4.5 : Phases et mouvements de la Lune
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Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Expliquer la cause des phases lunaires
- Comprenez comment la Lune tourne et tourne autour de la Terre
Après le Soleil, la Lune est l'objet le plus brillant et le plus visible du ciel. Contrairement au soleil, il ne brille pas par ses propres moyens, mais brille simplement avec la lumière du soleil réfléchie. Si vous deviez suivre sa progression dans le ciel pendant un mois, vous observeriez un cycle de phases (différentes apparences), la Lune commençant à s'assombrir et étant de plus en plus éclairée par la lumière du soleil en deux semaines environ. Une fois que le disque de la Lune devient complètement brillant, il commence à s'estomper et redevient sombre environ deux semaines plus tard.
Ces changements ont fasciné et mystifié de nombreuses cultures anciennes, qui ont donné naissance à de merveilleuses histoires et légendes pour expliquer le cycle de la Lune. Même dans le monde moderne, de nombreuses personnes ne comprennent pas la cause des phases, pensant qu'elles sont liées d'une manière ou d'une autre à l'ombre de la Terre. Voyons comment les phases peuvent être expliquées par le mouvement de la Lune par rapport à la source de lumière vive du système solaire, le Soleil.
Phases lunaires
Bien que nous sachions que le Soleil se déplace sur 1/12 de sa trajectoire dans le ciel chaque mois, pour expliquer les phases, nous pouvons supposer que la lumière du soleil provient à peu près de la même direction au cours d'un cycle lunaire de quatre semaines. La Lune, en revanche, se déplace complètement autour de la Terre pendant cette période. Lorsque nous observons la Lune depuis notre point de vue sur la Terre, la partie de sa face éclairée par la lumière du soleil dépend de l'angle que le Soleil fait avec la Lune.
Voici une expérience simple pour vous montrer ce que nous voulons dire : tenez-vous à environ 6 pieds devant une lumière électrique vive dans une pièce complètement sombre (ou à l'extérieur la nuit) et tenez dans votre main un petit objet rond tel qu'une balle de tennis ou une orange. Votre tête peut alors représenter la Terre, la lumière représente le Soleil et la boule la Lune. Déplacez la balle autour de votre tête (en vous assurant de ne pas provoquer d'éclipse en bloquant la lumière avec votre tête). Vous verrez des phases similaires à celles de la Lune sur la balle. (Un autre bon moyen de se familiariser avec les phases et les mouvements de la Lune est de suivre notre satellite dans le ciel pendant un mois ou deux, en enregistrant sa forme, sa direction depuis le Soleil et ses heures de lever et de coucher.)
Examinons le cycle des phases de la Lune à l'aide de la Figure, qui décrit le comportement de la Lune pendant tout le mois. L'astuce de cette figure est que vous devez vous imaginer debout sur Terre, face à la Lune dans chacune de ses phases. Donc, pour la position étiquetée « Nouveau », vous êtes sur le côté droit de la Terre et c'est le milieu de la journée ; pour la position « Pleine », vous êtes sur le côté gauche de la Terre au milieu de la nuit. Notez que dans toutes les positions de la Figure\(\PageIndex{1}\), la Lune est à moitié éclairée et à moitié sombre (comme devrait l'être une boule au soleil). La différence entre chaque position est liée à la partie de la Lune qui fait face à la Terre.
On dit que la Lune est nouvelle lorsqu'elle se trouve dans la même direction générale dans le ciel que le Soleil (position A). Ici, son côté éclairé (clair) est détourné de nous et son côté obscur est tourné vers nous. On pourrait dire que le soleil brille du « mauvais » côté de la Lune de notre point de vue. Dans cette phase, la Lune est invisible pour nous ; sa surface sombre et rocheuse n'émet aucune lumière propre. Comme la nouvelle lune se trouve dans la même partie du ciel que le Soleil, elle se lève au lever du soleil et se couche au coucher du soleil.
Mais la Lune ne reste pas longtemps dans cette phase car elle se déplace chaque jour vers l'est selon son trajet mensuel autour de nous. Comme il faut environ 30 jours pour orbiter autour de la Terre et qu'il y a 360° dans un cercle, la Lune se déplacera d'environ 12° dans le ciel chaque jour (soit environ 24 fois son propre diamètre). Un jour ou deux après la nouvelle phase, le mince croissant apparaît pour la première fois, alors que nous commençons à voir une petite partie de l'hémisphère illuminé de la Lune. Il est passé à une position où il réfléchit maintenant un peu de lumière solaire vers nous le long d'un côté. Le croissant brillant prend de la taille au fil des jours à mesure que la Lune s'éloigne de plus en plus de la direction du Soleil (position B) dans le ciel. Comme la Lune se déplace vers l'est en s'éloignant du Soleil, elle se lève de plus en plus tard chaque jour (comme un étudiant pendant les vacances d'été).
