LUNE: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE, ORBITE, PHASES, MOUVEMENTS - ARTE - 2024

La Lune est le satellite naturel de la Terre, lié à elle par attraction gravitationnelle. Parce que c'est l'étoile la plus proche de notre planète, c'est la plus familière de tous et la première que l'humanité a visitée. C'est un corps rocheux d'un rayon de 1738 kilomètres, proche de la moitié du rayon de la Terre, alors que sa masse est à peine 1/81 de la masse de la Terre.

Quant à sa densité moyenne, elle est 3,3 fois celle de l'eau, tandis que la densité moyenne de la Terre est de 5,5. Et bien sûr, il y a sa gravité, qui est 0,17 fois la valeur de la Terre.

Figure 1. Pleine lune. Source: Pixabay.

Dans un modèle réduit avec la Terre de la taille d'un ballon de basket, la Lune serait une balle de tennis et les deux balles seraient distantes d'environ 10 mètres.

La distance réelle Terre-Lune d'environ 385 mille kilomètres plus ou moins. Il faut 1,3 seconde pour que la lumière que la Lune reflète du Soleil atteigne la Terre.

Une autre caractéristique importante est que la Lune n'a pas sa propre atmosphère, il n'y a guère de traces de certains éléments gazeux tels que l'hydrogène, l'hélium, le néon, l'argon et d'autres en quantités infimes.

Et un détail encore plus frappant est que la Lune montre toujours le même visage à la Terre. C'est parce que sa période de rotation autour de son axe est égale à celle de son orbite autour de la Terre: environ 27 jours.

S'il y avait une différence entre les deux périodes, le côté éloigné de la Lune serait visible de la Terre à un moment donné, mais ce n'est pas le cas et cela est dû à l'effet appelé couplage de marée. Cet effet sera discuté plus en détail plus tard.

Structure de la lune

Figure 2. Coupe transversale de la Lune montrant sa structure de couches et le rayon approximatif de chacune d'elles. Source: Wikimedia Commons. Bryan Derksen sur Wikipedia anglais La structure interne de la Lune est connue grâce aux sismographes installés par les missions Apollo. Les sismographes sont des appareils qui enregistrent les mouvements de la Terre et qui sur la Lune sont capables d'enregistrer les tremblements de lune, ondes produites par l'impact des météorites.

D'après ces archives, la Lune est connue pour avoir la structure en couches suivante:

-Cark, environ 80 km d'épaisseur, plus mince sur la face face à la Terre et plus épais sur la face opposée, en raison des forces de marée.

-Manto, avec un rayon estimé à environ 1 300 km, composé principalement d'oxydes de fer et de magnésium.

-Noyau, petit, d'environ 587 km de rayon, qui à son tour est composé d'un noyau solide interne, d'un noyau externe et liquide plus une couche environnante semi-fondue.

-La Lune manque d'activité tectonique, contrairement à la Terre, puisqu'elle a perdu presque toute sa chaleur interne, en se refroidissant très rapidement.

Surface lunaire

Figure 3. Image de la surface lunaire de l'autre côté. Source: NASA via Wikimedia Commons.

La surface lunaire est recouverte d'une poussière collante et abrasive appelée régolithe. Les zones sombres qui se distinguent sont appelées mers, du latin «mare», bien qu'elles ne contiennent pas d'eau, mais de la lave solidifiée.

On pense que ces mers ont été causées par l'impact de gros astéroïdes il y a environ 4 milliards d'années, et qu'elles ont ensuite été remplies de lave qui coulait de l'intérieur. La Mare Imbrium est la plus grande, avec 1200 km de large.

Les zones les plus claires que l'on peut voir autour des mers sont les régions montagneuses avec des chaînes de montagnes qui ont été nommées d'après celles de la Terre, par exemple les Alpes et les Carpates.

La particularité est la présence de nombreux cratères de toutes tailles, probablement causés par les impacts de petits astéroïdes et de météorites. Ils portent le nom de personnages célèbres, par exemple le cratère Copernic.

Une autre théorie sur l'origine des cratères lunaires considère qu'ils ont une origine volcanique, bien que la théorie de l'origine par les météores ait un plus grand soutien de la part des astronomes.

Des fissures profondes existent également à la surface de la Lune, dont l'origine n'est pas encore entièrement claire, bien que l'on pense qu'elles proviennent d'anciennes coulées de lave. Un exemple est la faille Hyginus, avec deux branches au centre desquelles se trouve un cratère du même nom.

Les images prises par le vaisseau spatial du côté que nous ne pouvons pas voir montrent une surface similaire à celle du côté visible, bien qu'avec moins de mers.

