La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est de 384 400 km (soit un peu plus d'une seconde-lumière), c'est-à-dire environ trente fois le diamètre terrestre. La Lune s'éloigne de 3,8 centimètres par an de la Terre. Avec celle-ci, la Lune est à ce jour le seul astre que l’Homme ait pu explorer en personne.
Le premier être humain à y avoir marché est l'astronauteNeil Armstrong le 21 juillet 1969 à 2 h 56 UTC, lors de la mission Apollo 11. Depuis, douze hommes ont foulé le sol de la Lune, tous membres du programme Apollo. Le retour de l'homme sur la Lune est prévu par plusieurs nations aux alentours de 2020-2030.
Caractéristiques physiques
Le demi grand axe entre la Lune et la Terre est de 384 402 km. Le diamètre moyen de la Lune est de 3 474 km. La force qu’exerce la Terre sur la Lune est d’environ 1,95×10 Newton.
Orbite
Dans la représentation la plus simple, on peut dire que la Lune a une orbite elliptique autour du centre de la Terre (conformément aux lois de Kepler), qui lui-même tourne autour du Soleil. Pour être plus précis, on peut résoudre le problème à deux corps, ce qui permet de montrer que la Terre et la Lune orbitent en fait autour du barycentre du système double, qui lui-même tourne autour du Soleil, l’influence gravitationnelle perturbatrice du Soleil étant faible par rapport à leur interaction mutuelle. Comme ce dernier se trouve à l’intérieur de la Terre, à environ 4 700 kilomètres de son centre, le mouvement de la Terre est généralement décrit comme une « oscillation », et le système Terre-Lune est clairement un système planète-satellite et non une planète double.
La période de rotation de la Lune est la même que sa période orbitale et elle présente donc toujours le même hémisphère (nommé donc « face visible de la Lune ») à un observateur terrestre (l'autre hémisphère est donc appelé « Face cachée de la Lune »). Cette rotation synchrone résulte des frottements qu’ont entrainés les marées causées par la Terre à la Lune qui ont progressivement amené la Lune à ralentir sa rotation sur elle-même, jusqu’à ce que la période de ce mouvement coïncide avec celle de la révolution de la Lune autour de la Terre. Actuellement les effets de marée de la Lune sur la Terre ralentissent la rotation de cette dernière et provoque un léger éloignement des deux astres d'environ 3,8 cm par année. De fait, la Lune à sa création orbitait à une distance 15 fois moindre qu'aujourd'hui et la Terre tournait alors sur elle-même en 6 heures.
Face visible de la Lune
Face cachée de la Lune
Les points où l’orbite de la Lune croise l’écliptique (plan orbital de la terre) s’appellent les « nœuds » lunaires : le nœud ascendant est celui où la Lune passe vers le nord de l’écliptique et le nœud descendant est celui où elle passe vers le sud.
Nom
Valeur (jours)
Définition
sidérale
27,321 661
Par rapport aux étoiles lointaines
synodique
29,530 588
Par rapport au Soleil (phases de la Lune ou lunaison)
tropique
27,321 582
Par rapport au point vernal (précession en ~26 000 a)
anomalistique
27,554 550
Par rapport au périgée (récession en 3 232,6 jours = 8,8504 a)
draconitique
27,212 220
Par rapport au nœud ascendant (précession en 6 793,5 jours = 18,5996 a)
Le plan de l’orbite anucial est incliné de 5,145 396º par rapport à l’écliptique. Cette inclinaison peut varier car la Lune est plus liée à la Terre qu’au Soleil.
Le plan de rotation de la Lune subit une précession d’une période de 6 793,5 jours (18,5996 années). Cette précession est provoquée par la gravitation du Soleil et, dans une moindre mesure, par le bourrelet équatorial de la Terre.
Comme la Terre est elle-même inclinée de 23,45º par rapport à l’écliptique, l’inclinaison du plan orbital lunaire par rapport à l’équateur terrestre varie entre 28,60º et 18,30º.
Enfin, l’inclinaison de la Terre varie de 0,002 56º de part et d’autre de sa valeur moyenne, ce qu’on appelle la nutation, mise en évidence pour la première fois par James Bradley en 1748 (Voir aussi Librations en latitude).
Composition et structure interne
On considère aujourd’hui que la Lune est un corps différencié : sa structure en profondeur n’est pas homogène mais résulte d’un processus de refroidissement, de cristallisation du magma originel, et de migration du magma évolué. Cette différenciation a résulté en une croûte (en surface) et un noyau (en profondeur), entre lesquels se trouve le manteau. Cette structure ressemble un peu à ce qu’on trouve dans la Terre, à la différence près que la Lune est désormais très « froide » et n’est plus active comme l’est encore la Terre (convection, tectonique, etc.)
Il y a plus de 4,5 milliards d’années, la surface de la Lune était un océan de magma liquide. Les scientifiques pensent qu’un des types de roches lunaires présent en surface, la norite KREEP, (KREEP pour K-potassium, Rare Earth Elements [terres rares], P-phosphore) représente l’ultime évolution de cet océan de magma. Cette norite KREEP est en effet très enrichie en ces éléments chimiques que l’on désigne par le terme « d’éléments incompatibles » : ce sont des éléments chimiques peu enclins à intégrer une structure cristalline et qui restent préférentiellement au sein d’un magma. Pour les chercheurs, les norites KREEP sont des marqueurs commodes, utiles pour mieux connaître l’histoire de la croûte lunaire, que ce soit son activité magmatique ou ses multiples collisions avec des comètes et d’autres corps célestes. La croûte lunaire est composée d’une grande variété d’éléments : uranium, thorium, potassium, oxygène, silicium, magnésium, fer, titane, calcium, aluminium et hydrogène. Sous l’effet du bombardement par les rayons cosmiques, chaque élément émet vers l’espace un rayonnement, sous forme de rayons gamma, rayonnement dont le spectre (distribution de l’intensité relative en fonction de la longueur d’onde) est propre à l’élément chimique. Quelques éléments sont radioactifs (uranium, thorium et potassium) et émettent leur propre rayonnement gamma. Cependant, quelles que soient les origines de ces rayonnements gamma, chaque élément émet un rayonnement unique, que l’on appelle une « signature spectrale unique », discernable par un spectromètre. Depuis les missions américaines Clementine et Lunar Prospector, les scientifiques ont construit de nouvelles cartes d’abondance géochimique de la surface de la Lune.
