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Les phases de la Lune

La Lune n'est pas lumineuse par elle-même mais parce qu'elle nous renvoie la lumière du Soleil. Comme elle tourne autour de la Terre pendant que celle-ci tourne autour du Soleil, elle n'apparaît pas toujours éclairée de la même façon et présente ainsi des phases'. Lorsqu'elle est dans la direction du Soleil, elle apparaît en contre-jour et est pratiquement invisible : c'est la nouvelle Lune (c'est à ce moment-là que peuvent avoir lieu les éclipses de Soleil si elle vient à passer juste devant lui). Puis la Lune apparaît dans les lueurs du soir comme un très fin croissant qui se couche peu après le Soleil. Ensuite, ce croissant augmente d'épaisseur de jour en jour et apparaît de plus en plus haut dans le ciel au moment où le Soleil se couche.

Le décalage moyen entre deux passages de la Lune est de 50 mn d'un 1 Pour bien comprendre le phénomène, on pourra faire tourner une balle de ping-pong (la Lune) autour d'une orange (la Terre) en éclairant le tout avec une lampe de poche (le Soleil). jour à l'autre, c'est-à-dire qu'on la voit passer avec presque 1 h de retard chaque jour par rapport à la veille. Mais ce n'est qu'une moyenne, et l'écart entre deux couchers (ou deux levers) de Lune successifs est très variable suivant les saisons et même les années. Il arrive, en effet, que la Lune se couche (ou se lève) à l'horizon en des points très différents d'un jour à l'autre, contrairement au Soleil. L'écart entre deux couchers de Lune peut ainsi tomber à 15 mn seulement d'un jour à l'autre ou, au contraire, s'élever jusqu'à presque 1 h 30 mn.

On est au premier quartier lorsque la moitié du disque de la Lune est éclairée, puis on arrive à la pleine Lune lorsque celle-ci est dans l'alignement de la Terre et du Soleil. La Lune apparaît alors pleinement éclairée et on la voit se lever au moment même où le Soleil se couche. Si l'alignement Soleil-Terre-Lune est parfait, la Lune traverse alors l'ombre la Terre et il y a éclipse de Lune (cela se produit environ deux fois par an). Ensuite, la portion de Lune éclairée va décroître de jour en jour, on va arriver au dernier quartier (la partie visible au premier quartier se trouve alors dans l'ombre et on voit éclairée la partie qui était invisible lors du premier quartier) et revenir finalement à la nouvelle Lune après un fin croissant visible quelques matins de suite à l'est, juste avant le lever du Soleil. Le cycle complet de la Lune s'appelle une lunaison et dure 29 jours et demi.

Qu'est-ce que la lumière cendrée ?

Entre la nouvelle Lune et le premier quartier, la Lune montre un fin croissant lumineux et, curieusement, le disque entier de la Lune est alors visible avec une pâle lumière grisâtre qu'on appelle la lumière cendrée. C'est en fait la Terre qui renvoie alors vers la Lune une partie de la lumière du Soleil. Si l'on se trouve à ce moment-là sur la face de la Lune qui est tournée vers la Terre, on peut admirer dans le ciel la « pleine Terre » car la Terre apparaît alors entièrement éclairée par le Soleil. Le « clair de Terre » qui en résulte sur la Lune est beaucoup plus lumineux que le clair de Lune que nous avons sur Terre lors de la pleine Lune du fait que le disque terrestre présente une superficie qui est 13 fois celle du disque lunaire.

La lumière cendrée n'est bien visible à l'oeil nu que pendant les 2 ou 3 jours précédant la nouvelle Lune, lorsque le fin croissant de la Lune se voit le matin dans les lueurs du levant, et pendant les 2 ou 3 jours suivant la nouvelle Lune lorsqu'on voit le croissant lunaire dans les lueurs du couchant. Avec une paire de jumelles, le spectacle offert par la lumière cendrée est remarquable et on peut mieux en profiter.

En ce qui concerne le parcours de la Lune dans le ciel, on notera que sa trajectoire est assez complexe car elle suit à peu près le parcours du Soleil dans le ciel mais en un mois seulement au lieu d'un an, de sorte qu'elle balaie une zone du ciel très étendue en une seule lunaison. On retiendra essentiellement que, lorsque la Lune est pleine, elle passe très haut dans le ciel en hiver et très bas en été, à l'inverse du Soleil.

Les gelées sont-elles plus fortes l'hiver, lors de la pleine Lune ?

Lorsque la pleine Lune est bien visible l'hiver, son éclat est d'autant plus impressionnant que la nuit est plus claire car la Lune culmine alors très haut dans le ciel. Or, lorsque la nuit est très transparente, cela signifie qu'il n'y a aucune couche de nuage ou même de brume pour retenir (un peu à la manière d'une couverture) la maigre chaleur accumulée par la Terre au cours de la journée. Il y a alors toutes les chances d'avoir de fortes gelées, évidemment associées à l'image d'une Lune très brillante. C'est donc l'absence de couche nuageuse qui provoque les gelées et non la pleine Lune.

