La Lune

Distante entre 363.000 et 405.000 km de la Terre, la Lune est un satellite âgé de 4,5 milliards d'années. Son diamètre est de 3.475 km, elle effectue une rotation sur elle-même en 27,321662 jours et un tour complet autour de la Terre en 27,3217 jours. A sa surface la température varie de +117° C à -173°C. Sa croûte, épaisse de 60 km environ, est formée par le « régolite » constitué de matériaux broyés ne contenant pas d'eau, sous lequel se trouve un manteau solide qui s'étend jusqu'à une profondeur d'environ 1.000 km. Le centre de la lune est un noyau plastique d'une température de 1.300°C. Elle ne possède pas d'atmosphère car la force d'attraction six fois plus petite que celle de la Terre ne peut y retenir les molécules gazeuses.

J'ai évoqué dans une autre rubrique la modification d’une webcam pour effectuer des photographies en longue pose. Cette modification n’est pas toujours à la portée du débutant. Ce n’est pas grave, on peut très bien utiliser une webcam sans la modifier et obtenir des images planétaires correctes. Voici quelques images que j'ai prise avec une webcam et sur lesquelles ont peut déjà saisir quelques éléments remarquables.

Image 1 : Nous sommes au voisinage du terminateur (zone à la limite entre la partie éclairée et la partie sombre), sur le cratère Platon (a) mesurant 100 km de diamètre et 2.000 m de hauteur, plus bas à sa gauche le Mont Pico (b), piton rocheux d’une hauteur de 2.400 m dont on peut voir l’ombre se projeter à plus de 10 km vers le haut. Au dessus les Montes Tenerife (c). Au dessous, la chaine montagneuse des Alpes (d) qui descend et dont le Mont Blanc (e) culmine à 3.600 m d’altitude. Plus bas, une faille réunit la Mare Imbrium / Mer de la pluie (f) et la mer du froid (g), il s’agit de la vallée des Alpes (h), mesurant jusqu’à 8 km dans sa partie la plus large et 180 km de long. On peut noter également en bas à gauche, sous cette vallée, qu’un petit détail comme le cratère Trouvelot  (i) ne faisant que 9 km de diamètre est parfaitement visible.

Image 2 : Nous voici plus bas dans la Mer des nuées (a). On y distingue  nettement une des plus célèbres failles de la Lune: Rupes Recta / le Mur Droit (b). C’est un glissement de terrain d’un dénivelé de 300 m sur une largeur de 2-3 km en pente douce qui s’étend sur 110 km de long. Juste à sa gauche le cratère Birt (c) contre lequel s’appuie un autre cratère Birt A de seulement 7 km de diamètre. On distingue également Birt B (d) de 5 km de diamètre ou Rima Birt (e), sous la forme d’un arc de cercle à peine perceptible. Cette formation est considérée comme un défi pour les observations visuelles au télescope et pour les scientifiques qui essaient  toujours d’expliquer son origine.
En 1965, la sonde américaine Ranger 9 fut la dernière du programme spatial de l'agence spatiale américaine (NASA) qui s'est déroulé dans les années 1960. Son objectif était d'obtenir des photographies du sol lunaire, grâce à l'envoi de sondes spatiales équipées de caméras. Neuf sondes ont ainsi été lancées entre 1961 et 1965, dont seules les trois dernières ont pu atteindre leur objectif. l'image ci-contre fut prise juste avant que la sonde Ranger 9 ne s'écrase sur Alphonsus (f) cratère de 119 km de diamètre et 2.700 m de hauteur. La comparaison entre cette photo et l’image que j’ai réalisée, permet de constater qu’avec un modeste équipement l’amateur d'aujourd'hui peut espérer imager la surface lunaire et commencer à discerner des détails que les technologies de la NASA des années soixante permettaient d'observer.

Image 3 : Dans l’ombre en haut à gauche, le cratère Copernicus (a) de 93 km de diamètre et 3.800 m d’altitude. Il s'est formé il y a environ un milliard d'années à la suite d'un impact colossal. Plus au centre situé entre les Carpates (b) et les Apennins (c), le cratère Ératosthène (d) possédant un petit massif montagneux central. Il est situé sur les bords du Golfe Torride (e) de forme régulière et de 60 km de diamètre dont les crêtes s'élèvent à près de 5.000 m au-dessus de l'arène située elle même à 200 m en dessous du niveau du sol lunaire. A sa gauche, Stadius (f), qui est une dépression circulaire de 69 km de diamètre dont l'enceinte a complètement disparu à plusieurs endroits, elle atteint cependant 650 m d’altitude en son point culminant. De nombreux craterlets de 1 à 2 km de diamètre parsèment son arène, on en discerne quelques uns sur cette photo. On peut également voir la partie inférieure des Monts Apennins avec le Mont Ampère (g) de 30 km de long ou le Mont Huygens (h) qui a une crête de 40 km de longueur d’où s’élève à 5.400 m le pic culminant la chaine des Apennins. Les restes du cratère Wallace (i), sont également localisables ainsi que le cratère Huxley (j) de seulement 4 km de diamètre.

Image 4 : A la limite du terminateur, à peine sorti de l’obscurité le cratère Clavius (a), le troisième plus grand cratère lunaire avec 225 km de diamètre et une profondeur de 4.900 m. Criblé d’impacts, il en laisse apercevoir les principaux cratères, comme Rutherford (b) et Porter (c). Clavius fait partie des plus anciennes formations lunaires et date probablement d’environ 4 milliards d’années. Il est situé sur la partie la plus méridionale de notre satellite (voir fig. ci-dessous). Une des originalités à remarquer est la disposition des 6 cratères d’impact  formant un arc avec leurs tailles décroissantes (pointillés bleus).