La croûte lunaire est recouverte d’une couche poussiéreuse appelée régolithe. La croûte et le régolithe sont inégalement répartis sur la Lune. L’épaisseur de régolithe varie de 3 à 5 mètres dans les mers, jusqu’à 10 à 20 mètres sur les hauts plateaux. L’épaisseur de la croûte varie de 0 à 100 kilomètres selon les endroits. Au premier ordre on peut considérer que la croûte de la face visible est deux fois plus fine que celle de la face cachée. Les géophysiciens estiment aujourd’hui que l’épaisseur moyenne serait autour de 35-45 kilomètres sur la face visible alors que jusqu’aux années 2000 ils pensaient unanimement que celle-ci faisait 60 kilomètres d’épaisseur. La croûte de la face cachée atteint, elle, environ 100 kilomètres d’épaisseur maximum. Les scientifiques pensent qu’une telle asymétrie de l’épaisseur de la croûte lunaire pourrait expliquer pourquoi le centre de masse de la Lune est excentré. De même cela pourrait expliquer certaines hétérogénéités du terrain lunaire, comme la prédominance des surfaces volcaniques lisses (Maria) sur la face visible.
Par ailleurs, les innombrables impacts météoritiques qui ont ponctué l’histoire de la Lune ont fortement modifié sa surface, en creusant de profonds cratères dans la croûte. La croûte pourrait ainsi avoir totalement été excavée au centre des bassins d’impact les plus profonds. Cependant, même si certains modèles théoriques montrent que la croûte a entièrement disparu par endroit, les analyses géochimiques n’ont pour le moment pas confirmé la présence d’affleurements de roches caractéristiques du manteau. Parmi les grands bassins d’impact, le bassin South Pole Aitken, avec ses 2 500 km de diamètre, est le plus grand cratère d’impact connu à ce jour dans le système solaire.
Selon les données disponibles à ce jour, le manteau est vraisemblablement homogène sur toute la Lune. Cependant, certaines hypothèses proposent que la face cachée comporterait un manteau légèrement différent de celui de la face visible, ce qui pourrait être à l’origine de la différence de croûte entre les deux hémisphères.
De la même manière, peu d’informations sont aujourd’hui disponibles pour contraindre la présence d’un noyau. Les données de télémétrie laser (Lunar Laser Ranging) accumulées depuis les missions Luna et Apollo permettent toutefois aux scientifiques de penser qu’un petit noyau de 300-400 km de rayon est bien présent. Celui-ci est beaucoup moins dense que celui de la Terre (ne contient pas ou très peu de fer) et pourrait être partiellement fluide.
Comparé à celui de la Terre, la Lune a un champ magnétique très faible. Bien que l’on pense qu’une partie du magnétisme de la Lune est intrinsèque (comme pour une bande de la croûte lunaire appelé Rima Sirsalis), la collision avec d’autres corps célestes pourrait avoir donné certaines des propriétés magnétiques de la Lune. En effet, une vieille question en science planétaire est de savoir si un corps du système solaire privé d’atmosphère, tel que la Lune, peut obtenir du magnétisme suite à des impacts de comètes et d’astéroïdes. Des mesures magnétiques peuvent également fournir des informations sur la taille et la conductivité électrique du noyau lunaire, données qui aident les scientifiques à mieux comprendre les origines de la Lune. Par exemple, si le noyau contient plus d’éléments magnétiques (tels que le fer) que ceux qui existent sur la Terre, l’hypothèse de l’impact perd de la crédibilité.
La Lune a une atmosphère très ténue. Une des sources de cette atmosphère est le dégazage, c’est-à-dire le dégagement de gaz, par exemple le radon, en provenance des profondeurs de la Lune. Une autre source importante est le gaz amené par le vent solaire, qui est brièvement capturé par la gravité lunaire.
Présence d'eau sur la Lune
A priori, la quasi absence d’atmosphère et une température supérieure à 100 °C au Soleil devrait rendre impossible la présence d’eau sur la Lune. Pourtant, les données recueillies par les sondes Clementine et Lunar Prospector à la fin des années 1990 montrent la présence de grandes zones riches en hydrogène, aux pôles sud et nord. Or l’hydrogène est un des constituants de l’eau avec l’oxygène. À la fin de sa mission, la sonde Lunar Prospector a même été précipitée dans le fond d’un cratère censé contenir de la glace d’eau. On pensait que l’écrasement dégagerait de la vapeur d’eau, détectable par les télescopes terrestres, apportant ainsi une preuve supplémentaire de la présence d’eau sur la Lune. Mais aucune molécule d’eau n’a été détectée pendant l’impact. Cependant, la probabilité d’en voir était très faible : la sonde étant petite, l’énergie dégagée lors de l’impact n’était pas forcément suffisante pour vaporiser de l’eau.
