4.7 : Éclipses de soleil et de lune
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Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Décrire les causes des éclipses lunaires et solaires
- Différencier une éclipse solaire totale ou partielle
- Expliquez pourquoi les éclipses lunaires sont beaucoup plus fréquentes que les éclipses solaires
L'une des coïncidences de la vie sur Terre à l'heure actuelle est que les deux objets astronomiques les plus importants, le Soleil et la Lune, ont presque la même taille apparente dans le ciel. Bien que le Soleil ait un diamètre environ 400 fois plus grand que la Lune, il est également environ 400 fois plus éloigné, de sorte que le Soleil et la Lune ont la même taille angulaire, soit environ 1/2°. Par conséquent, la Lune, vue de la Terre, peut sembler recouvrir le Soleil, provoquant ainsi l'un des événements les plus impressionnants de la nature.
Tout objet solide du système solaire projette une ombre en bloquant la lumière du Soleil provenant d'une région située derrière lui. Cette ombre dans l'espace devient visible chaque fois qu'un autre objet s'y déplace. En général, une éclipse se produit chaque fois qu'une partie de la Terre ou de la Lune entre dans l'ombre de l'autre. Lorsque l'ombre de la Lune frappe la Terre, les personnes qui se trouvent dans cette ombre voient le Soleil au moins partiellement recouvert par la Lune, c'est-à-dire qu'elles assistent à une éclipse solaire. Lorsque la Lune passe dans l'ombre de la Terre, les habitants de la nuit voient la Lune s'assombrir lors de ce que l'on appelle une éclipse lunaire. Voyons comment cela se produit plus en détail.
Les ombres de la Terre et de la Lune se composent de deux parties : un cône où l'ombre est la plus foncée, et une zone d'obscurité plus claire et plus diffuse appelée pénombre. Comme vous pouvez l'imaginer, les éclipses les plus spectaculaires se produisent lorsqu'un objet entre dans l'ombre. La figure\(\PageIndex{1}\) illustre l'apparence de l'ombre de la Lune et montre à quoi ressembleraient le Soleil et la Lune à différents points de l'ombre.
Si la trajectoire de la Lune dans le ciel était identique à celle du Soleil (l'écliptique), on pourrait s'attendre à voir une éclipse du Soleil et de la Lune chaque mois, chaque fois que la Lune se trouve devant le Soleil ou dans l'ombre de la Terre. Cependant, comme nous l'avons mentionné, l'orbite de la Lune est inclinée par rapport au plan de l'orbite de la Terre autour du Soleil d'environ 5° (imaginez deux cerceaux ayant un centre commun, mais légèrement inclinés). Par conséquent, pendant la plupart des mois, la Lune se trouve suffisamment au-dessus ou en dessous du plan de l'écliptique pour éviter une éclipse. Mais lorsque les deux chemins se croisent (deux fois par an), c'est alors la « saison des éclipses » et des éclipses sont possibles.
Éclipses de soleil
La taille apparente ou angulaire du Soleil et de la Lune varie légèrement de temps à autre en fonction de leur distance par rapport à la Terre. (La figure\(\PageIndex{1}\) montre la distance de l'observateur qui varie aux points A à D, mais l'idée est la même.) La plupart du temps, la Lune paraît légèrement plus petite que le Soleil et ne peut pas le recouvrir complètement, même si les deux sont parfaitement alignés. Dans ce type d' « éclipse annulaire », il y a un anneau de lumière autour de la sphère sombre de la Lune.
Cependant, si une éclipse de Soleil se produit alors que la Lune est légèrement plus proche de sa distance moyenne, la Lune peut complètement cacher le Soleil, produisant ainsi une éclipse solaire totale. Une autre façon de le dire est qu'une éclipse totale de Soleil se produit au moment où l'ombre de la Lune atteint la surface de la Terre.
La géométrie d'une éclipse solaire totale est illustrée sur la figure\(\PageIndex{2}\). Si le Soleil et la Lune sont correctement alignés, l'ombre la plus foncée de la Lune croise le sol en un petit point de la surface de la Terre. Toute personne sur Terre se trouvant dans la petite zone couverte par la pointe de l'ombre de la Lune sera incapable de voir le Soleil pendant quelques minutes et assistera à une éclipse totale. Dans le même temps, les observateurs d'une plus grande partie de la surface de la Terre qui se trouvent dans la pénombre ne verront qu'une partie du Soleil éclipsée par la Lune : c'est ce que nous appelons une éclipse solaire partielle.
