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La Lune

Lumière cendrée de Lune photographiée par Lorenzo Lovato en mai 1999 avec un SCT de 250 mm f/6.3.

La lumière cendrée de la Lune se produit lorsqu'elle est uniquement éclairée par la Terre.

Le satellite naturel de la Terre

Parfois blanche, parfois rouge, en forme de croissant, ovale ou parfaitement ronde, la Lune est le fidèle compagnon de la Terre depuis des milliards d'années.

Née en même temps que la Terre la dame de Nuit a vieilli prématurément mais son regard a gardé toute son intensité et fait encore rêver bon nombre d'observateurs qui la courtisent lorsque qu'elle daigne apparaître au-dessus de l'horizon.

La Lune n'est pas une planète parce qu'elle ne tourne pas autour du Soleil; la Lune tourne autour de la Terre. C'est donc le satellite naturel de la Terre. Mais il existe aussi des satellites dits artificiels qui tournent autour de la Terre et qui sont utilisés pour les télécommunications ou pour étudier notre planète.

Lever de la Lune sur seattle. Document Shay Steven.

La Lune orbite très loin de la Terre, à environ 384000 km de distance alors que la plupart des satellites artificiels tournent autour de la Terre à environ 500 km d'altitude, certains à 36000 km comme les satellites géostationnaires.

La Lune est si loin qu'il faut 4 jours pour l'atteindre en fusée. On en reparlera dans la page consacrée à l'exploration de la Lune.

La Lune présente toujours le même diamètre apparent, même près de l'horizon où elle donne l'impression d'être beaucoup plus grosse. C'est en fait une illusion d'optique comme on le voit sur la photographie présentée à gauche : près de l'horizon ou très haute dans le ciel la Lune a toujours le même diamètre !

Quatre fois plus petite et 81 fois plus légère que la Terre, la Lune mesure 3476 km de diamètre. C'est l'un des plus gros satellites du système solaire, aussi gros que le satellite Europe qui tourne autour de Jupiter et que tu peux observer comme une étoile brillante dans un petit télescope. Elle représente les 3/4 de la planète Mercure qui est la planète la plus proche du Soleil.

Il n'y a pas d'atmosphère et donc pas d'air sur la Lune. C'est pourquoi les cosmonautes doivent porter un scaphandre pour respirer lorsqu'ils explorent le sol lunaire. La Lune a perdu son atmosphère peu après sa formation car sa faible gravité n'a pas pu la retenir et les gaz se font progressivement échappés dans l'espace.

Mesure la distance Terre-Lune

Choisis une pièce de monnaie toute petite ou un confetti et tiens le à bout de bras jusqu'à ce qu'il masque exactement la pleine Lune (pas plus grand).

Note le diamètre en cm. Il représente la valeur A.

Mesure également la distance entre ton oeil et la position de ton confetti en cm. Elle représente la valeur B.

Maintenant divise B par A et multiplie le résultat par le diamètre de la Lune soit 3476 km.

Le résultat est la distance qui sépare la Terre de la Lune.

Si tes mesures sont précises tu dois obtenir un nombre compris entre 356500 et 406800 km.

Ex. Pour une longueur de 65 cm et un diamètre apparent de 0.6 cm, la distance de la Lune est de 376567 km. Si tes mesures sont précises à 1 mm près, la précision est de 1500 km.

Sur la Lune la gravité vaut le sixième de celle de la Terre. Une personne qui pèse 60 kg sur Terre ne pèse que 10 kg sur la Lune ! Sans atmosphère les extrêmes de température sont les mêmes que dans l'espace. En l'espace de 8 heures, si tu mets un objet à l'ombre, sa température va tomber à -173°C et si tu le laisses en plein Soleil il peut atteindre environ 130°C ! Mais comme il n'y a pas d'air, la chaleur ne se propage pas facilement et le matériel qui reste au Soleil (appareil photo, drapeau, etc) ne risque pas d'être abîmé par la chaleur.

La jeep d'Apollo 15, avril 1972.

Le sous-sol lunaire est tellement froid qu'il est gelé sur 2 mètres de profondeur par -17°C. La surface ressemble à du talc ou de la poudre très fine et est constituée de débris de météorites très compacts qui se sont accumulés sur 10 mètres d'épaisseur, dans laquelle, en raison du vide et du froid il est difficile d'enfoncer un pieu sans l'aide d'un marteau. Par contre pour y rouler en jeep tout-terrain comme l'ont fait plusieurs équipages des missions Apollo, c'est génial !

Comme il n'y a pas de vent ni de pluie sur la Lune, tous les cratères et toutes les empreintes que les astronautes ont laissé derrière eux seront toujours visibles dans plusieurs millions d'années. En revanche, ce phénomène est impossible sur Terre car en quelques heures ou quelques années toutes les traces disparaissent en raison de l'érosion.