L’hypothèse actuellement la plus populaire au sujet de la provenance de cette eau propose une origine cométaire à l’eau lunaire. Les comètes, de grosses boules de neige sale, en percutant la Lune il y a plusieurs milliards d’années, se seraient vaporisées, créant ainsi une atmosphère provisoire. La vapeur d’eau contenue dans cette atmosphère se serait condensée puis aurait givré sur le sol. La glace située au fond des cratères du pôle sud aurait pu se conserver pendant deux milliards d’années, le fond de ces cratères n’étant jamais exposé aux rayons du soleil en raison de l’inclinaison très légère de l’axe de la Lune par rapport à l’écliptique (1,5424 °). De même au pôle nord, où l’eau glacée serait protégée par une couche de régolithe de 40 cm d’épaisseur.
Les scientifiques estiment le volume d’eau présent sur la Lune à un milliard de mètres cubes, une quantité suffisante pour rendre son exploitation intéressante par d’éventuels explorateurs. De l’hydrogène et de l’oxygène pourraient en être extraits par des stations alimentées par panneaux solaires ou par énergie nucléaire. Cela rendrait possible une colonisation permanente de la Lune. L'oxygène est en effet indispensable pour que de futurs explorateurs puissent respirer durant de longues périodes de présence, et l’hydrogène est un carburant pour les fusées. Or le transport régulier de l’hydrogène et de l’oxygène depuis la Terre est très coûteux.
En 2006, les relevés réalisés par le radiotélescope d’Arecibo braqués sur les cratères polaires constamment dans l’ombre montrent que la présence de glace d’eau est encore plus rare qu’escomptée.
L’équipe d’Alberto Saal de l’université Brown (États-Unis) a analysé, au spectromètre de masse, des échantillons de sphérules vitreuse de basalte lunaire ramenés par les missions Apollo 11, 15 et 17 entre 1969 et 1972. Elle y a trouvé la présence d’eau et a conclu que le magma lunaire contenait 745 ppm d’eau avant sa remontée, soit une proportion semblable à celle de la Terre il y a 4,5 milliards d’années.
Le 17 juin 2009, la NASA a lancé deux sondes spatiales dont l'une des missions principales est de confirmer la présence d'eau dans les régions proches des pôles de la Lune, au fond des cratères plongés en permanence dans l'obscurité. Si cette présence était confirmée, l’eau pourrait être exploitée par les missions habitées.
La sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) effectue encore ses observations depuis une orbite basse durant plusieurs mois en scrutant avec ses instruments la surface de notre satellite. Elle est munie, entre autres, d'un spectromètre ultraviolet chargé plus particulièrement de détecter la présence d'eau.
La sonde Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) a analysé les matériaux soulevés par la collision du dernier étage de sa fusée porteuse (environ 2 tonnes) avec le sol lunaire. La fusée a été volontairement dirigée vers un des cratères susceptibles d'abriter de la glace d'eau. La sonde, qui a suivi la même trajectoire que sa fusée, s'est écrasée 4 minutes plus tard après avoir traversé le nuage de débris. Les matériaux éjectés ont aussi été analysés par d'autres sondes lunaires et des télescopes situés au sol ou en orbite autour de la Terre.
La mission LCROSS a pour objectif de confirmer ou infirmer les informations faisant état de présence d’hydrogène et de glace dans ces lieux difficiles à explorer et encore largement méconnus. Jusqu'à présent, aucune trace d'eau n’a été trouvée dans les régions équatoriales explorées par les sondes automatiques ou les équipages des six missions Apollo.
Le 24 septembre 2009, la NASA a annoncé la présence d'eau proche de la surface de la Lune. Cette présence a été mise en évidence grâce aux données recueillies par la sonde spatiale Deep Impact (dont la mission étendue a été rebaptisée EPOXI), passée en juin 2009 à 6 millions de kilomètres de la Lune. Cette présence d'eau, et son cycle journalier (évaporation le jour, puis adsorption la nuit, l'eau évaporée étant repoussée vers la surface par le vent solaire résiduel), ont été corroborées par les données de l'instrument M3 de la sonde spatiale indienne Chandrayaan-1 et l'instrument VIMS de la sonde Cassini-Huygens. Les quantités d'eau ainsi mises en évidence sont très faibles : un demi-litre d'eau par élément de surface de la taille d'un terrain de football, selon les termes d'un des scientifiques auteurs de la découverte.
Le 13 novembre 2009, la NASA annonce qu'elle a découvert « des quantités significatives » d'eau à la surface de la Lune, suite à l'analyse des projections provenant de l'impact volontaire de la sonde LCROSS avec l'astre. Une quantité équivalente à 75 litres d'eau à l'état liquide a été trouvée dans le cratère. Toutefois, cette quantité rapportée à la masse de matière éjectée, pourrait correspondre à une proportion d'eau très faible (peut-être 1 000 fois plus faible que dans une roche terrestre).
Une nouvelle analyse du panache de poussières (provoqué par l'impact de la sonde LCROSS) tendait à démontrer, en juin 2010, la présence de molécules d'eau qui n'avaient pas vu la lumière du soleil depuis des milliards d'années. Ce qui suggérait alors l'existence d'une quantité d'eau bien plus importante que ne le laissaient présager toutes les précédentes estimations.
Toutefois, dès août 2010, une autre étude portant sur la contenance en chlore d'échantillons de sol lunaire (ramenés par la mission Apollo), relance l'hypothèse émise 40 ans plus tôt, à savoir que l'astre serait très sec. Et ce, nonobstant les informations issues de l'impact de la sonde Lcross.. D'autres études seront donc encore nécéssaires pour répondre aux nombreuses questions qui subsistent concernant la présence d'eau sur la lune.
Géographie lunaire (sélénographie)
Carte simplifiée des « mers » et cratères tels que vus au travers d’un instrument astronomique.