Entre la rotation de la Terre et le mouvement de la Lune sur son orbite, la pointe de l'ombre de la Lune balaie vers l'est à environ 1 500 kilomètres par heure le long d'une fine bande traversant la surface de la Terre. La mince zone de la Terre à l'intérieur de laquelle une éclipse solaire totale est visible (si les conditions météorologiques le permettent) est appelée trajectoire de l'éclipse. Dans une région située à environ 3 000 kilomètres de part et d'autre de la trajectoire de l'éclipse, une éclipse solaire partielle est visible. Il ne faut pas longtemps pour que l'ombre de la Lune dépasse un point donné de la Terre. La durée de la totalité peut n'être que d'un bref instant ; elle ne peut jamais dépasser environ 7 minutes.
Parce qu'une éclipse totale de soleil est si spectaculaire, il vaut la peine d'essayer d'en voir une si possible. Certaines personnes ont pour passe-temps la « chasse aux éclipses » et se vantent du nombre d'entre elles qu'elles en ont vues au cours de leur vie. Comme la majeure partie de la surface de la Terre est constituée d'eau, la poursuite d'une éclipse peut impliquer de longues excursions en bateau (et nécessite souvent des voyages en avion). Par conséquent, la poursuite des éclipses fait rarement partie du budget d'un étudiant ordinaire. Néanmoins, une liste des éclipses futures est donnée à titre de référence à l'annexe H, juste au cas où vous vous rendriez riche tôt. (Et, comme vous pouvez le voir en annexe, il y aura des éclipses totales visibles aux États-Unis en 2017 et 2024, où même les étudiants pourront se permettre de se déplacer.)
Apparence d'une éclipse totale
Que pouvez-vous voir si vous avez la chance d'assister à une éclipse totale ? Une éclipse solaire commence lorsque la Lune commence à se profiler contre le bord du disque solaire. Une phase partielle s'ensuit, au cours de laquelle de plus en plus de parties du Soleil sont recouvertes par la Lune. Environ une heure après le début de l'éclipse, le Soleil se cache complètement derrière la Lune. Dans les quelques minutes qui précèdent le début de cette période de totalité, le ciel s'assombrit sensiblement, certaines fleurs se referment et les poules peuvent se percher. Alors qu'un crépuscule inquiétant se couche soudainement pendant la journée, d'autres animaux (et humains) peuvent être désorientés. Dans l'ensemble, le ciel est suffisamment sombre pour que les planètes y soient visibles, et généralement les étoiles les plus brillantes le font également.
Alors que le disque lumineux du Soleil se cache entièrement derrière la Lune, la remarquable couronne solaire apparaît (Figure\(\PageIndex{3}\)). La couronne est l'atmosphère extérieure du Soleil, composée de gaz clairsemés qui s'étendent sur des millions de kilomètres dans toutes les directions à partir de la surface apparente du Soleil. Elle n'est généralement pas visible parce que la lumière de la couronne est faible par rapport à celle des couches sous-jacentes du Soleil. La couronne blanche nacrée n'est visible que lorsque l'éblouissement brillant du disque visible du Soleil est effacé par la Lune lors d'une éclipse totale. (Nous parlerons plus en détail de la couronne dans le chapitre sur The Sun : A Garden-Variety Star.)
La phase totale de l'éclipse prend fin, aussi brusquement qu'elle a commencé, lorsque la Lune commence à découvrir le Soleil. Progressivement, les phases partielles de l'éclipse se répètent, dans l'ordre inverse, jusqu'à ce que la Lune découvre complètement le Soleil. Nous devons souligner un point de sécurité important à cet égard : bien que les quelques minutes de l'éclipse totale soient visibles en toute sécurité, si une partie du Soleil est découverte, vous devez vous protéger les yeux avec des lunettes d'éclipse de sécurité 2 ou en projetant une image du Soleil (au lieu de le regarder directement). Pour en savoir plus, lisez l'encadré Comment observer les éclipses de Soleil dans cette section.
