Les éclipses, phénomènes à grand spectacle

Introduction (I)

Dans l'Antiquité, les mathématiciens et les astrologues (et oui !) ont mis en évidence la régularité des éclipses, solaires et lunaires. Tous les 18 ans et 11 jours en effet, le Soleil, la Terre et la Lune retrouvent une même position dans le plan de l'écliptique. Les Grecs ont nommé ce phénomène, le cycle du Saros. Il se divise en 223 lunaisons.

Les "savants" qui maîtrisaient les prévisions des éclipses jouissaient d'une grande ascendance sur le peuple; ils appartenaient à la cour des rois et des empereurs. Mais qu'ils viennent à commettre une erreur dans leurs prévisions, en Chine ils risquaient la peine de mort.

Simulation réalisée par David Hanon et Thierry Lombry

Document D.Hanon/T.Lombry

Travail ingrat, mais souvent de bonne augure comme en témoigne le journal de bord de Christophe Colomb. En 1504 il échoua avec son équipage sur la côte nord de la Jamaïque. Les Castillans étant connus pour leur sagacité et leurs pillages, les Jamaïcains refusèrent de leur vendre des vivres. Devant leur hostilité, pour les intimider Christophe Colomb les menaça de la vengeance divine. Il avait à sa disposition une table d’éphémérides de Regiomontanus mentionnant qu’une éclipse de Lune se produirait dans la soirée du 29 février 1504. Christophe Colomb prédit que la Lune prendrait une couleur rouge-sang avant de s'obscurcir. Les Jamaïcains ne furent pas impressionnés et se moquèrent même de sa prédiction. Mais quand arriva le moment de l'éclipse, les Jamaïcains furent tellement effrayés par le pouvoir surnaturel des Castillans qu'ils leur accordèrent tous ce qu'ils demandèrent. Quatre mois plus tard, un navire Espagnol retrouva Colomb et ses hommes et regagna l’Espagne.

A gauche, quand le Soleil épouse la Lune. Dessin de J.Grandville, XIXe.s. A droite les éclipses furent longtemps associées aux malheurs qui s'abattaient sur le monde. Document UCAR.

Dans son ouvrage L'astronomie et son histoire, Jean-René Roy[1] relate un signe du destin plus frappant encore : l'éclipse solaire totale de l'an 584 avant Jésus-Christ. Les Mèdes et les Lydiens s'affrontaient sur un champ de bataille quand la lumière du jour s'assombrit et disparu. Les deux armées furent si terrifiées et impressionnées par ce signe des dieux que les guerriers rompirent le combat !

 Eclipse et Transit

Il ne faut pas confondre une éclipse avec un transit. On parle d'éclipse lorsqu'un astre occulte partiellement ou totalement un autre, lorsque par exemple la Lune passe devant le Soleil ou dans l'ombre de la Terre. L'astre occulteur présente un diamètre apparent voisin de celui de l'astre occulté (la Lune et le Soleil présentent tout deux un diamètre voisin d'un demi-degré).

Transit de Vénus devant le Soleil. Document http://www.vt-2004.org/

Pour les planètes inférieures (Mercure et Vénus) ou les satellites des planètes géantes (Jupiter principalement), on ne parle plus d'éclipse mais de transit en raison de la taille minuscule de la projection de leur disque devant leur hôte.

Mercure et Vénus n'éclipsent donc pas le Soleil mais passent en transit devant son disque, tout comme les satellites galiléens passent en transit devant le disque de Jupiter.

A consulter : Le transit de Mercure, Le transit de Vénus.

Dans les pages suivantes nous allons décrire les lois qui président à la manifestation des éclipses solaires et lunaires afin de mieux comprendre comment se manifestent ces phénomènes à grand spectacle, sous quelles conditions ils se produisent et durant combien de temps. Nous terminons ce tour d'horizon en décrivant les différentes manières de photographier ces phénomènes.

Les éclipses solaires

Dans l'Antiquité, au moment de l'éclipse on organisait de grands charivaris pour éloigner le monstre qui s'approchait du Soleil. Les Incas sacrifiaient des jeunes gens en pleine vitalité pour préserver la puissance du Roi Soleil. A cette époque tous reconnaissaient que le Soleil était la source de notre survie. Les éclipses solaires étaient dès lors considérées comme des événements catastrophiques. En ce 3eme millénaire, nous avons heureusement évolué sur ce plan. Tous les observateurs qui ont eu la chance d'assister à une éclipse totale vous diront qu'ils n'ont jamais rien vu de pareil. Le spectacle est réellement fascinant et relève presque du prodige !

Sur le plan physique, c'est en fait une coïncidence extraordinaire qui est à l'origine du phénomène des éclipses solaires. Le Soleil est environ 400 fois plus grand que la Lune et la distance qui sépare la Lune du Soleil vaut justement à peu près 400 fois la distance de la Terre à la Lune. C'est le rapport de ces deux mesures qui explique pourquoi, de nos jours, le diamètre apparent du disque de la Lune épouse exactement celui du Soleil qui vaut 30'.

Malheureusement nos lointains descendants n'assisteront plus à ce phénomène. La Lune en effet s'écarte progressivement de la Terre à raison de 3.5 cm par an. Dans 600 millions d'années la Lune sera 21000 km plus loin et son ombre ne touchera plus la Terre.

Configurations et terminologie

Lorsque la Lune s'interpose et s'aligne progressivement entre la Terre et le Soleil, nous pouvons assister à trois types de phénomènes :

- L'éclipse totale où nous discernons les grains de Baily, la couronne solaire et les protubérances émanant de son limbe,

- L'éclipse annulaire qui se produit lorsque la Lune, sur son orbite elliptique, est au plus loin de la Terre. Un fin liseré lumineux apparaît autour de la Lune dont le relief se découpe dans toute sa netteté.