La surface de la Lune n’est pas uniforme. Très rapidement, du fait de la relative facilité d’observation, les hommes purent distinguer de grandes taches sombres qu’ils prirent pour l’équivalent de leurs océans terrestres et auxquelles ils donnèrent le nom latin de maria (mers). En réalité, ces étendues de régolithe ont une concentration supérieure de basalte, d’origine volcanique, et sont très inégalement réparties sur la surface lunaire, leur grande majorité se situant sur la face visible, la face cachée n’en ayant que quelques-unes, et de taille beaucoup plus réduite. Le reste de la surface lunaire est constitué par de grands plateaux recouverts de régolithe moins dense en basalte et donc beaucoup plus réfléchissant. Autre relief ponctuant la géographie lunaire, les multiples cirques et cratères, créés par les impacts de météorites de tailles diverses.
La formation de la Lune
Lune haute résolution.
L’origine de la Lune est au cœur d’un débatscientifique. Plusieurs hypothèses sont évoquées, la capture d’un astéroïde, la fission d’une partie de la terre par l’énergie centrifuge, la co-accrétion de la matière originelle du système solaire. Étant donné l’inclinaison de l’orbite lunaire, il est peu probable que la Lune se soit formée en même temps que la Terre, ou que celle-ci ait capturé la Lune.
L’hypothèse la mieux acceptée est celle de l’impact géant : une collision entre la jeune Terre et Théia, un objet de la taille de Mars, aurait éjecté de la matière autour de la Terre, qui aurait fini par former la Lune que nous connaissons aujourd’hui. De nouvelles simulations publiées en août 2001 soutiennent cette hypothèse. Cet impact est estimé à 42 millions d’années après la naissance du système solaire, soit il y a 4,526 milliards d’années.
Elle est aussi corroborée par la comparaison entre la composition de la Lune et celle de la Terre : on y retrouve les mêmes minéraux, mais dans des proportions différentes. Ce sont les substances les plus légères qui auraient été éjectées le plus facilement de la Terre lors de l’impact et que l’on retrouve en plus grande quantité sur la Lune. Le principal élément qui confirme cela est le Fe, en effet, cet isotope du fer est présent sur Mars dans les mêmes proportions que le Fe, mais sur la Terre et la Lune, il existe en quantité très faible. Seulement, pour qu’il puisse s’évaporer, il faut qu’il soit chauffé à plus de 2 000 °C pendant un temps important. La principale thèse pour expliquer cet échauffement est la collision Terre/Lune.
À l’exception de Mercure et Vénus, toutes les planètes du système solaire possèdent des satellites naturels qualifiés de lunes. Jupiter et Saturne, de leur côté, en possèdent respectivement 63 et 60 de tailles et formes très variées. Dans les années 1970, on connaissait 32 lunes dans le système solaire, on en distingue aujourd’hui plus de 140.
Exploration
Les différents alunissages sur la Lune.
L’astronaute Harrison Schmitt se tenant debout à côté du rocher Taurus-Littrow durant la troisième sortie extra-véhiculaire de la mission Apollo 17.
Programme Luna
Le premier objet fabriqué par l’homme à atteindre la Lune fut la sonde soviétique Luna 2, qui s’y écrasa le 14 septembre 1959 à 21:02:24 Z. L'année 2009 marque l'anniversaire des premières photographies de la face cachée de la Lune envoyées de l'espace pour la première fois le 7 octobre 1959 lorsque la sonde automatiqueLuna 3, également lancée par l’Union soviétique, passa derrière la Lune. Luna 9 fut la première sonde à se poser sur la Lune (plutôt que de s’y écraser) ; elle retourna des photographies de la surface lunaire le 3 février 1966. Le premier satellite artificiel de la Lune fut la sonde soviétique Luna 10, lancée le 31 mars 1966. Le 17 novembre 1970, Lunokhod 1 fut le premier véhicule robotisé à explorer sa surface.
Programme Apollo
Le 24 décembre 1968, les membres de l’équipage d’Apollo 8 (Frank Borman, Jim Lovell, et William Anders) furent les premiers humains à apercevoir directement la face cachée de la Lune. Les premiers humains à se poser sur la Lune le firent le 21 juillet 1969 . Ce fut le point culminant de la course spatiale engagée entre les États-Unis et l’URSS, alors en pleine guerre froide. Le premier astronaute à poser le pied sur la Lune fut Neil Armstrong, le capitaine de la mission Apollo 11, et le second fut Buzz Aldrin, le même jour. Les derniers hommes à marcher sur le sol lunaire furent le scientifique Harrison Schmitt et finalement l’astronaute Eugene Cernan, lors de la mission Apollo 17 en décembre 1972. Au total au XX siècle et jusqu'à nos jours, douze hommes marchèrent sur la Lune.
Autres programmes
À la fin des années 1990, les sondes Clémentine et Lunar Prospector ont trouvé des indices de présence d’eau sur la Lune.
La sonde européenne Smart-1 s’est insérée en orbite autour de la Lune avec succès le 16 novembre 2004, elle doit trouver de l’eau et permettre de mieux déterminer l’origine de notre satellite (par calcul du taux de fer), grâce à une analyse étendue par des rayons X.
Récemment, l’agence spatiale chinoise (CNSA) a dévoilé son plan lunaire qui est fondé en 3 étapes :
l’envoi d’une sonde vers la Lune (réalisé en octobre 2007) ;
l’envoi de robot sur la Lune ;
le retour d'échantillons.
Future base lunaire
Le lundi 31 mars 2008, la NASA dévoile par l’intermédiaire de Neil Armstrong — le premier homme à avoir marché sur la lune en 1969 — son nouveau programme d’exploration de notre satellite. En l’occurrence la construction d’une base lunaire habitable.
De ce fait, l’agence spatiale américaine comptait d’ici 2020 envoyer chaque semaine une équipe de 4 hommes afin de construire la base lunaire. En 2024, cette station aurait pu être habitée en permanence par des équipes qui se relaieraient tous les six mois (système également d’application pour l’ISS), indique la NASA.