Mais il n'y a pas d'eau liquide en surface ni d'herbe sur la Lune, uniquement des cailloux et de la poussière. Il n'y a donc pas non plus de vie sur la Lune. Le paysage ressemble à un désert silencieux plein de cratères et de montagnes grises. Ca ne doit pas être très rigolo de vivre là-haut...

Vue de la Terre la surface de la Lune présente des grands zones sombres que l'on appelle les "mers"et des zones claires dites montagneuses. Il y a plusieurs centaines d'années, du temps de Galilée on croyait en effet que la Lune était comme la Terre et que les zones sombres représentaient de grandes étendues d'eau comme nos océans.

Mais aujourd'hui nous savons que ces grandes taches sombres ne sont pas du tout des mers mais de vieux cratères géants qui ont été remplis de lave par les impacts de météorites et certains volcans actifs il y a plusieurs milliards d'années. Aujourd'hui la Lune est presque morte et tous les volcans sont éteints. Seul son noyau émet encore un peu de chaleur.

Le couple Terre-Lune

Etant donné que la Lune tourne sur elle-même tout en se déplaçant autour de la Terre, un état d'équilibre s'est installé entre les deux astres et depuis des milliards d'années la Lune nous présente toujours le même côté. Tu ne verras donc jamais l'autre côté de la Lune, c'est pourquoi on l'appelle la face cachée. En fait la Lune bouge un tout petit peu sur son axe et grâce à ce mouvement de balance on peut tout de même observer 9% de sa surface cachée.

La Lune étant très grosse par rapport à la Terre, elle forme pratiquement un couple physique avec la Terre et on peut réellement dire que les deux astres tournent l'un autour de l'autre, mais on ne le voit pas car le centre de gravité commun est situé dans la Terre, au 2/3 de la distance entre le noyau et la surface.

A gauche, un clair de Terre photographié à 100 km de la surface de la Lune par Apollo 11 en 1969. A droite, le couple Terre-Lune photographié en 1973 par la sonde spatiale Mariner 10 à 6 millions de kilomètres de distance. Les couleurs sont naturelles.

En raison de sa masse élevée, la présence de la Lune a permis de stabiliser le mouvement de rotation de la Terre sur elle-même et son climat. Car sans la Lune la Terre tournerait sur elle-même comme une toupie et le climat changerait tout le temps.

Enfin, il ne faut pas vraiment croire tout ce que dit la rumeur à propos de l'influence de la Lune sur les plantes ou mêmes sur l'humeur des gens. Personne n'a jamais prouvé que les plantes poussaient mieux ou plus vite quand elles étaient plantées à la pleine Lune, que les cheveux étaient plus beaux lorsqu'on les coupait à la pleine Lune ni plus que les femmes enceintes donnaient plus souvent naissance à leur bébé au moment de la pleine Lune. Par contre on peut dire que les gens aiment bien regarder la Lune et beaucoup de parents se sont sans doute embrassés et entrelacés sous la lumière de la Lune pour donner naissance à leur enfant neuf mois plus tard.

Les phases de la Lune

Tu as rendez-vous avec la Lune pratiquement tous les jours. Elle ne disparaît du ciel que lorsqu'elle est face au Soleil. Le Soleil étant situé au centre du système solaire, il éclaire de la même façon toutes les planètes qui tournent autour de lui et tous les satellites, y compris la Terre comme la Lune.

Document A.Cidadao

Aspects des différentes phases de la Lune pour un observateur situé dans l'hémisphère Nord.

Par contre la Lune tourne aussi autour de la Terre, et lorsqu'elle forme un angle droit avec la Terre et le Soleil on observe une demi-Lune; c'est le premier ou le dernier quartier. Quand la Lune est située derrière la Terre par rapport au Soleil c'est la pleine Lune. Lorsqu'on ne la voit plus, c'est soit parce qu'elle se lève beaucoup plus tard soit parce qu'elle est cachée dans la lumière du Soleil; c'est la Nouvelle Lune.

La Lune tourne autour de la Terre en un peu plus de 27.3 jours, c'est sa période ou révolution sidérale. Mais comme la Terre avance aussi sur son orbite autour du Soleil, il faut environ 29 jours et 13h pour que la Lune se retrouve exactement au même endroit dans le ciel, c'est sa période ou révolution synodique, également appellé le mois lunaire. En pratique il faut donc un mois pour revoir le même croissant de Lune.

Comment reconnaître le premier du dernier quartier de Lune ?

Dans l'hémisphère Nord, lorsque la lune est croissante, au premier quartier tu peux écrire un P avec la forme de la Lune. Au dernier quartier, on dit que la Lune est menteuse parce qu'elle forme un C comme croissante. Or ce n'est pas la Lune croissante mais la Lune descendante; tu peux tracer un d avec la forme de la demi-Lune.