Orbite

Grâce à l'attraction gravitationnelle exercée par la Terre, la Lune suit une orbite elliptique de peu d'excentricité d'est en ouest autour de notre planète, selon les lois de Kepler.

C'est pourquoi la distance Terre-Lune indiquée au début de 385 mille kilomètres, est une distance moyenne, bien qu'en raison de sa faible excentricité, l'orbite soit presque circulaire. Autrement dit, parfois la Lune est plus proche (périgée) et d'autres fois elle est plus éloignée (apogée).

De plus, ce n'est pas une orbite fixe, car il y a d'autres perturbations, comme l'attraction gravitationnelle du Soleil et des autres planètes, qui la modifient continuellement.

Le plan qui suit l'orbite lunaire ne coïncide pas exactement avec celui qui suit l'orbite terrestre, mais est incliné d'environ 5º environ. Lors d'une révolution, la Lune est située à environ 5 ° au-dessus et au-dessous du plan de l'orbite terrestre. Les deux orbites se croisent en des points appelés nœuds lunaires.

Ce qui suit est une représentation de la Terre tournant autour du Soleil et de la Lune autour de la Terre:

Rotation synchrone

La Lune montre toujours la même face à la Terre, il y a donc un côté sombre qui ne peut pas être vu d'ici. L'explication est que la Terre et la Lune forment un système sous l'action gravitationnelle mutuelle, mais la Terre a une plus grande masse.

Dans ce cas, le plus petit corps couple son mouvement à celui du plus grand corps, c'est-à-dire qu'il assimile sa période de rotation à celle de translation.

Figure 4. Rotation synchrone de la Lune et de la Terre. Source: Wikimedia Commons Fernando de Gorocica Le système Terre-Lune en est venu à cela à cause des forces de marée, comme cela a été dit au début. Et en même temps cela se produit parce que l'attraction gravitationnelle n'est pas uniformément «distribuée», puisque la Terre et la Lune ont des dimensions appréciables.

En d'autres termes, les parties de chacune d'elles les plus proches de l'autre s'attirent plus fortement que les extrêmes plus éloignés, et cette différence peut être suffisamment importante pour provoquer un renflement sur la planète.

C'est ainsi que la Lune est responsable des marées de la Terre, car les océans «s'élèvent» en réponse à l'attraction gravitationnelle du satellite. Mais la croûte lunaire s'est également déformée, donnant lieu à des forces de frottement qui ont fait diminuer progressivement sa période de rotation.

Ce phénomène est fréquent entre une planète et ses lunes, par exemple Pluton et son satellite Charon sont en rotation synchrone l'un avec l'autre.

Le côté obscur de la Lune

Il y a longtemps, lorsque la Lune venait de se former, elle tournait plus vite autour de son axe et était plus proche de la Terre qu'elle ne l'est maintenant. Donc, à un moment donné dans l'histoire de la Terre, cela a dû ressembler à un énorme disque d'argent éclairant le ciel nocturne.

Cet hémisphère de la Lune est toujours le même, vu de la Terre, comme cela a été expliqué. Cependant, la moitié de la Lune reçoit toujours la lumière du soleil (et il fait très chaud là-bas, environ 134 ºC) et l'autre moitié non, à moins qu'une éclipse ne se produise. Mais ces moitiés ne correspondent pas aux visages que nous voyons d'ici.

L'hémisphère lunaire qui reçoit la lumière du soleil est celui qui la regarde directement, tandis que l'autre est dans l'obscurité et est très froid, environ -153 ºC. La mince atmosphère lunaire est responsable de cette grande variation de température.

Ces hémisphères changent à mesure que la lune continue son mouvement de translation autour de la Terre, de sorte qu'en réalité, la Lune entière reçoit la lumière du Soleil à un moment donné.

Phases de la lune

Figure 5. Illustration des phases de la lune. Source: Wikimedia Commons. Orion 8.

Vue de la Terre, la Lune subit des changements dans sa partie éclairée sur une période d'environ un mois. Ce sont les phases dites lunaires: nouvelle lune, premier quartier, pleine lune et dernier quartier, qui se répètent continuellement dans le même ordre.

En fait, le temps nécessaire à la Lune pour traverser toutes ses phases est d'un peu moins d'un mois. Cette période est appelée lunaison ou mois synodique et dure 29 jours et 12 heures.

Les phases de la lune dépendent de la position relative entre la Lune, la Terre et le Soleil.

Nouvelle lune

Dans une nouvelle lune ou une nouvelle lune, il n'est guère possible de distinguer la Lune, car étant interposée entre la Terre et le Soleil, la face visible d'ici n'est pas éclairée.