Peu après, cette base lunaire devait être utilisée pour les décollages vers Mars et même plus loin encore. En effet ceux-ci seraient plus faciles du fait de la très faible gravitation (6 fois moins élevée que sur Terre).
Le 1 février 2010, Washington annonce que ce projet est annulé en raison de contraintes budgétaires.
Statut légal de la Lune
Bien qu’ils aient planté symboliquement à plusieurs reprises leur drapeau sur le sol lunaire, les Américains n’ont jamais émis de revendication territoriale sur aucune portion de surface de la Lune. La Lune est considérée, grâce au traité de l’espace entré en vigueur le 10 octobre 1967, comme un espace international au même titre que les eaux du même nom. Le traité exclut de plus toute utilisation militaire de l’espace, en particulier le déploiement d’armes de destruction massive.
Le traité lunaire de 1979 n’ayant pasété ratifié par les grandes nations de l’exploration spatiale, l’appropriation dans des buts économiques et commerciaux par des privés reste dans le flou juridique, ce qui entraine parfois des revendications des plus fantaisistes.
La Lune vue de la Terre
Vue de la lune avec un simple appareil photo.
Avec une magnitude de -12,6 pendant la pleine lune, la Lune est l’astre le plus visible dans le ciel de la Terre, après le Soleil. Cette luminosité et sa proximité la rendent facilement observable, même à l’œil nu ou en plein jour. Une simple paire de jumelles permet de distinguer les mers et les plus gros cratères. De plus, de nombreux phénomènes observables, liés à son orbite caractéristique, la distinguent des autres astres. Par contre, un effet reste purement psychologique : l’apparente plus grande taille du Soleil et de la Lune quand ils sont près de l’horizon. La plus grande distance et la réfraction atmosphérique rendent en fait l’image de la Lune légèrement aplatie quand elle est près de l’horizon.
Les phases
Les différentes phases de la Lune
Du fait de sa rotation synchrone, la Lune présente toujours quasiment la même partie de sa surface vue de la Terre : la face dite « visible ». Mais la moitié de la sphère éclairée par le soleil varie au cours des 29,53 jours d’un cycle synodique, et donc la portion éclairée de la face visible aussi. Ce phénomène donne naissance à ce que l’on appelle les phases lunaires, qui se succèdent au cours d’un cycle appelé « lunaison ».
Lune montante, Lune descendante
Cette notion décrit le changement de trajectoire de la Lune dans le ciel au fil des jours. Au fil du cycle lunaire, la Lune monte ou descend en déclinaison. Dans l’hémisphère nord, la Lune est dite « montante » si d’un jour sur l’autre, sa déclinaison lors de son passage en direction du sud augmente, ou si l’endroit de l’horizon où elle se lève se déplace vers le nord. Elle est dite « descendante » dans le cas inverse.
Librations de la Lune
La Lune présentant toujours le même hémisphère à la Terre (sa rotation étant synchrone, c’est-à-dire sa période de révolution étant égale à sa période de rotation), on appelle librations les phénomènes permettant à un observateur à la surface de la Terre de voir plus de 50 % de la surface de la Lune.
Ces phénomènes peuvent prendre quatre formes : les librations en longitude, les librations en latitude, les librations parallactiques et les librations physiques.
Librations en longitude
Si la Lune tournait autour de la Terre en un cercle parfait (ellipse d’excentricité nulle), sa vitesse de translation serait uniforme (2 loi de Kepler) et donc toujours strictement opposée, en termes de vitesse angulaire observée depuis la Terre, à sa vitesse de rotation. Il n’y aurait donc pas de librations en longitude.
Toutefois, les perturbations gravitationnelles dues aux autres corps du système solaire, ainsi qu’aux hétérogénéités de répartition de masse au sein des corps terrestres et lunaires entraînent des irrégularités dans le mouvement de révolution géocentrique lunaire, qui se traduit par une orbite dont l’excentricité varie autour d’une valeur moyenne de 0,0549.
La Lune parcourt donc son orbite avec une vitesse variable (2 loi de Kepler). Ainsi, quand elle se rapproche de son périgée (point de son orbite le plus proche de la terre), elle met moins de temps pour parcourir un quart de son orbite que pour pivoter de 90° sur son axe : la Lune laisse alors voir une mince bande supplémentaire de son bord Est (vu de la Terre).
À l’inverse, lorsqu’elle se rapproche de son apogée (point de son orbite le plus éloigné de la Terre), sa vitesse de translation, minimale, devient inférieure à sa vitesse de rotation, et la Lune laisse voir plus largement son bord Ouest (vu de la Terre). De façon imagée, la Lune semble dire « non » de la tête.
La valeur de la libration en longitude se situe autour de 7°54′ (donc un total de deux fuseaux d’un peu moins de 8° chacun au cours d’une lunaison).
Librations en latitude
La libration en latitude est due au fait que l’axe de rotation de la Lune n’est pas perpendiculaire au plan de son orbite : la Lune conserve cet angle de 6,7° tout au long de sa course orbitale. L’observateur peut donc successivement observer, au cours de plusieurs lunaisons, les zones polaires Nord et Sud du globe lunaire. De façon imagée, la Lune semble faire « oui » de la tête.
Librations parallactiques (parallaxe diurne)
Il s’agit d’un phénomène purement optique, dû aux positions respectives de la Lune et de l’observateur à la surface du sol.
En début de nuit, alors que la Lune se lève pour un observateur situé à l’équateur, celui-ci est plus favorablement positionné pour observer le bord oriental de la Lune. À l’inverse, en fin de nuit, il peut observer plus favorablement le bord Ouest de la Lune.