A gauche, la différence entre les révolutions sidérales (A, A') et synodiques (A, B) fait que la Lune recule chaque jour de 50 minutes par rapport à la ligne Terre-Soleil ou d'un repère qui tu as pris dans le paysage. A droite, si tu habites dans l'hémisphère Nord voici un truc pour savoir si tu observes le Premier ou le dernier quartier de Lune. Dans l'hémisphère Sud c'est l'inverse.

Dans l'hémisphère Sud, le Soleil éclaire toujours la Lune de la même façon mais les mouvements sont inversés puisque les gens ont la "tête en bas". La Lune et tous les astres se lèvent à l'Est, mais ils culminent au-dessus du méridien nord et non pas au-dessus du méridien sud et se couchent à l'ouest. Par contre à l'inverse de ce qui produit dans l'hémisphère Nord la Lune n'est pas menteuse; lorsqu'elle est croissante elle forme un C, et lorsque qu'elle est descendante elle forme un D.

Les éclipses de Lune

Deux fois par an environ, la Lune devient orange durant plusieurs heures. Tu peux facilement observer ce phénomène à l'oeil nu ou avec des jumelles ou un petit télescope. Que se passe-t-il ?

L'éclipse du 21 janvier 2000. Séquence réalisée par Pedro Ré.

Il s'agit d'une éclipse de Lune. Parfois, lorsque c'est la pleine Lune et que notre satellite est parfaitement aligné dans l'axe Terre-Soleil, la Lune vient se placer dans l'ombre de la Terre et comme cette ombre être très grande (5 fois plus grande que la Lune) la Lune peut s'y cacher durant plusieurs heures comme le montre le film en accéléré présenté à gauche.

Pourquoi la Lune devient rouge ?

En réalité pendant une éclipse, la Lune est uniquement éclairée par la lumière du Soleil qui traverse l'atmosphère de la Terre. Donc sans atmosphère autour de la Terre il n'y aurait pas d'éclipse de Lune ! Cette lumière est diffusée par les poussières contenues dans l'air et comme tu peux l'observer au coucher du Soleil, seule la lumière rouge nous arrive encore. Dans ce cas-ci seule la lumière rouge parvient sur la Lune.

En fonction de la densité des poussières contenues dans l'atmosphère terrestre et de la présence ou non de nuages, la couleur de l'éclipse sera plus ou moins rouge et sombre. C'est ainsi qu'on peut observer les éclipses de Lune très sombres où la surface lunaire plongée dans l'ombre est pratiquement invisible et sans couleur (éclipse de type 0), des éclipses durant lesquelles la Lune est rouge foncée avec des contours plus ou moins clairs (éclipse de type 2) et des éclipses de couleur orange avec des contours parfois bleutés ou verdâtres où la Lune demeure visible dans l'ombre dans le Terre (éclipse de type 4).

Schémas d'une éclipse de Lune.

L'attraction lunaire et les marées

La Terre attire la Lune mais la Lune, même si elle plus petite, attire aussi un peu la Terre. Comme l'eau qui entoure la Terre est légère elle bouge tout le temps et elle est attirée par la Lune comme un aimant. 

Quand la pleine Lune ou la nouvelle Lune est proche de la Terre, les vagues peuvent monter très haut sur la plage. Ce sont les marées de vives eaux ou grandes marées. On dit que c'est la marée montante. L'eau monte pendant 6 heures puis descend pendant 6 heures et puis ça recommence en suivant le mouvement de rotation de la Lune autour de la Terre. Tu peux ainsi assister à 2 marées hautes et 2 marées basses en 24 heures. Comme les marées suivent les mouvements de la Lune, chaque jour la marée est décalée de 50 minutes.

Pour savoir s'il y a assez d'eau pour naviguer et porter les bâteaux, les marins utilisent des éphémérides, des tableaux de chiffres préparés par les astronomes qui indiquent le coefficient des marées, un nombre qui varie entre 20 (marée basse) et 120 (marée de vives eaux).

Les marées sont importantes non seulement pour les marins mais pour l'évolution de la Terre et de la Lune. En effet, à cause des marées engendrées par la Lune et des irrégularité de l'orbite de la Terre, notre planète tourne un peu moins vite sur elle-même, ce qui permet à la Lune se s'écarter lentement de la Terre. Ainsi chaque année la Lune s'éloigne de 3.5 cm de la Terre.

On a calculé que dans 600 millions d'années la Lune sera 21000 km plus éloignée et il n'y aura plus d'éclipses totale de Soleil et un jour il est même possible que la Lune quitte définitivement l'orbite de la Terre. Mais rassure-toi cela ne se produira pas avant quelques milliards d'années sans doute.

Prochain chapitre

L'exploration de la Lune

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