Une autre idée fausse, relativement répandue, voudrait que les rayons de la Lune décolorent davantage les peintures et blanchissent mieux le linge que ceux du Soleil. Comment pourrait-il en être ainsi alors que la pleine Lune se contente de réfléchir vers nous qu'une faible fraction de la lumière du Soleil ?

Qu'est-ce que la Lune rousse ?

On la situe vers le mois d'avril ou mai, mais il n'est pas possible d'être plus précis car ce phénomène ne se rattache à aucune réalité astronomique. L'origine même de l'appellation s'est perdue au point qu'on ne sait plus si c'est la Lune elle-même qui est censée avoir un aspect roussâtre (ce qui proviendrait alors d'une transmission particulière de la lumière par l'atmosphère terrestre) ou si, comme beaucoup le prétendent, c'est la Lune qui est censée roussir les végétaux par de fortes gelées qu'elle provoquerait à cette période-là. Il est vrai que les gelées tardives d'avril ou de mai peuvent avoir des effets redoutables sur la végétation printanière, néanmoins la Lune n'a rien à voir là-dedans comme nous venons de le voir. En conclusion, la Lune rousse est peut-être un phénomène météorologique mais certainement pas un phénomène astronomique. Qu'est-ce que la Lune des moissons ? Contrairement à la précédente, celle-ci correspond à quelque chose de bien réel. Elle se produit chaque année au mois de septembre. Ce mois-là, la Lune se lève avec très peu de retard d'un jour à l'autre au moment de la pleine Lune (de 15 mn à 20 mn environ, alors que la valeur moyenne est de 50 mn). Le résultat est que la Lune prend très vite le relais du Soleil le soir, pendant plusieurs jours d'affilée, apportant ainsi la lumière nécessaire à ceux qui travaillent tard dans les champs. Le nom de « Lune des moissons » est ainsi tout à fait justifié. De manière symétrique, le même effet existe avec le coucher de la pleine Lune au mois de mars, le matin. Ce coucher se produit avec très peu de retard d'un jour à l'autre pendant plusieurs jours d'affilée, mais on le remarque moins qu'en septembre car le phénomène se produit le matin, à un moment où les gens ont moins le temps de contempler le ciel.

La Lune est-elle plus grosse lorsqu'elle est à l'horizon ?

On a souvent l'impression que la Lune est plus grosse lorsqu'elle est bas sur l'horizon que lorsqu'elle est haut dans le ciel. Non seulement c'est faux mais c'est même l'inverse car, du fait de la réfraction atmosphérique (courbure des rayons lumineux qui traversent l'atmosphère), elle apparaît légèrement aplatie à l'horizon. De plus, on est alors légèrement. plus éloigné d'elle car, aux 384 000 km qui nous séparent de la Lune (en moyenne), s'ajoute alors le rayon de la Terre (6 400 km).

L'impression de voir la Lune plus grosse à l'horizon résulte uniquement de l'interprétation faite par notre cerveau : la Lune est alors comparée à des objets assez grands vus dans le lointain, tels que des arbres, des immeubles ou même une montagne, la faisant ainsi paraître d'autant plus grande. Au contraire, lorsqu'elle est haut dans le ciel, sans point de comparaison possible, elle nous semble plus petite, perdue dans cette immensité sombre.

Que voit-on sur la Lune ?

A l'aeil nu, on distingue des taches grises sur fond blanc : ce sont les fameuses mers lunaires dont on sait maintenant qu'elles n'ont rien à voir avec des mers véritables.

En revanche, il suffit d'une modeste paire de jumelles pour y distinguer des cratères, surtout au voisinage du quartier où le terminateur (limite entre la zone d'ombre et la zone éclairée de la Lune) offre un spectacle magnifique car le Soleil y produit unéclairage rasant qui fait ressortir le relief avec un contraste saisissant. Si l'on se cale bien sur une barrière ou à l'appui d'une fenêtre, les jumelles permettent même de distinguer le fameux piton central au centre de certains cratères.

Ces cratères ne sont pas des cratères volcaniques mais des cratères d'impact. Cela veut dire qu'ils se sont formés à la suite de l'écrasement sur la Lune de météores ou même de petites planètes. Les collisions les plus fortes, qui se sont produites à une époque où la Lune avait encore un intérieur liquide, ont même provoqué la fracture de la croûte superficielle, laissant ainsi remonter à la surface le magma intérieur qui a rempli ces vastes plateaux basaltiques qu'on appela mers par la suite. Ce sont, en fait, de véritables bassins d'impact. Une belle illustration en est fournie par la mer des Crises qui a une structure circulaire caractéristique (vue de la Terre, elle apparaît cependant légèrement elliptique du fait de la perspective car elle se trouve très près du bord lunaire).