Cette parallaxe, d’une valeur d’environ 1°, est très difficile à exploiter en pratique : en effet, c’est lorsque leur effet géométrique est maximal (lever et coucher de lune) que l’observation est rendue plus difficile, en raison de la lumière de l’aube et du crépuscule, et de l’épaisseur plus importante de l’atmosphère terrestre à travers de laquelle se fait l’observation.
Librations physiques
Il s’agit cette fois de véritables vibrations physiques de la sphère lunaire autour de sa position moyenne. Ces infimes vibrations (pas plus de quelques minutes d’arc) sont causées par l’attraction variable de la Terre sur la Lune, et ne sont pas perceptibles à l’œil nu. L’étude de ces oscillations est de la plus haute importance pour la détermination de la forme et de la structure interne de la Lune.
L’ensemble de ces phénomènes de libration au cours de lunaisons successives permet d’observer environ 59 % de la surface lunaire depuis la surface terrestre. Toutefois, les zones supplémentaires ainsi offertes à l’observation sont très déformées par l’effet de perspective, et rendent difficile l’observation de ces régions depuis le sol. Seules les sondes automatiques, par un survol régulier, en permettent l’étude topologique précise.
Éclipses solaires et lunaires
Les éclipses solaires
Par une coïncidence extraordinaire, vue de la Terre, la taille apparente de la Lune est presque exactement identique à celle du Soleil, si bien que deux sortes d’éclipse solaire sont possibles selon l’éloignement de la Lune : totale et annulaire, selon que la Lune en étant plus proche cache totalement le Soleil, ou qu’elle soit plus loin et alors la bordure du Soleil reste visible, l’éclipse est alors annulaire. Les éclipses ne se produisent que rarement puisque le plan de la trajectoire de la Lune autour de la Terre est différent du plan de la trajectoire de la Terre autour du Soleil. Elles ont lieu uniquement quand un nœud coïncide avec la nouvelle Lune. Celle-ci couvre alors le Soleil, en tout ou en partie. La couronne solaire devient visible à l’œil nu lors d’une éclipse totale.
Les éclipses lunaires
C’est alors la Terre qui sert de cache et son ombre portée sur la Lune est alors observée de nuit à partir de la terre ; pour quelqu’un résidant sur la Lune, cela sera qualifié d’éclipse de soleil produite par la terre servant de cache.
Influence gravitationnelle de la Lune sur la Terre
La Terre et son satellite, distance non respectée.
Parmi les influences les plus connues, des plus réelles aux plus romantiques, citons :
La marée, le mouvement de révolution de la Lune autour de la Terre induit un effet gravitationnel différentiel (par rapport à l’effet gravitationnel Lune-Terre, vu du centre de la Terre) sur les eaux qui constituent les océans et les mers, provoquant une hausse locale du niveau d’eau à la surface de la Terre, approximativement dans la direction Terre-Lune, et dans la direction opposée. Cet effet différentiel est supérieur à celui dû au Soleil, même si sur Terre le champ de gravitation du Soleil est supérieur à celui de la Lune. L’onde de marée est en retard par rapport au mouvement de la Lune du fait de son frottement sur les fonds marins ; il s’ensuit un lent ralentissement du mouvement de rotation de la Terre, et un très lent éloignement de la Lune.
Les vents, l’air étant lui aussi un fluide, il subit lui aussi de grosses influences de la part de cet objet céleste très proche.(ref necessaire)
L’activité sismique, le magma du manteau, présent sous la croûte terrestre solide, subit lui aussi du fait de son état visqueux des mouvements, correspondant au passage du satellite. Pour certains, la fragmentation de la croûte en plaques serait une conséquence de la présence de la Lune. Il est important de réaliser que ceci n’est plausible que parce que la Lune était beaucoup plus près de la Terre à ses origines. Pour le volcanologue Jacques-Marie Bardintzeff, « la Lune a un effet de marée bien connu sur la Terre. Mais son influence est trop faible pour déclencher une éruption. Cependant pour un volcan en activité, la Lune peut modifier légèrement son comportement. Bien différent est le cas de Io, lune (satellite) de Jupiter. L'énorme Jupiter provoque des éruptions fantastiques sur Io. »
L’évolution des espèces, le nautile possède une coquille en spirale formée d’anneaux. Chaque jour, il forme un anneau supplémentaire. Au bout d’un mois se forme une nouvelle cloison intérieure. Ce phénomène est lié à l’instinct de frai du nautile, qui le fait remonter près de la surface à chaque pleine Lune. Si l’on observe des coquilles fossiles, la fréquence des cloisons intérieures augmente proportionnellement à leur ancienneté. C’est une confirmation indirecte et indépendante de l’allongement du mois dû à l’augmentation progressive de la distance Terre-Lune.
L’obliquité terrestre, l’obliquité de la Terre varie entre 21 et 24° environ par rapport à l’équateur céleste. Celle de Mars qui n’a pas de satellite naturel comparable varie entre 20 et 60°. Les scientifiques pensent donc que la Lune stabilise la Terre dans son mouvement comme si elle était un contrepoids -- simplement parce que le moment d’inertie du système Terre-Lune est bien plus grand que celui de la Terre seule.
Les calendriers ont longtemps indiqué les phases de la Lune pour les activités rurales (visibilité de nuit) ou de pêche (marées).
La Lune et les hommes
Étymologie
Le mot lune provient du latin luna. La forme latine luxna rapproche luna de lux, « lumière » dont la racine serait leuk, mot indo-européen signifiant être lumineux. Le mot « lune » aurait été utilisé en France en 1080 pour « astre satellite de la Terre »(coquille ? peut-être même dans le Robert, plus vraisemblable en 1680).
