphérique. Au verso, l'anneau astronomique en position repliée fait office de nocturlabe ; il permet donc de lire l'heure la nuit. L'instrument se tient alors par l'anneau de suspension se trouvant en position basse. La visée de l'étoile polaire se fait par le trou central noté A sur la figure et l'orientation de l'instrument s'effectue par rotation des deux cercles intérieurs solidaires en visant, à travers le trou N, l'« étoile de l'heure » Stella del la hora qui est l'étoile Kochab de la petite Ourse. La lecture de l'heure s'effectue à partir de la graduation zodiacale du jour de l'observation de l'anneau extérieur. .
Les anneaux de Gemma Frisius et de l'école de Louvain 150px|vignette|gauche|Gemma Frisius avec au premier plan un anneau astronomique. vignette|Première représentation de l'anneau de G. Frisius, 1534.
Gemma Frisius, de l'université de Louvain - centre européen de l'astronomie de l'époque - est reconnu comme le « normalisateur » de l'anneau astronomique. Il publie, en 1534, un traité intitulé Usus annuli astronomici à la suite de la Cosmographie de Pierre Apian. , dans lequel il décrit l'instrument et en donne diverses utilisations dont essentiellement celles de donner l'heure : heures de jour au Soleil et heures de nuit aux étoiles. Il « ne prétend pas être l'inventeur de l'anneau, mais dit avoir seulement amélioré l'instrument ». .
L'anneau originel La première représentation de l'anneau est identique à celle d'Oronce Fine, mais elle est d'un meilleur cachet. On remarquera les deux index qui servent à manœuvrer la lame d'obturation du système de visée. Il existe un autre dessin de Johannes Dryander, daté de 1537, de facture plus soignée, mais sans les deux index de réglage Voir supra ou voir en ligne sur Commons..
Les anneaux de Louvain
vignette|Anneau astronomique à pinnules attribué à Gemma Frisius. vignette|Anneau attribué à Johannes Motter, vers 1550.
Pionnier de l'école de Louvain, Gemma Frisius aura des élèves ou successeurs célèbres comme Gérard Mercator, Gualterus ArseniusVoir la page en anglais : Gualterus Arsenius. et Adrian Zeelst. . Ils réalisent des anneaux pratiquement tous « standards ». On trouve aujourd'hui, dans diverses collections, des anneaux signés ou non de ces différents constructeurs. Parmi eux, un seul semble-t-il, est attribué à Gemma Frisius ; il se trouve au Musée d'histoire des sciences de la Ville de Genève. L'anneau « standard » de l'école de Louvain est un anneau à trois cercles, dont le troisième, le cercle de déclinaison, a certaines particularités. Il est, en fait, constitué de deux anneaux centrés l'un sur l'autre : un gros anneau porteur extérieur pouvant pivoter autour de l'axe des pôles et un fin anneau intérieur libre en rotation dans l'anneau porteur.