Les collisions plus faibles ont engendré la multitude de petits cratères qui parsèment la Lune. Lors d'une telle collision, le sol de la Lune réagit avec une certaine élasticité et, après l'im- pact qui voit s'enfoncer profondément dans le sol lunaire le corps étranger (ou ce qu'il en reste), se produit une réaction de poussée vers le haut qui peut amener à une extension de matière sous forme d'un piton central au milieu du cratère d'impact. Dans certains cas, la collision est assez forte pour qu'il y ait éjection de matière dans toutes les directions à partir du cratère, et ce jusqu'à des centaines de kilomètres à la ronde ; c'est le cas, par exemple, pour le fameux cratère Tycho à partir duquel on voit comme des rayons blancs qui s'étendent très loin à la surface de la Lune. On a même retrouvé sur Terré des météorites dont la composition est en tous points similaire à certaines pierres rapportées de la Lune lors des missions Apollo : elles ont probablement été arrachées à la Lune avec force lors de violents impacts. La plupart des cratères se sont formés au début de l'existence du système solaire, il y a 4 milliards 600 millions d'années (à ce sujet, les missions Apollo, par l'analyse des cailloux lunaires qu'elles ont rapportés ont permis de confirmer l'âge de la Lune, montrant qu'elle s'était bien formée en même temps que la Terre). Le Soleil était alors entouré de jeunes planètes nouvellement formées et il y avait encore des millions de corps et de blocs rocheux de toutes tailles tourbillonnant au milieu de ces planètes. Il en a résulté un bombardement météoritique intense qui est resté bien apparent sur la Lune car il n'y a pas d'érosion pour en faire disparaître la trace.

Pourquoi la Lune montre-t-elle toujours la même face à la Terre ?

La Lune n'est pas une sphère homogène mais présente — à la suite, entre autres, de ses collisions avec des corps célestes maintenant enfouis sous sa surface — des irrégularités de distribution de masse. Elle a ainsi une face légèrement plus massive que l'autre et c'est elle qui est tournée en permanence vers la Terre. Cette stabilisation de la Lune qui l'amène à tourner sur elle-même dans le même temps qu'elle tourne autour de la Terre ne s'est pas faite immédiatement et elle oscille d'ailleurs toujours légèrement autour d'une position moyenne (cette oscillation est infime car elle amène les détails de la surface lunaire à se déplacer de seulement 1 km de part et d'autre de leur position moyenne).

Ce phénomène de stabilisation, dit par gradient de gravité, est utilisé pour stabiliser certains satellites afin de les maintenir tournés vers la Terre. Une fois en orbite, ils déploient une longue perche télescopique (de plusieurs mètres) au bout de laquelle se trouve une masselotte de quelques kilogrammes. Bien entendu, dans le cas de la Lune, la dissymétrie de distribution de masse n'est pas aussi spectaculaire mais c'est le même processus physique qui est en jeu, le corps considéré s'alignant finalement par rapport à la Terre avec la partie la plus massive tournée vers elle.

La Lune fait un tour sur elle-même dans le même temps qu'elle fait un tour autour de la Terre, mais son orbite n'est pas parfaitement circulaire, de sorte que sa vitesse orbitale n'est pas uniforme. On a ainsi, momentanément, de petits déphasages entre ces deux mouvements : ils permettent de voir apparaître certaines portions de Lune un peu plus loin du côté ouest, puis un peu plus loin du côté est au cours du mouvement orbital. Ce phénomène se combinant à d'autres effets de perspective dus aux mouvements relatifs de la Terre et de la Lune, on arrive finalement à voir depuis la Terre presque 60 % de la surface lunaire. Ce mouvement complexe qui fait que la Lune nous montre plus de la moitié de sa surface s'appelle la libration.

Les éclipses de Lune

Ces éclipses se produisent lorsque la Lune passe dans l'ombre de la Terre ; elles sont plus fréquentes que les éclipses du Soleil tout simplement parce que la Terre, vue de la Lune, présente une dimension angulaire 3,7 fois plus grande que la Lune vue de la Terre. Il est donc beaucoup plus fréquent de voir la Terre masquer le Soleil lorsqu'on est sur la Lune que de voir la Lune masquer le Soleil lorsqu'on est sur la Terre. ll y a en moyenne, chaque année, deux éclipses de Lune et deux éclipses de Soleil mais, alors que les premières sont visibles de toute la face de la Terre tournée vers la Lune, les secondes ne sont visibles que de la partie de la Terre balayée par la petite ombre de la Lune.