Croyances et mythologies
Les variations de teintes et de luminosités à la surface de la Lune forment des motifs que les hommes ont interprétés différemment suivant leur culture et leur imaginaire : lapin, buffle, ou visage d’homme entre autres. Les astronomes antiques pensaient que les zones sombres et régulières (les plaines) étaient remplies d’eau. Ils les ont appelées Maria (terme latin signifiant mers au pluriel), tandis que les hauts plateaux, de couleur claire, ont été baptisés Terrae. Ces dénominations ont encore cours aujourd’hui, même si l’on sait qu’elles ne se rattachent à aucune réalité.
La Lune est très présente dans de nombreuses mythologies et croyances folkloriques, et a souvent été associée à des divinités féminines. Ainsi, la déesse grecque Séléné (Luna chez les Romains) a été associée à la Lune, avant d’être supplantée par Artémis (Diane chez les Romains). En revanche, la déesse japonaise Amaterasu est associée au Soleil et son frère, Tsukuyomi, est lui associé à la Lune, de même chez les Mésopotamiens, où le dieu Nanna (ou Sîn) est associé à la Lune. Cette inversion est également présente dans les mythologies nordiques et germaines (scandinave, lettonne…), et c’est pourquoi John Ronald Reuel Tolkien l’a reprise dans sa mythologie de la Terre du Milieu, faisant de Tilion le dieu de la Lune et d’Arien la déesse du Soleil.
Les connaissances empiriques des hommes sur l’agriculture ont toujours accordé une grande importance à la Lune, dans les diverses phases de développement des végétaux ou pour déterminer les moments propices aux semailles.
Le terme lunatique est dérivé de Luna par supposition ancienne en Europe que la Lune était liée au cycle menstruel de la femme (mais pas en Inde, où celui-ci est plus proche de 32 jours, voir article) ou de folie périodique. De même pour les légendes concernant les thérianthropes (tel le loup-garou), créatures mythiques qui tireraient leur force de la lune et seraient capables de passer de leur forme humaine à leur forme bestiale pendant les nuits de pleine Lune.
Certains auteurs ont fait remarquer que si la Lune n’avait pas constamment présenté la même face à la Terre, l’histoire de la pensée eut été différente. En effet, la voyant tourner, il devenait évident d’y voir une sphère et non un disque. Une généralisation de cette constatation à d’autres objets célestes et en particulier à la représentation de la Terre aurait pu accélérer considérablement l’adoption de conception de l’univers non géocentriques.
La Lune a souvent fait rêver, notamment chez les amoureux qui considèrent souvent le clair de Lune comme très romantique. Une chanson populaire française s’appelle Au clair de la lune.
Mais la Lune est également très présente dans les films d’horreur, tels que Frankenstein et Freddy Krueger.
L’imaginaire a par ailleurs doté la Lune d’habitants, les Sélénites. Ce nom vient du nom de la déesse grecque Séléné, qui était associée à cet astre.
La lumière de la Lune serait à l’origine du blanchissement du linge. Or, les pigments sont principalement altérés par les rayons ultraviolets. La lumière de la Lune n’étant qu’une réflexion partielle de la lumière du Soleil, la quantité d’ultraviolet est très faible : environ 500 000 fois plus faible que la lumière directe du Soleil. La lumière directe du Soleil est donc 500 000 fois plus responsable du blanchissement du linge que la lumière de la pleine Lune. Cependant quand la Lune est bien visible la nuit, il y a moins de nuages pour réfléchir l'infrarouge émis par le sol terrestre. Donc le linge exposé se refroidit plus vite et condense plus de rosée. Or la rosée contient du peroxyde d'hydrogène qui peut oxyder les colorants organiques du linge. Ce peroxyde d'hydrogène est produit le jour par les rayons ultraviolets solaires en brisant des molécules d'eau.
Symbolique de la Lune
La Lune, passive, est constamment opposée au soleil, actif. Ils représentent, entre autres, l’élément femelle et l’élément mâle .
Cependant, en langue allemande, la lune est de genre masculin et le soleil de genre féminin : der Mond et die Sonne.
La Genèse désigne la Lune lors de la création du nom de petit luminaire. Sa création, ainsi que celle du Soleil, est postérieure à celle de la Lumière.
On peut aussi la comparer à Jean le Baptiste dont le prologue de l’évangile de Jean dit qu’il n’est pas la Lumière mais qu’il lui rend témoignage.
Une des apparitions de la nouvelle lune marque pour les musulmans le début du mois de jeûne dénommé Ramadan. Lorsque la Lune est en direction du Soleil, elle est très difficilement observable de la Terre car le Soleil éclaire l’atmosphère et n’illumine pas la face que la Lune présente à la terre : la Lune n’est visible qu’au coucher du Soleil lorsque l’observateur n’est plus ébloui par la clarté du ciel. C’est cette apparition que les musulmans surveillent pour décider du début du Ramadan, ainsi que tous les autres mois du calendrier hégirien, qui est un calendrier lunaire.
La Lune est la dix-huitième carte du tarot de Marseille.
La Lune figure sur de nombreux blasons et certains drapeaux : Laos, Mongolie, Palaos, Drapeau saami, Shan (Birmanie)
La Lune figure également sur des drapeaux et blasons sous forme de croissant où elle évoque l’empire ottoman. Le croissant figure sur plusieurs drapeaux de pays musulmans à travers le monde sous diverses formes dont la Turquie, la Tunisie, l’Algérie, la Mauritanie, l’Azerbaïdjan, l’Ouzbékistan, le Pakistan, la république turque de Chypre du Nord.
La Lune joue un rôle important dans les calendriers lunaires et donc dans la notion de semaine qui, elle, n’a pas de signification lunaire. Le découpage du mois lunaire en quatre semaines existait dans le calendrier judaïque et a été mis en place par l’empereur romain Constantin I. Auparavant les Romains utilisaient des décades pour découper leurs mois en trois décades. Les changements de calendriers viennent de la difficulté de concilier la périodicité de la Lune « luminaire de la nuit » à la périodicité du Soleil de par la rotation de la Terre sur elle-même et autour du soleil.