- L’éclipse partielle, quelquefois partie intégrante d’une éclipse annulaire ou totale. L’éclipse totale devient partielle lorsque seule la pénombre de la Lune touche la Terre.  

La grandeur ou magnitude d’une éclipse partielle est définie comme le pourcentage du diamètre du Soleil obscurcit au moment du maximum. Pour les éclipses totales et annulaires, la magnitude correspond au rapport entre les diamètres apparents de la Lune et du Soleil. Il est évident que la magnitude d’une éclipse totale sera au moins égale à l’unité.

Les phénomènes connexes à l'éclipse

A gauche l'anneau de diamant qui apparaît aux 2eme et 3eme contacts. A droite les ombres du feuillage en forme de croissant qui apparaissent durant la phase partielle. Documents Fred Espenak (Mr Eclipse) et Luis Ré.

Ci-dessus l'éclipse annulaire du 10 mai 1994 ou le genre d'éclipse auquel nos descendants assisteront dans quelque 600 millions d'années. Document Sébastien Gauthier.

Mathématiquement, compte tenu des mouvements orbitaux du Soleil et de la Lune par rapport à la Terre, chaque année il y a entre 2 et 7 éclipses solaires, contre 3 éclipses de Lune. Compte tenu de l’inclinaison de l’orbite lunaire, égale à 5°08’, la Lune doit obligatoirement se situer en deçà de 1°34’13” dans l’axe Terre-Soleil pour qu’il n’y ait ne fut-ce qu’une éclipse partielle.

A ce propos, le soir près de l’équateur, l’échancrure entame le disque solaire par le bas, tandis qu’au nord du cercle polaire, lorsque l’éclipse a lieu pendant le jour solaire aux environs de minuit, l’ombre de la Lune peut se déplacer vers l’ouest sur la surface de la Terre. La largeur de la bande d’ombre sur le sol sera au maximum de 274 km et s’étendra sur près de 10000 km à travers continents et mers à la vitesse de 2850 km/h, une vitesse que seuls les avions supersoniques peuvent atteindre pour profiter du spectacle pendant une heure ou deux. 

Etant donné l'alignement Terre-Soleil à l'époque des éclipses totales, il y a également une éclipse de Lune deux semaines avant ou deux semaines après une éclipse totale de Soleil.

Les effets de bord

A l'écart de la ligne de centralité, l'éclipse dure moins longtemps (ligne noire) mais les effets de bords (ligne bleue) tels que les grains de Baily persistent plus longtemps. Ces effets connexes sont les plus longs à 95% de la distance à la ligne de centralité. A cet endroit distant de quelques kilomètres du centre, l'éclipse dure un tiers du temps qu'elle dure le long de la ligne de centralité mais les effets connexes sont beaucoup plus spectaculaires. Document Tom Van Flandern.

La ligne médiane est appelée ligne de centralité. La clarté du jour diminuera déjà sensiblement (5%) 10 minutes après le début de la phase partielle. Environ une heure après le premier contact, un instant avant la totalité et durant celle-ci, la lumière solaire passera à travers les vallées et les échancrures dispersées sur le bord lunaire, formant une sorte de collier de perles orangées et brillantes assez spectaculaire dénommé les grains de Baily. Un instant plus tard, vous serez au milieu de la phase totale. Si vous êtes seul il règnera un grand silence... et dame Nature se présentera sous vos yeux auréolée de tout son éclat; c’est l’étonnant spectacle du "Soleil noir" pour utiliser l’expression consacrée. L'émotion que l'on éprouve à cet instant est un mélange d'allégresse et d'excitation. On éprouve un bonheur intense et une nervosité sans commune mesure.

Le Soleil noir

Ci-dessus deux images très différentes de l'éclipse du 11 juillet 1991 photographiée au Mexique. A gauche une image composite de Chuck Vaughn (AA6G) sur film Fuji Velvia réalisée avec une lunette Astro-Physics Starfire de 178 mm f/9 portée à f/6. A droite une image réalisée par Francisco Diego de l'UCL. Noter les gigantesques jets équatoriaux sur l'image de droite. Ci-dessous deux images de l'éclipse du 11 août 1999 photographiée en Turquie. A gauche une image prise par Haruki Kamiyama avec un téléobjectif de 125 mm f/3.8, à droite une image réalisée par Takashima avec une lunette Pentax de 75mm SDHF et boîtier Nikon F2.

Parmi les effets que l'on observe au sol, citons les ombres volantes et les ombres du feuillage en forme de croissant sur lesquels nous reviendrons un peu plus loin. Il existe également un troisième phénomène que l'on mentionne peu souvent car les gens ont plutôt la tête en l'air à ce moment là... Lorsque le Soleil ne forme plus qu'un fin croissant quelques minutes avant et après la totalité, les ombres projetées au sol par les objects (télescope, etc) changent d'apparence. En pleine lumière leurs contours sont relativement estompés en raison du diamètre apparent du Soleil. Mais lorsque celui-ci prend une forme similaire à celle de l'étroite fente d'un spectroscope, l'ombre qu'il porte sur les objets devient excessivement nette, comme si elle était coupée au couteau. Cela vaut la peine d'être photographié et comparé avec une image prise dans des conditions normales.

2eme partie

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[1] J.R.Roy, “L’astronomie et son histoire”, Masson, 1982, p59.


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