Après environ une semaine, la Lune se trouve à un quart de son orbite (position C) et nous disons qu'elle en est au premier quart de phase. La moitié de la face éclairée de la Lune est visible par les observateurs de la Terre. En raison de son mouvement vers l'est, la Lune est maintenant en retard d'environ un quart de la journée par rapport au Soleil, se levant vers midi et se couchant vers minuit.
Au cours de la semaine qui suit le premier quart de phase, nous voyons de plus en plus l'hémisphère illuminé de la Lune (position D), une phase appelée augmentation (ou croissance) gibbeuse (du latin gibbus, qui signifie bosse). Finalement, la Lune arrive à la position E de notre figure, où elle et le Soleil se trouvent l'un en face de l'autre dans le ciel. Le côté de la Lune tourné vers le Soleil est également tourné vers la Terre, et nous avons la phase complète.
Lorsque la Lune est pleine, elle se trouve en face du Soleil dans le ciel. La Lune fait le contraire de ce que fait le Soleil, se levant au coucher du soleil et se couchant au lever du soleil. Remarquez ce que cela signifie en pratique : la Lune complètement illuminée (et donc très visible) se lève juste à la tombée de la nuit, reste dans le ciel toute la nuit et se couche lorsque les premiers rayons du soleil sont visibles à l'aube. Son éclairage tout au long de la nuit permet aux amoureux d'une promenade romantique et aux étudiants de retrouver le chemin de leur dortoir après une longue nuit à la bibliothèque ou une fête hors campus.
Et quand est-ce que la pleine lune est la plus haute dans le ciel et la plus visible ? À minuit, une époque rendue célèbre par des générations de romans et de films d'horreur. (Remarquez que le comportement d'un vampire comme Dracula est similaire à celui de la pleine lune : Dracula se lève au coucher du soleil, fait ses pires bêtises à minuit et doit être redescendu dans son cercueil au lever du soleil. Les vieilles légendes étaient une façon de personnifier le comportement de la Lune, qui occupait une place beaucoup plus importante dans la vie des gens avant l'éclairage électrique et la télévision.)
Selon le folklore, on observe de plus en plus de comportements fous au moment de la pleine lune (la Lune donne même un nom à un comportement fou : « folie »). Mais, en fait, les tests statistiques de cette « hypothèse » impliquant des milliers de dossiers provenant des urgences des hôpitaux et des dossiers de police ne révèlent aucune corrélation entre le comportement humain et les phases de la Lune. Par exemple, les homicides se produisent au même rythme pendant la nouvelle lune ou le croissant de lune que pendant la pleine lune. La plupart des enquêteurs pensent que la vraie histoire n'est pas que des comportements plus fous se produisent les nuits de pleine lune, mais plutôt que nous sommes plus susceptibles de remarquer ou de nous souvenir de tels comportements à l'aide d'une lumière céleste brillante qui reste allumée toute la nuit.
Au cours des deux semaines qui suivent la pleine lune, la Lune passe à nouveau par les mêmes phases dans l'ordre inverse (points F, G et H sur la figure\(\PageIndex{1}\)), revenant à une nouvelle phase après environ 29,5 jours. Environ une semaine après la pleine lune, par exemple, la Lune se trouve au troisième quart, ce qui signifie qu'elle se trouve aux trois quarts de la lune (ce n'est pas qu'elle est illuminée aux trois quarts ; en fait, la moitié de la face visible de la Lune est à nouveau sombre). À ce stade, la Lune se lève maintenant vers minuit et se couche vers midi.
Notez qu'il y a une chose assez trompeuse à propos de Figure\(\PageIndex{1}\). Si vous regardez la Lune en position E, bien qu'elle soit pleine en théorie, il semble que son éclairage serait en fait bloqué par une grosse Terre, de sorte que nous ne verrions rien sur la Lune à part l'ombre de la Terre. En réalité, la Lune est loin d'être aussi proche de la Terre (et sa trajectoire n'est pas aussi identique à celle du Soleil dans le ciel) que ce diagramme (et les diagrammes de la plupart des manuels) pourrait vous le laisser croire.
La Lune se trouve en fait à 30 diamètres de la Terre ; Science et univers : une brève visite contient un diagramme qui montre les deux objets à l'échelle. Et comme l'orbite de la Lune est inclinée par rapport à la trajectoire du Soleil dans le ciel, l'ombre de la Terre passe à côté de la Lune presque tous les mois. C'est pourquoi nous avons régulièrement droit à la pleine lune. Les moments où l'ombre de la Terre tombe sur la Lune sont appelés éclipses lunaires et sont abordés dans Éclipses de soleil et de lune.
l'astronomie et les jours de la semaine
La semaine semble indépendante des mouvements célestes, bien que sa durée ait pu être basée sur le temps entre les quarts de phase de la Lune. Dans la culture occidentale, les sept jours de la semaine sont nommés d'après les sept « vagabonds » que les anciens voyaient dans le ciel : le Soleil, la Lune et les cinq planètes visibles à l'œil nu (Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne).
