Le Système solaire
Pourquoi la Lune change-t-elle de forme ?
Croissant, demi-lune, pleine lune… et pourtant la Lune reste toujours une boule.
La Lune ne change pas vraiment de forme : c’est toujours une grosse boule. Elle ne fait pas de lumière toute seule, elle est éclairée par le Soleil, comme un ballon éclairé par une lampe de poche.
Il y a toujours une moitié éclairée et une moitié dans le noir. Mais la Lune tourne autour de la Terre, alors on ne voit pas toujours la même partie de son côté éclairé. Parfois on voit toute la moitié lumineuse : c’est la pleine lune. Parfois juste un petit bout : c’est un croissant.
Le tour complet prend environ un mois.
La Lune n’émet pas de lumière : elle renvoie celle du Soleil. À tout moment, une moitié de la Lune est éclairée, l’autre plongée dans la nuit. Ce qui change, c’est l’angle sous lequel nous voyons cette moitié éclairée, car la Lune tourne autour de la Terre.
Quand la Lune se trouve entre la Terre et le Soleil, sa face éclairée est tournée de l’autre côté : on ne la voit pas, c’est la nouvelle lune. Puis elle avance sur son orbite, et un fin croissant apparaît, qui grossit chaque soir : premier quartier, lune gibbeuse, puis pleine lune quand elle est à l’opposé du Soleil. Ensuite, elle décroît.
Ce cycle des phases dure environ 29,5 jours. Attention à une idée reçue : ce n’est pas l’ombre de la Terre qui cache une partie de la Lune ! L’ombre de la Terre ne touche la Lune que lors des éclipses de Lune, qui n’arrivent que quelques fois par an.
Les phases lunaires résultent d’un simple effet de géométrie. La Lune est un corps sombre qui réfléchit environ 12 % de la lumière solaire reçue. Une moitié est toujours éclairée ; la fraction de cet hémisphère visible depuis la Terre dépend de l’angle Soleil-Terre-Lune, qui varie au fil de l’orbite.
À la nouvelle lune, la Lune est en conjonction avec le Soleil et nous présente sa face nocturne. Au premier quartier, l’angle est de 90° et nous voyons la moitié du disque. À la pleine lune, en opposition, la face éclairée nous fait entièrement face. Le cycle complet, ou mois synodique, dure en moyenne 29,53 jours, soit un peu plus que la période orbitale réelle de 27,32 jours : pendant ce temps, la Terre a elle-même avancé autour du Soleil.
Contrairement à une idée répandue, l’ombre de la Terre n’intervient pas dans les phases. Elle n’atteint la Lune que lors des éclipses lunaires, qui se produisent uniquement à la pleine lune et seulement lorsque la Lune croise le plan de l’orbite terrestre, incliné d’environ 5°. C’est pourquoi il n’y a pas d’éclipse chaque mois.
Deux subtilités enrichissent l’observation. La Lune nous montre toujours la même face, car sa rotation est synchronisée avec sa révolution par les forces de marée. Et près de la nouvelle lune, on distingue souvent la partie sombre faiblement éclairée : c’est la lumière cendrée, soit la lumière du Soleil réfléchie par la Terre, puis renvoyée par la Lune. Léonard de Vinci en avait donné l’explication dès le début du XVIᵉ siècle.
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