Éclipses de lune
Une éclipse lunaire se produit lorsque la Lune entre dans l'ombre de la Terre. La géométrie d'une éclipse lunaire est illustrée sur la figure\(\PageIndex{4}\). L'ombre noire de la Terre mesure environ 1,4 million de kilomètres de long, donc à la distance de la Lune (384 000 kilomètres en moyenne), elle pourrait couvrir environ quatre pleines lunes. Contrairement à une éclipse solaire, qui n'est visible que dans certaines zones locales de la Terre, une éclipse lunaire est visible par tous ceux qui peuvent voir la Lune. Comme une éclipse lunaire peut être observée (si le temps le permet) de toute la face nocturne de la Terre, les éclipses de Lune sont observées beaucoup plus fréquemment à partir d'un endroit donné de la Terre que ne le sont les éclipses solaires.
Une éclipse de Lune n'est totale que si la trajectoire de la Lune la fait traverser l'ombre de la Terre. Si la Lune ne pénètre pas complètement dans l'ombre, il y a une éclipse partielle de la Lune. Mais comme la Terre est plus grande que la Lune, son ombre est plus grande, de sorte que les éclipses lunaires durent plus longtemps que les éclipses solaires, comme nous le verrons plus loin.
Une éclipse lunaire ne peut avoir lieu que lorsque le Soleil, la Terre et la Lune sont alignés. La Lune se trouve en face du Soleil, ce qui signifie que la Lune sera en pleine phase avant l'éclipse, ce qui rendra l'assombrissement encore plus spectaculaire. Environ 20 minutes avant que la Lune n'atteigne l'ombre noire, elle faiblit quelque peu car la Terre bloque partiellement la lumière du soleil. Lorsque la Lune commence à plonger dans l'ombre, la forme incurvée de l'ombre de la Terre apparaît rapidement.
Même lorsqu'elle est totalement éclipsée, la Lune est encore faiblement visible, apparaissant généralement d'un rouge cuivré mat. L'éclairage de la Lune éclipsée est la lumière solaire qui a été courbée dans l'ombre de la Terre en traversant l'atmosphère terrestre.
Après la totalité, la Lune sort de l'ombre et la séquence des événements s'inverse. La durée totale de l'éclipse dépend de la distance entre la trajectoire de la Lune et l'axe de l'ombre. Pour une éclipse où la Lune passe par le centre de l'ombre de la Terre, chaque phase partielle dure au moins 1 heure et la totalité peut durer jusqu'à 1 heure et 40 minutes. Les éclipses de Lune sont beaucoup plus « démocratiques » que les éclipses solaires. Comme la pleine lune est visible sur toute la face nocturne de la Terre, l'éclipse lunaire est visible pour tous ceux qui vivent dans cet hémisphère. (Rappelez-vous qu'une éclipse totale de soleil n'est visible que sur un chemin étroit où tombe l'ombre de l'ombre.) Les éclipses totales de Lune se produisent, en moyenne, environ une fois tous les deux ou trois ans. Une liste des futures éclipses totales de Lune figure à l'annexe H. De plus, comme l'éclipse lunaire se produit lors de la pleine lune et qu'il n'est pas dangereux d'observer la pleine lune, tout le monde peut observer la Lune pendant toutes les parties de l'éclipse sans se soucier de la sécurité.
Grâce à notre compréhension de la gravité et du mouvement (voir Orbites et gravité), les éclipses peuvent désormais être prédites des siècles à l'avance. Nous avons parcouru un long chemin depuis que l'humanité a été effrayée par l'assombrissement du Soleil ou de la Lune, craignant le mécontentement des dieux. Aujourd'hui, nous apprécions le spectacle du ciel en appréciant sainement les forces majestueuses qui font fonctionner notre système solaire.
Comment observer les éclipses solaires
Une éclipse totale de soleil est un spectacle spectaculaire à ne pas manquer. Cependant, il est extrêmement dangereux de regarder directement le soleil : même une brève exposition peut endommager les yeux. Normalement, peu de personnes rationnelles sont tentées de le faire parce que c'est douloureux (et c'est quelque chose que votre mère vous a dit de ne jamais faire !). Mais pendant les phases partielles d'une éclipse solaire, la tentation d'y regarder est forte. Réfléchissez avant de céder. Le fait que la Lune recouvre une partie du Soleil ne rend pas la partie découverte moins dangereuse à regarder. Néanmoins, il existe des moyens parfaitement sûrs de suivre le cours d'une éclipse solaire, si vous avez la chance de vous retrouver sur la trajectoire de l'ombre.
