8. ... avec la lune.

 

La lune

 

La lune en quelques chiffres

 

La lune est environ 4 fois moins grande que la terre (rayon 1700 km) et elle pèse 80 fois moins. 

 La gravité y est 6 fois moindre (autrement dit les objets y sont 6 fois plus légers que sur terre). 

Ses escarpements les plus hauts mesurent 8000 mètres, ses cratères les plus profonds 10.000 mètres.

Chaque point de la lune passe successivement 13 jours et demi à l'ombre puis à la lumière du soleil ce qui explique que les endroits les plus exposés affichent des écarts de température extrêmes (-170° à +120°).

Le rayon de son orbite (dont le plan fait un angle de 5° avec le plan de l’écliptique) est en moyenne 380.000km (environ 30 fois le diamètre de la terre).

Pour faire un tour sur elle-même, la lune met le même temps que pour faire le tour de la terre, ce qui explique qu’elle nous montre toujours la même face. Les engins spatiaux nous ont permis de découvrir à quoi ressemble sa face inconnue.

 

Visibilité de la lune

  

La lune fait le tour de la Terre sur son orbite en un peu moins de 28 jours. Elle doit donc faire le tour de l’écliptique en un temps à peu prés équivalent, ce qui équivaut à une vitesse angulaire d’environ 13° par jour sur ce cercle.  Il lui faut un peu plus de 2 jours en moyenne pour traverser une constellation.

Comme le montre l’illustration ci-dessous si le jour 1 à 21h on observe la lune sur le point de se coucher, les 13 jours suivants, à la même heure on la verra de plus en plus à l’est, de plus en plus loin de son coucher,  jusqu’au 15e jour  où on la surprendra juste après son lever.

Les 13 ou 14 jours suivants, elle ne sera pas visible à 21h. Mais on pourra la voir plus tard dans le ciel nocturne ou plus tôt dans le ciel diurne sauf quand elle se rapproche de son alignement avec le soleil autour de la phase de nouvelle lune.

 

Cette illustration nous donne l’occasion de nous familiariser avec certaines constellations du zodiaque.

 

 

 

 

Les phases de la lune

 

 

On appelle phases de la lune la succession des aspects qu'elle présente à la terre .

 

Le soleil éclaire toujours un hémisphère de la lune mais, selon notre position, nous voyons tout ou partie de cet hémisphère, ce qui explique les changements d'apparences qui nous sont familiers et qui se reproduisent à l'identique chaque 29 jours et demi.

Si l'on n'a pas la patience d'attendre 29 jours, il suffit de faire, en pensée, le tour de la lune et d'imaginer la part qu'on perçoit de son hémisphère éclairé et de son hémisphère sombre en fonction de la position qu'on occupe. Le résultat est le même lorsque c'est la lune qui tourne autour de nous.

 

 

 

 

 

 

La nouvelle lune correspond à la phase où nous avons en face de nous son hémisphère obscur.

Lors de la pleine lune , nous faisons face, au contraire, à son hémisphère éclairé .

Entre les deux, la lune présente l'aspect d'un croissant lumineux évoquant la boucle d'un p quand il grandit et la boucle d'un d quand il décroît.

On parle de quartier quand le secteur lumineux occupe la moitié de la lune

La lune est dite gibbeuse quand le secteur lumineux occupe plus de la moitié de l'astre

 

 

 

 

 

 

 

Pour chaque position de la lune autour de la terre (dessin central), on voit ...

● l'hémisphère obscur et l'hémisphère éclairé de la lune

● la limite de l'hémisphère de la lune visible depuis la terre qui est représentée par une droite perpendiculaire au rayon terre - lune.

 

  Sur la bordure extérieure du dessin, on voit ...

● l'aspect de la lune qui correspond à ce que perçoit l'observateur de l'hémisphère visible de la lune depuis la terre.

 

 

 

 

Ce dessin doit aussi faire l'objet de deux corrections dans votre esprit :

Dans la réalité, les distances sont beaucoup plus grandes au regard du diamètre des astres.

Si le plan du dessin contient la terre et le soleil, la lune est le plus souvent soit au-dessus, soit au-dessous de ce plan (à cause de l’angle que font les orbites entre elles), ce qui explique que, généralement,  la terre ne lui fasse pas de l'ombre en phase de pleine lune.

 

 

 La terre ne reste pas immobile sur son orbite pendant les 27 jours que dure la période de révolution de la lune, si bien qu’au bout de ce délai, la direction selon laquelle parvient à la terre le flux lumineux provenant du soleil, a changé.  De ce fait, il s’écoule encore 2 jours avant que l’observateur retrouve l’aspect de la lune qui marquait le début du cycle, ce qui porte la période des phases à 29 jours.

La terre, sur son orbite, tourne de 360° en 365 jours soit d'environ 1° par jour.

Donc l'angle p qui correspond à un déplacement de la terre de durée 29,5 jours mesure environ 30°.

On peut donc dire qu'entre la date où elle a achevé son tour d'orbite et la date d'une nouvelle conjonction la lune a tourné de 30° ce qui correspond à 1 douzième de période.

Comme la période de rotation de la lune sur son orbite est de 27 jours, la lune a mis 27/12 = 2,25 jours, après avoir fini son tour d'orbite, pour retrouver, par rapport à la terre, la position qu'elle avait avant de le commencer. C’est-à-dire le même angle (soleil, terre, lune) qui correspond  à la même phase.