Quartier croissant

Ensuite, sur la période d'environ 7,4 jours, soit approximativement la durée de chaque phase, la zone éclairée augmente progressivement jusqu'à atteindre le premier quartier, où la moitié du disque lunaire est éclairée. Il peut être observé de midi à minuit.

pleine lune

La zone éclairée continue d'augmenter après le premier quartier jusqu'à atteindre la pleine lune ou la pleine lune, lorsque la Lune est derrière la Terre, et que le Soleil l'illumine complètement par l'avant (figure 1). La pleine lune peut être vue à partir du moment où le soleil se couche jusqu'au lever du soleil, atteignant sa hauteur maximale à minuit.

Dernier quart

Enfin, la taille de la Lune diminue peu à peu, passant à un dernier quartier, quand à nouveau la moitié du disque est éclairée. On peut le voir partir vers minuit, jusqu'à ce qu'il atteigne sa hauteur maximale au lever du soleil. Ensuite, il continue de diminuer pour démarrer un nouveau cycle.

Il est à noter qu'à partir de l'hémisphère nord le mouvement de la lumière va de droite à gauche et dans l'hémisphère sud c'est le contraire.

Nous pouvons donc savoir par exemple si la lune croît ou décroît. S'il est en croissant, le côté droit de la Lune est celui qui est éclairé dans l'hémisphère nord et le côté gauche s'il est dans l'hémisphère sud.

Mouvements de la Lune: rotation et translation

La Lune effectue une orbite ou une révolution complète autour de la Terre en 27,32 jours, appelée mois sidéral (à ne pas confondre avec le mois synodique de 29 jours et 12 heures). Il le fait à une vitesse de 1 km / s.

La différence entre le mois sidéral et le mois synodique est due au fait que pendant que la Lune trace son orbite, la Terre avance de 27 ° dans son propre mouvement de translation autour du Soleil. Lorsque cela se produit, les positions relatives Soleil-Terre-Lune sont les mêmes.

Notre satellite effectue également une rotation sur son propre axe dans le même laps de temps, en raison de la rotation synchrone.

Survole

La Lune exécute plus de mouvements en dehors de la rotation sur son axe et de la translation, qui sont considérés comme les mouvements principaux. En plus d'eux, il a les survols.

Les librations sont des mouvements oscillatoires de la Lune qui nous permettent d'observer 59% de sa surface, au lieu des 50% attendus du fait qu'elle offre toujours la même face à la Terre. Ils sont connus depuis l'époque de Galilée.

Composition

La Lune est rocheuse et a une atmosphère très mince. La présence d'eau liquide est exclue dans les hémisphères lunaires exposés alternativement au Soleil, en raison des températures élevées qui y sont atteintes.

Cependant, aux pôles lunaires, il y a des cratères qui n'ont pas été atteints par la chaleur solaire depuis des millions d'années. Les températures peuvent descendre jusqu'à -240 ° C.

Là, les sondes envoyées par l'Inde et les États-Unis ont réussi à détecter de l'eau sous forme de glace.

Concernant la composition des roches lunaires, elles sont abondantes en oxygène: jusqu'à 43%. De plus, 20% de silicium, 19% de magnésium, 10% de fer, 3% de calcium, 3% d'aluminium, 0,42% de chrome, 0,18% de titane et 0,12% de manganèse sont estimés. De l'argent et du mercure ont également été détectés dans la poussière lunaire.

Mais à la place, il n'y a pas de carbone, d'azote et d'hydrogène libres, les éléments qui composent la matière vivante. Et dans les roches lunaires, il n'y a pas d'eau, contrairement aux roches terrestres, dans la structure desquelles elle se trouve.

Formation

La théorie la plus largement acceptée dans la communauté scientifique est que la Lune a son origine dans une collision entre la Terre et un objet similaire ou plus grand que Mars, nommé Theia, lors de la formation du système solaire.

En plus de donner naissance à la Lune, la collision avec Theia a changé l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre et déstabilisé l'atmosphère primitive.

Cette théorie explique pourquoi la Lune est moins dense que la Terre, puisque la collision avec Theia a déchiré une partie de son manteau, dont la densité est similaire à la densité lunaire. Cependant, cela n'explique pas l'existence du noyau semi-fondu de la Lune, dont on sait qu'il existe grâce aux informations sismiques.

Une autre théorie alternative considère que la Lune s'est formée ailleurs dans le système solaire et a été capturée par la gravité terrestre à un moment donné.