Pourquoi la Lune éclipsée reste-t-elle visible et de couleur cuivrée?

C'est tout simplement parce que la Terre est pourvue d'une atmosphère. En effet, si on se trouve sur la Lune au moment où celle-ci passe dans l'ombre de la Terre, on voit tout autour de la Terre un anneau rougeâtre qui correspond à l'atmosphère de la Terre éclairée par les rayons rasants du Soleil (seuls les rayons rouges arrivent assez bien alors que les autres, jaunes, verts, bleus..., ont été diffusés dans leur traversée tangentielle de l'atmosphère). C'est finalement la lueur de cet anneau d'atmosphère rouge-orangé qui explique la teinte cuivrée que prend la Lune pendant l'éclipse.

Les marées

Si la Terre était molle, elle prendrait la forme d'un ballon de rugby aligné vers la Lune du fait que la pointe tournée vers la Lune, et donc plus proche d'elle, serait soumise à une force d'attraction gravitationnelle plus forte que l'autre pointe, plus éloignée. La croûte terrestre étant relativement rigide, elle est peu affectée par ce phénomène, mais les océans présentent un renflement caractéristique qui accompagne le mouvement de la Lune : ce sont les marées, bien familières.

Le Soleil a également une influence sur les marées, mais moitié moindre que celle de la Lune. C'est en effet la différence de la force gravitationnelle agissant entre un côté et l'autre de la Terre qui compte et non pas la puissance de cette force en elle-même. Ainsi, bien que la Lune exerce sur la Terre une force gravitationnelle 180 fois plus faible que le Soleil, elle exerce une attraction différentielle 2 fois plus forte.

Lors de la pleine Lune et de la nouvelle Lune, les effets de la Lune et du Soleil s'ajoutent (les renflements provoqués par chacun d'eux sur les océans sont alors orientés dans la même direction) et on a des marées plus fortes, dites marées de « vive eau ». A l'inverse, lors du premier et du dernier quartier, les renflements provoqués respectivement par la Lune et le Soleil font un angle de 90°, de sorte que les marées sont alors beaucoup moins accentuées : ce sont les marées de « morte eau ».

Pourquoi la marée haute ne coTncide-t-elle pas avec le passage de la Lune à son point le plus haut dans le ciel?

Le phénomène est très complexe. Comme la Terre tourne sur elle-même relativement rapidement, un point donné du globe voit la Lune changer de position assez vite dans le ciel, de sorte que les forces de marée changent localement avant même que les masses océaniques n'aient eu le temps de réagir. Il va donc se produire un déphasage entre le passage de la Lune et la marée. Ainsi, le flot de la marée montante en un lieu donné atteindra son maximum alors que la Lune sera déjà passée au point le plus haut depuis un moment. Autrement dit, le renflement imposé aux océans par la Lune ne se trouve pas parfaitement aligné dans la direction de la Lune mais présente un léger retard du fait de la rotation terrestre. La forme du bassin océanique considéré joue également un rôle considérable et complique encore plus le phénomène. Dans certaines mers, ou dans certaines parties d'océan, les marées ne peuvent guère s'amplifier (comme en mer Méditerranée) alors que dans d'autres (baie du mont Saint-Michel, par exemple), elles peuvent prendre une amplitude considérable. C'est un problème compliqué de résonance mécanique dans lequel les périodes d'oscillation propres à chaque bassin océanique interviennent, tant au niveau de l'amplitude de la marée qu'au niveau de son déphasage avec la Lune. On observe ainsi que le retard entre le passage de la Lune au plus haut dans le ciel et la marée haute est différent d'un point à l'autre du globe. Heureusement, ce retard est relativement constant pour un endroit donné, ce qui facilite le calcul à l'avance des horaires des marées.

Quelle est l'influence de la Lune sur les semis de printemps ?

Beaucoup de rumeurs circulent à ce sujet mais aucune observation précise ne permet pour l'instant de répondre à la question.

L'influence que la Lune pourrait avoir sur la croissance des végétaux viendrait-elle de sa lumière ? C'est peu probable dans la mesure où c'est un pourcentage ridicule de la lumière solaire que la Lune nous renvoie.

Une autre influence possible serait-elle un effet de marée ? La Terre présente un allongement de quelques décimètres dans la direction de la Lune. Cette marée terrestre se manifeste à nous essentiellement sous la forme d'une marée souterraine danscertains puits ou dans des mines inondées, ainsi que dans les déplacements relatifs des bords de certaines failles. Peut-être y a-t-il une influence similaire de la Lune sur la montée de la sève dans les végétaux mais l'effet n'est certainement pas mesurable directement. En tout cas, l'influence de la Lune, même si elle existe réellement, est certainement bien faible et encore loin d'être expliquée.