Tycho (d), 102 km de diamètre, aurait été créé par l’impact d’un fragment détaché d’une collision cosmique entre deux énormes astéroïdes il y a environ 107 millions d'années (selon l'analyse d'échantillons de roches ramenées par la mission Apollo 17). Cet datation laisse supposer que ce cratère pourrait avoir été créé par la famille d'astéroïdes (298) Baptistina, à qui on attribue  l'extinction des dinosaures sur Terre. En effet des scientifiques ont émis l'hypothèse qu'un de ces fragments aurait également percuté la Terre, il y a 65 millions d’années, creusant le cratère de Chicxulub au Yucatan (Mexique). D’autres fragments sont également susceptibles d’avoir atteint Mars et Vénus.

Image 5 : ( ci-dessus) Cette photo montre la zone nord de la chaine montagneuse des Apennins. On y voit le cratère Archimède (a), 83 km de diamètre et 2.150 m de hauteur. Situé a sa base le cratère de Bancroft (b) diamètre 13 km, profondeur 500 m. Dans le prolongement deux cratères jumeaux Feuille et Beer (c), puis Timocharis (d), diamètre 35 km, profondeur 3.110 m. A droite, les deux cratères Autolycus (e), 39 km de diamètre, profondeur 3.400m et Aristillus (f) 55 km de diamètre, 3.600 m de profondeur. Également les Montes Spitzbergen (g) qui s’étendent sur 60 km. Enfin à l’extrême droite on trouve le Mons Piton (h) dont la base fait 25 km de côté pour une hauteur de 2.250 m et de structure comparable au Mont Pico. L’extrémité de la flèche rouge indique la zone où les astronautes de la mission Apollo 15,  Scott, Worden et Irwin se sont posés le 30 Juillet 1971 à 22h16 et ont exploré la zone pendant un peu plus de deux jours. Les deux images ci-dessus à droite montrent le rover avec lequel ils se sont déplacés et un aspect du paysage environnant. La photo (5) effectuée dans des conditions atmosphériques très moyennes ( turbulences, humidité…), valide s’il le faut, que la webcam n’est pas un gadget pour l’astronome amateur. Elle permet, associée à un télescope (ici un 200 mm), de déceler depuis la Terre des détails lunaires de deux à trois kilomètres situées, rappelons le, à 384.400 km de nous .

La Lune est animée d’un mouvement d’une grande complexité. On peut définir la révolution lunaire de plusieurs manières: la révolution sidérale (où le repère est une étoile fixe), la révolution synodique (où le repère est le Soleil), la révolution draconique (relative au passage à un nœud), la révolution anomalistique (liée au passage au périgée) et enfin la révolution tropique (par rapport au point vernal). Il reste maintenant à observer sa trajectoire dont la forme globale est une ellipse. Mais il serait trop simple que cette ellipse soit parfaite. En réalité, elle est modifiée et rendue irrégulière par un grand nombre d’effets, tels, la rotation de la ligne des absides, la précession de la ligne des nœuds, l’inclinaison de l’orbite, la libration... On notera qu’elle est aussi sujette, comme la Terre au phénomène de nutation.

Dés lors, on entrevoit la difficulté que revêt une étude précise des mouvements de cet astre. Pour être le plus simple possible, on peut dire que la Lune tourne autour de la Terre en suivant une trajectoire elliptique dont l’excentricité est de 1/18ème . Elle effectue une révolution en 27 jours, 7 h 43 mn et 11,5 s, à une vitesse moyenne de 1,023 km/s. A son périgée (distance à la Terre la plus faible), elle se situe à 356.375 km de nous, et à son apogée (distance la plus élevée), elle se situe à 406.720 km. Lorsque la Lune effectue un tour complet autour de la Terre, elle pivote également d’un tour complet sur son axe, on dit que les mouvements de ces deux astres sont synchrones. Il en résulte que l’on ne peut donc observer qu’une face de la Lune depuis la Terre. En réalité le mouvement de libration nous permet d’en apercevoir une petite partie supplémentaire (environ 9%). Cette libration est due aux influences qu’exercent les autres planètes de notre système sur la Lune. Elle a pour conséquence de créer de légères variations qui se manifestent par quatre mouvements nommés: librations en longitude, librations en latitude, librations parallactiques et librations physiques. Ci-dessus, quelques diagrammes illustrant les irrégularités des mouvements lunaires et montrant la complexité de ces phénomènes.

Il est plus aisé d’expliquer la rotation de la ligne des absides. Sur le croquis ci-contre, j'ai reproduit en rouge la trajectoire de la Lune autour de la Terre (point bleu). Comme on le constate, la Lune tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Ce mouvement de rotation ne s’effectue pas en une année comme on pourrait le penser en regardant le croquis. Il met en réalité 8 ans et 310 jours, pour un cycle complet. C’est cette rotation qui est appelée rotation de la ligne des absides. (la ligne des absides est représentée ici par les segments verts [AP] ( A=apogée, P= périgée) ). Depuis la Terre, la trajectoire que semble parcourir le Soleil en un an se nomme l’écliptique. Il faut remarquer que l’orbite lunaire ne se situe pas dans ce plan, mais dans un plan incliné d’environ 5°, comme le montre la figure ci-dessous ( où j'ai volontairement accentué cet angle)

 

Pour l'amateur, il n’est pas indispensable de détailler la totalité des irrégularités que subit la trajectoire de la Lune. On doit cependant ne pas ignorer qu’elles existent, et qu’elles ont des incidences diverses, comme par exemple le fait qu’elles permettent de prévoir si une éclipse de Lune vue depuis une zone particulière de la Terre sera totale ou seulement annulaire.