Dans la table Unicode, deux symboles représentent la Lune : un croissant proche du premier quartier « ☽ » et un autre proche du dernier quartier « ☾ ».
Œuvres artistiques sur la Lune
Littérature
Histoire comique des États et Empires de la Lune de Cyrano de Bergerac (1650)
Entretiens sur la pluralité des mondes de Fontenelle (1686)
Aventure sans pareille d'un certain Hans Pfaall de Edgar Allan Poe (1835)
De la Terre à la Lune et Autour de la Lune de Jules Verne (1865, 1870)
The first men in the moon (Les Premiers Hommes dans la lune) de H.G. Wells (1895)
Retour à « 0 » de Stefan Wul (1956)
The Moon is a harsh mistress (Révolte sur la Lune), et The man who sold the moon (L’Homme qui vendit la Lune), de Robert Heinlein.
Poésie
Ballade à la lune d'Alfred de Musset
Ballade au clair de Lune, dans Émaux et Camées, de Théophile Gautier
Clair de lune, dans Les Orientales, de Victor Hugo
L’Imitation de Notre-Dame la Lune de Jules Laforgue (1886)
Canciones de luna de Federico García Lorca (1898-1936)
Romance de la luna, luna, dans Romancero gitano de Federico García Lorca
La Lune de Théodore de Banville, Rondels (1875), Éd. Fasquelle
« Avec ses caprices, la lune est comme une frivole amante ; elle sourit et se lamente, et vous fuit et vous importune... »
Bande dessinée
Le Temple du Soleil d'Hergé, Casterman - 1949
Objectif Lune d'Hergé, Casterman - 1953
On a marché sur la Lune d'Hergé, Casterman - 1954
La Guerre éternelle de Joe Haldeman et Marvano, Dupuis - 1988 à 1989
Libre à jamais de Joe Haldeman et Marvano, Dargaud - 2002 à 2003
Contes de la pleine lune (tome 10 de Mélusine) de Clarke et Gilson, Dargaud - 2002
Madame la lune de Jean-Luc Loyer et Nathalie Ferlut, Delcourt - 2001
Les Chroniques de la Lune Noire de François Froideval, Olivier Ledroit (tomes 1 à 5), Cyril Pontet (à partir du tome 6), Dargaud - 1989 à 2008
Jean Sans Lune (tome 5 de la série De cape et de crocs) d'Alain Ayroles et Jean-Luc Masbou, Delcourt - 2002
Monsieur Lune de Aurélien Morinière et Tarek, EP Jeunesse – 2007 (nouvelle édition)
La fusée d’Achille de Batist et Tarek, EP Jeunesse - 2008
Trois petites histoires de monstres de Tarek, Aurélien Morinière, Chouin et Gomez Montero, EP Jeunesse - 2009
Le Signe de la lune de Enrique Bonet et José Luis Munuera, Dargaud - 2009
J’ai marché sur la Lune ! de Batist et Tarek, EP Jeunesse - 2009
Moon is a Harsh Mistress - Pat Metheny & Charlie Haden
Moon Over Bourbon Street - Sting
Moonage Daydream - David Bowie
Moonchild - Fields of the Nephilim
Moonchild - Iron Maiden
Moonchild - King Crimson
Moondance - Nightwish
Moondance - Van Morrison
Moonglow - Rod Stewart - Art Tatum
Moonlapse Vertigo - Opeth
Moonlight - Bob Dylan
Moonlight Bay - The Beatles
Moonlight Mile - The Rolling Stones
Moonlight Drive - The Doors
Moonlight Serenade - Glenn Miller
Moonlight Shadow - Mike Oldfield
Moonlight Shadows - Virtuocity
Moonlight Sonata - Ludwig van Beethoven (et reprise de Stuart Hamm)
Moon River - Henry Mancini (pour Audrey Hepburn)
Moonskin - Samael
Moon Over Kara-Shehr - Emperor
Moon Song - Pat Metheny & Charlie Haden
Moon, Turn The Tides...Gently - The Jimi Hendrix Experience
Mountains Of The Moon - Mark Hollis
Mr. Moonlight - The Beatles
My moon, my man - Feist
Retour vers la lune noire - Hubert-Félix Thiéfaine
The Rising of the Moon (en), ballade irlandaise.
Sail to the Moon - Radiohead
Salga la Luna - Mano Negra
Ship Of Luna - Therion
Sister moon - Sting
Sister Moonshine - Supertramp
Scared of the Moon - Michael Jackson
Swim To The Moon - Between the Buried and Me
The Killing Moon - Echo and the Bunnymen
The Moon - Patricia Barber
The Moon in June - Soft Machine
Tres Lunas - Mike Oldfield
Un clair de lune à Maubeuge - Bourvil
Under a Funeral Moon - Darkthrone
Under a Glass Moon - Dream Theater
Under the panda moon - Legowelt
Under the Weeping Moon - Opeth
Walking on the moon - The Police
White Moon - The White Stripes
Yellow Moon - Akeboshi
Citations
« La lune est le premier des morts » (Der Mond ist der erste Gestorbene) Eduard Seler
Curiosités
En 1953, l’avocat chilien Jenaro Gajardo Vera a enregistré la propriété de la Lune en payant 42 000 pesos de l’époque. On a officialisé l’écriture le 25 septembre 1954 dans le Conservateur des Biens Racines de la ville de Talca. Il existe une légende urbaine à ce sujet ; le président américain Richard Nixon lui aurait demandé la permission pour l’alunissage d'Apollo 11 en 1969.