La technique la plus simple consiste à fabriquer un projecteur à sténopé. Prenez un morceau de carton percé d'un petit trou (1 millimètre) et maintenez-le à plusieurs pieds au-dessus d'une surface claire, comme un trottoir en béton ou une feuille de papier blanc, afin que le trou soit « dirigé » vers le soleil. Le trou produit une image floue mais adéquate du Soleil éclipsé. Sinon, si c'est la bonne période de l'année, vous pouvez laisser les petits espaces entre les feuilles d'un arbre former de multiples images à trous d'épingle contre un mur ou un trottoir. Observer des centaines de petits croissants de soleils dansant dans la brise peut être captivant. Une passoire de cuisine constitue également un excellent projecteur à sténopé.
Bien qu'il existe des filtres sûrs pour observer directement le soleil, des personnes ont subi des lésions oculaires en regardant à travers des filtres inadéquats, voire en n'ayant aucun filtre. Par exemple, les filtres photographiques à densité neutre ne sont pas sûrs car ils transmettent un rayonnement infrarouge qui peut endommager gravement la rétine. Le verre fumé, les films de couleur complètement exposés, les lunettes de soleil et de nombreux autres filtres faits maison sont également dangereux. Les filtres sûrs incluent des lunettes de soudeur et des lunettes à éclipse spécialement conçues.
Vous devriez certainement regarder le Soleil directement lorsqu'il est totalement éclipsé, même à l'aide de jumelles ou de télescopes. Malheureusement, la phase complète, comme nous l'avons dit, est trop brève. Mais si vous savez quand cela va et vient, assurez-vous de regarder, car c'est un spectacle d'une beauté inoubliable. Et, malgré le folklore ancien qui présente les éclipses comme des périodes dangereuses à l'extérieur, les phases partielles des éclipses, tant que vous ne regardez pas directement le soleil, ne sont pas plus dangereuses que les phases partielles des éclipses.
Au cours des éclipses passées, une panique inutile a été créée par des fonctionnaires mal informés agissant avec les meilleures intentions. Il y a eu deux merveilleuses éclipses totales en Australie au XXe siècle, au cours desquelles des citadins ont tenu des journaux au-dessus de leur tête pour se protéger et des écoliers se sont cachés à l'intérieur, la tête sous leur bureau. Quel dommage que toutes ces personnes aient raté ce qui aurait été l'une des expériences les plus mémorables de leur vie.
Le 21 août 2017, une éclipse totale de Soleil a été visible sur une grande partie de la zone continentale des États-Unis et a été observée par des millions de personnes de tout le pays et du monde (a).
À l'occasion de l'éclipse d'août 2017, le service postal des États-Unis a émis un timbre commémoratif spécial, le tout premier à utiliser une « encre thermochromique » qui change lorsque vous la touchez.
Concepts clés et résumé
Le Soleil et la Lune ont à peu près la même taille angulaire (environ 1/2°). Une éclipse solaire se produit lorsque la Lune se déplace entre le Soleil et la Terre, projetant son ombre sur une partie de la surface de la Terre. Si l'éclipse est totale, la lumière provenant du disque brillant du Soleil est complètement bloquée et l'atmosphère solaire (la couronne) apparaît. Les éclipses solaires se produisent rarement en un seul endroit, mais elles font partie des sites les plus spectaculaires de la nature. Une éclipse lunaire se produit lorsque la Lune se déplace dans l'ombre de la Terre ; elle est visible (si le temps le permet) depuis tout l'hémisphère nocturne de la Terre.
Notes
Deux lunettes Eclipse sont disponibles dans de nombreuses boutiques de souvenirs de planétariums et d'observatoires, ainsi que chez les deux principaux fabricants américains : American Paper Optics et Rainbow Symphony.
Lexique
- éclipse lunaire
- une éclipse de Lune, au cours de laquelle la Lune se déplace dans l'ombre de la Terre ; les éclipses de Lune ne peuvent se produire qu'au moment de la pleine lune