 

 

 

 

Ici, pour des raisons de commodité et de lisibilité du dessin, nous avons décidé de faire correspondre l'instant initial

 t = 0 à un  angle de phase égal à 180° (situation de conjonction autrement dit de pleine lune) mais nous aurions pu choisir de  faire correspondre l'instant t=0 à n'importe quelle  autre situation de phase initiale. Le calcul aurait donné le même résultat.

Il suffit de remarquer que si p est la période de conjonction, l'angle vert du dessin mesure à peu près p degrés et l'on peut trouver p grâce à la formule suivante :

p = 27,12 + 27,12.p/360

 

Les éclipses

 

Elles se produisent quand terre, lune et soleil sont alignés. Pour cela , il faut que la lune soit à l'un des deux points (appelés nœuds) où son orbite coupe le plan de l'orbite terrestre et que de plus le soleil soit aligné avec la terre et le nœud. 

Cela se produit environ tous les 6 mois.

Sur ce dessin sont représentées l'orbite réelle de la lune (dont l'ellipticité est très exagérée) et l'orbite apparente du soleil . 

L1L2 est la ligne des noeuds.

Quand le soleil est en S1 , il y reste relativement longtemps puisqu'il se déplace d'un peu moins de 1° par jour sur son orbite (360/365).

La lune se déplaçant 13 fois plus vite que le soleil (360/27) , elle va passer soit par L1 , soit par L2 ,soit par les deux ,  pendant que le soleil est autour de S1 .

Si la lune est en L1 , on aura une éclipse du soleil (la lune cache tout ou partie du soleil pendant une phase de nouvelle lune) .

Si la lune est en L2 , on aura une éclipse de la lune (la lune est totalement ou partiellement dans l'ombre de la terre pendant une phase de pleine lune) .

Six mois plus tard , le soleil sera autour de S2 et le même phénomène se reproduira mais on aura une éclipse du soleil si la lune se trouve en L2 et une éclipse de la lune si elle se trouve en L1.

 

 

 La ligne des nœuds n'est pas fixe et tourne en sens inverse de la lune (et du soleil) à la vitesse de 20° par an ce qui fait qu'il existe des cycles d'éclipses dont la durée est 18 ans, période au bout de laquelle, la ligne des nœuds ayant décrit les 360° d’un cercle complet, (18 fois 20° = 360°), on retrouve la même configuration.  .

 

Les mésopotamiens avaient déjà découvert ce cycle, dit "de Saros".

 

La même année, on doit avoir au minimum 2 éclipses (du soleil) et au maximum 7 dont 3 de lune.

Pour atteindre le chiffre de 7 éclipses, il faut que le soleil franchisse 3 fois la ligne des nœuds en un an.  Cela est possible grâce à la rotation de la ligne des nœuds qui va à sa rencontre.

Si le soleil se trouve en S1 en janvier, il n'a que 340° à parcourir pour passer par S2 et retrouver S1 qui progresse de 20° par an.

Cela ne lui demandera, environ, que 340 jours.

 

 

 

 

 

 Éclipses solaires, éclipses lunaire

 

Les alignements parfaits (éclipses totales) sont très rares. Les éclipses du soleil ne durent au maximum que 7 minutes et ne sont observables qu'en un lieu donné (la pointe du cône d’ombre de la lune sur terre).

 De plus, l'éloignement relatif des 3 objets variant avec le temps , on peut avoir deux cas d'éclipse du soleil:

A) la pointe du cône d'ombre est à l'intérieur de la terre : depuis la zone d'éclipse tout le soleil est caché .

L'éclipse est totale .

B ) La pointe du cône d’ombre est à l’extérieur de la terre : le rayon lumineux rouge peut aller du bord du soleil à la zone d’éclipse sans toucher la lune .   Ce qui signifie que le bord du soleil est visible depuis la zone d’éclipse. 

  L'éclipse est annulaire.

 

 

 

Quant aux éclipses de la lune, elles dépendent du passage de la lune soit dans le disque d'ombre soit dans l'anneau de pénombre (dans ce cas l'éclipse n'est pas très nette).

L'éclipse est totale quand la lune est toute entière dans la zone d'ombre. Elle dure plus longtemps qu'une éclipse du soleil et est visible pour tous les terriens qui font face à la lune puisque celle-ci est "éteinte" pour tous ceux qui la voient, elle ne réfléchit plus aucune lumière.

 

 

Les marées

 

L'attraction gravitationnelle de la lune et du soleil sur la masse des océans se traduit localement par une variation périodique du niveau de l'eau sur les côtes , qu'on appelle marée .

 

 

L'influence de la lune sur les océans est plus forte que celle du soleil (environ le double) à cause de sa proximité. C'est quand la lune est en conjonction avec l'océan que son attraction est optimale (position du dessin) .

Si le soleil, en conjonction avec la lune en S1, vient exercer sa force dans le même sens, l'amplitude de la marée est maximale.

Si lune et soleil sont en quadrature (S2), le soleil tend au contraire à étaler la masse d'eau sur le plan d'horizon ce qui diminue l'amplitude de la marée.  On parle à ce moment-là de marée de morte - eau.

 

 

 

Sur site, les marées accusent toujours un retard pouvant dépasser 12 heures (établissement du port) sur l'instant exact où l'influence est supposée maximale. Cela tient à la vitesse de propagation du phénomène qui peut être freiné par certaines configurations locales et des courants contradictoires. L'évaluation du port fait l'objet de calculs très complexes à l'aide de très puissants ordinateurs.