La base de ces idées est que les roches lunaires, bien qu'elles contiennent les mêmes éléments que ceux de la Terre et soient du même âge, présentent de nombreuses différences d'un point de vue chimique.

Éclipses

éclipse lunaire

Figure 6. Eclipse de la Lune. Source> Wikimedia Commons.

Les diamètres apparents du Soleil, de la Terre et de la Lune sont les mêmes que ceux vus de la Terre. Ainsi, lorsque la Terre est entre le Soleil et la Lune, il est possible d'observer une éclipse lunaire.

L'éclipse lunaire ne peut se produire que pendant la pleine lune et lorsqu'elle tombe dans l'ombre de la Terre, appelée Ombra. De cette façon, il s'assombrit, acquérant une teinte rougeâtre ou orange, en fonction des conditions atmosphériques de la Terre. Il peut être vu dans l'image suivante:

La Lune peut tomber totalement à l'ombre de la Terre ou seulement en partie, dans le premier cas l'éclipse est totale et sinon partielle. Les éclipses partielles peuvent être confondues avec une phase de la lune, jusqu'à ce que l'éclipse se termine et que la pleine lune se lève à nouveau.

Contrairement aux éclipses du soleil, les éclipses lunaires peuvent être vues de n'importe où dans le monde où elles se trouvent la nuit et peuvent également durer plusieurs heures.

Éclipse de soleil

Figure 7. Éclipses du soleil. Source> Wikimedia Commons.

Lorsque les disques du Soleil et de la Lune coïncident, vus d'un certain point de la Terre, une éclipse du Soleil a lieu. La Lune semble passer devant le Soleil, pour lequel il faut qu'elle soit dans la nouvelle lune, bien que des éclipses solaires ils ne se produisent pas à chaque nouvelle lune.

Pour que l'éclipse solaire se produise, l'alignement entre le Soleil, la Terre et la Lune doit être total, et cela ne se produit pas tout le temps, mais au moins deux fois par an, jusqu'à un maximum de cinq. Quant à la durée, le temps pendant lequel le Soleil reste obscurci est variable, de l'ordre d'environ 8 à 10 minutes.

Les éclipses du Soleil peuvent être totales, partielles ou annulaires, selon que la lune recouvre le Soleil en totalité ou en partie. Dans le cas d'éclipses annulaires, le diamètre relatif de la Lune n'est pas suffisant pour recouvrir complètement le Soleil, laissant un anneau lumineux de celui-ci visible. Ce qui suit est une éclipse solaire totale:

Les éclipses totales du Soleil sont des phénomènes célestes impressionnants et offrent une merveilleuse opportunité d'étudier les détails des couches les plus externes du Soleil.

Influence sur la vie sur Terre

La Terre et la Lune forment un merveilleux duo qui a influencé la vie et l'humanité en particulier depuis la nuit des temps:

-Grâce à la Lune, il y a des saisons.

-Chaque année, la Lune s'éloigne d'environ 4 cm de la Terre, ce qui contribue à ralentir la rotation de la Terre et allonge les jours de quelques millièmes de seconde. Cette distance n'est pas constante, car elle dépend beaucoup de la disposition des masses continentales et aquatiques de la Terre, qui, comme nous le savons, a beaucoup changé depuis la formation des deux.

-Grâce à cet allongement des jours, les plantes ont eu suffisamment de temps pour réaliser la photosynthèse.

-Si la théorie de l'impact avec Theia est vraie, l'atmosphère terrestre a subi des modifications qui l'ont rendue plus appropriée à l'émergence de la vie.

-La Lune a servi de guide au cours du développement de l'humanité, par exemple les agriculteurs, encore aujourd'hui, utilisent les phases lunaires pour cultiver les champs.

-Les marées océaniques sont produites grâce à l'interaction gravitationnelle entre la Terre et la Lune et sont extrêmement importantes pour la pêche et le climat, en plus d'être des sources d'énergie.

Figure 8. Ancien moulin à marée à Huelva, Espagne. Source: Wikimedia Commons.

-Il existe une croyance populaire selon laquelle la pleine lune influence l'humeur des gens, les rendant plus vulnérables d'un point de vue psychologique pendant cette période.

-La Lune a servi d'inspiration pour d'innombrables romans et films de science-fiction, avant même le début de la course spatiale.

Références

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2. Géoenccyclopédie. Phases de la lune. Récupéré de: geoenciclopedia.com.
3. Iglesias, R. La Luna: premier continent cosmique. Récupéré de: redalyc.org.
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6. Wikipédia. Géologie de la Lune. Récupéré de: es.wikipedia.org.
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