En anglais, nous pouvons facilement reconnaître les noms Sun-day (Sunday), Moon-day (Monday) et Saturn-day (Saturn-day), mais les autres jours sont nommés d'après les équivalents scandinaves des dieux romains qui ont donné leur nom aux planètes. Dans les langues plus directement liées au latin, les correspondances sont plus claires. Mercredi, jour de Mercure, par exemple, c'est mercoledi en italien, mercredi en français et miércoles en espagnol. Mars donne son nom au mardi (martes en espagnol), Jupiter ou Jove au jeudi (giovedi en italien) et Vénus au vendredi (vendredi en français).
Il n'y a aucune raison pour que la semaine compte sept jours au lieu de cinq ou huit. Il est intéressant de penser que si nous avions vécu dans un système planétaire où davantage de planètes étaient visibles sans télescope, les Beatles auraient pu avoir raison et nous aurions peut-être eu « huit jours par semaine ».
Regardez cette animation pour voir les phases de la Lune alors qu'elle tourne autour de la Terre et que la Terre tourne autour du Soleil.
La révolution et la rotation de la Lune
La période sidérale de la Lune, c'est-à-dire la période de sa révolution autour de la Terre mesurée par rapport aux étoiles, est d'un peu plus de 27 jours : le mois sidéral est de 27,3217 jours pour être exact. L'intervalle de temps pendant lequel les phases se répètent, disons, de la pleine à la totalité, est le mois solaire, soit 29,5306 jours. La différence résulte du mouvement de la Terre autour du Soleil. La Lune doit faire plus qu'un tour complet de la Terre en mouvement pour revenir à la même phase par rapport au Soleil. Comme nous l'avons vu, la Lune change de position sur la sphère céleste assez rapidement : même au cours d'une seule nuit, la Lune se déplace visiblement vers l'est parmi les étoiles, parcourant sa propre largeur en un peu moins d'une heure. Le retard du lever de la lune d'un jour à l'autre causé par ce mouvement vers l'est est est en moyenne d'environ 50 minutes.
La Lune tourne sur son axe exactement au même moment qu'elle tourne autour de la Terre. Par conséquent, la Lune garde toujours la même face tournée vers la Terre (Figure\(\PageIndex{2}\)). Vous pouvez le simuler vous-même en « orbitant » autour de votre colocataire ou d'un autre volontaire. Commencez par faire face à votre colocataire. Si vous faites une rotation (rotation) avec vos épaules exactement au moment où vous tournez autour de lui, vous continuerez à faire face à votre colocataire pendant toute « l'orbite ». Comme nous le verrons dans les prochains chapitres, notre Lune n'est pas le seul monde à présenter ce comportement, que les scientifiques appellent rotation synchrone.
Les différences d'apparence de la Lune d'une nuit à l'autre sont dues aux variations de l'éclairage solaire, et non à sa propre rotation. Vous entendez parfois la face arrière de la Lune (la face que nous ne voyons jamais) appelée « côté obscur ». Il s'agit d'une incompréhension de la situation réelle : quel côté est clair et quel côté est sombre change lorsque la Lune se déplace autour de la Terre. La face arrière n'est pas plus foncée que la face avant. Comme la Lune tourne, le Soleil se lève et se couche de tous les côtés de la Lune. Toutes mes excuses à Pink Floyd, il n'y a tout simplement pas de « Dark Side of the Moon » classique.
Concepts clés et résumé
Le cycle mensuel des phases de la Lune résulte du changement d'angle de son éclairage par le Soleil. La pleine lune n'est visible dans le ciel que pendant la nuit ; les autres phases sont également visibles le jour. Comme sa période de révolution est la même que sa période de rotation, la Lune garde toujours la même face vers la Terre.
Lexique
- phases de la Lune
- l'apparence différente de la lumière et de l'obscurité sur la Lune, observée depuis la Terre au cours de son cycle mensuel, de la nouvelle lune à la pleine lune et retour à la nouvelle lune
- mois sidéral
- la période de révolution de la Lune autour de la Terre mesurée par rapport aux étoiles
- mois solaire
- l'intervalle de temps pendant lequel les phases se répètent, par exemple de la phase complète à la phase complète
- rotation synchrone
- lorsqu'un corps (par exemple, la Lune) tourne au même rythme qu'il tourne autour d'un autre corps