Comment fonctionnent les phases lunaires: la science derrière le cycle lunaire

La Lune ne produit pas sa propre lumière. Ce que les gens sur Terre appellent la lumière lunaire est la lumière du Soleil réfléchie sur la surface lunaire, selon la Direction des missions scientifiques de la NASA. À tout moment, le Soleil illumine exactement la moitié de la Lune, tout comme il illumine la moitié de la Terre. La portion de cette moitié illuminée visible depuis la Terre change constamment alors que la Lune se déplace le long de son orbite, et cette vue changeante est ce qui crée la séquence connue sous le nom de phases lunaires.

Pourquoi la Lune semble changer de forme

Selon la NASA, la cause des phases lunaires est une géométrie simple: les positions relatives du Soleil, de la Terre et de la Lune changent chaque jour à mesure que la Lune se déplace autour de la Terre. Lorsque la Lune se situe entre la Terre et le Soleil, son côté éclairé nous fait face au dos, produisant une nouvelle lune. Environ deux semaines plus tard, lorsque la Terre se situe entre le Soleil et la Lune, la moitié éclairée entière fait face à la Terre, produisant une pleine lune. Chaque phase intermédiaire reflète un angle de vue différent sur cette même sphère à demi éclairée.

La NASA note également que la Lune est verrouillée par marée à la Terre: elle tourne sur son propre axe en presque exactement le même temps qu'il faut pour orbiter la Terre, de sorte que le même hémisphère lunaire fait toujours face à notre planète. Le verrouillage par marée explique pourquoi les gens sur Terre ne voient jamais le côté lointain de la Lune, mais il s'agit d'un phénomène distinct de la géométrie Soleil-Terre-Lune qui produit les phases.

Les huit phases reconnues

La NASA décrit le mois lunaire comme contenant huit phases nommées, divisées en quatre phases primaires et quatre phases intermédiaires. Les phases primaires — nouvelle lune, premier quartier, pleine lune et troisième (ou dernier) quartier — se produisent à un moment spécifique et calculable. Les phases intermédiaires décrivent les transitions graduelles entre elles.

• Nouvelle lune — la Lune se situe entre la Terre et le Soleil; le côté proche n'est pas éclairé.
• Lune croissante — un fin croissant de lumière grandit sur le côté droit (vue de l'Hémisphère Nord).
• Premier quartier — la moitié du disque visible est éclairée; la Lune se trouve à 90° du Soleil dans le ciel.
• Lune gibbeuse croissante — plus de la moitié éclairée, la zone éclairée croît toujours.
• Pleine lune — la Terre se situe à peu près entre le Soleil et la Lune; tout le côté proche est éclairé.
• Lune gibbeuse décroissante — plus de la moitié éclairée, la zone éclairée rétrécit.
• Troisième (dernier) quartier — l'autre moitié du disque est éclairée.
• Lune décroissante — un fin croissant demeure avant la prochaine nouvelle lune.

Les termes croissant et décroissant décrivent simplement la direction: croissant signifie que la portion éclairée grandit, de la nouvelle lune vers la pleine lune, tandis que décroissant signifie qu'elle rétrécit, de la pleine lune vers la nouvelle lune, selon la description de la NASA.

Pourquoi le cycle dure 29.5 jours et non 27.3

Deux nombres différents décrivent le mouvement de la Lune, et les confondre est une source courante de confusion. Le mois sidéral — 27.32166 jours, ou 27 jours, 7 heures, 43 minutes et 12 secondes — est le temps qu'il faut à la Lune pour parcourir une orbite par rapport aux étoiles fixes, selon le site des éclipses de la NASA au Centre de vol spatial Goddard. Le mois synodique — 29.53059 jours, ou 29 jours, 12 heures, 44 minutes et 3 secondes — est le temps qu'il faut à la même phase (par exemple, nouvelle lune à nouvelle lune) pour se reproduire.

Le mois synodique est plus long parce que la Terre elle-même se déplace autour du Soleil tandis que la Lune orbite la Terre. Après avoir complété une orbite complète de 360° par rapport aux étoiles, la Lune doit parcourir une distance supplémentaire — environ 2.2 jours de plus — pour rattraper le même alignement Soleil-Terre-Lune à partir duquel elle a commencé, explique le site des éclipses de la NASA. Ce mois synodique de 29.5 jours est la base des "mois" du calendrier dans de nombreuses cultures et pour le raccourci courant qu'un cycle lunaire dure environ 29.5 jours.

L'orbite de la Lune n'est pas un cercle parfait

Le chemin de la Lune autour de la Terre est une ellipse avec une excentricité moyenne de 0.0549, selon le site des éclipses de la NASA, ce qui signifie que la distance Terre-Lune varie tout au long de chaque orbite. Le périgée, le point le plus proche, a varié entre environ 356.355 et 370.399 km au cours des cinq derniers millénaires, tandis que l'apogée, le point le plus éloigné, a varié entre environ 404.042 et 406.725 km dans la même période. Une période orbitale distincte — le mois anomalistique, en moyenne 27.55455 jours — mesure le temps d'un périgée au suivant.

Le plan orbital de la Lune est également incliné d'environ 5.145° par rapport au plan orbital de la Terre autour du Soleil (l'écliptique), selon la même source de la NASA. Cette inclinaison est la raison pour laquelle les éclipses solaires et lunaires ne se produisent pas chaque mois, bien que les nouvelles et pleines lunes se produisent: la Lune passe généralement légèrement au-dessus ou au-dessous de la ligne Soleil-Terre. Les éclipses ne sont possibles que pendant deux "saisons d'éclipse" chaque année, lorsqu'une nouvelle ou pleine lune coïncide avec la Lune traversant le plan écliptique, explique la page de géométrie des éclipses de la NASA.

Phases et marées océaniques

Les phases lunaires correspondent également à un modèle de marée prévisible. L'Administration nationale océanique et atmosphérique des États-Unis (NOAA) explique que pendant les nouvelles et pleines lunes — lorsque le Soleil, la Terre et la Lune sont presque alignés — les attractions gravitationnelles du Soleil et de la Lune se renforcent mutuellement, produisant des "marées de vive eau" avec des marées hautes plus hautes et des marées basses plus basses. Pendant les phases du premier et du troisième quartier, lorsque l'attraction du Soleil sur l'océan annule partiellement l'attraction de la Lune, le résultat est une plus petite "marée de morte eau". Tant les marées de vive eau que les marées de morte eau se produisent deux fois dans chaque mois lunaire, note la NOAA.

Qu'est-ce qui compte comme une "lune bleue"

Parce que le mois synodique (environ 29.5 jours) est plus court que la plupart des mois du calendrier, deux pleines lunes tombent occasionnellement dans le même mois du calendrier. Le site de sensibilisation scientifique EarthSky, dirigé par l'astronome Deborah Byrd, décrit cela comme la définition moderne et populaire d'une "lune bleue". Une deuxième définition plus ancienne — la troisième pleine lune dans une saison qui contient quatre pleines lunes au lieu des trois habituelles — vient de l'Almanach des agriculteurs du Maine de 1937. EarthSky retrace la version maintenant courante de "deuxième pleine lune dans un mois" à un article de 1946 dans le magazine Sky & Telescope de l'astronome amateur James Hugh Pruett, qui a mal interprété la règle saisonnière de l'almanach. Les lunes bleues mensuelles se reproduisent environ sept fois tous les 19 ans, ou environ tous les deux ou trois ans, selon EarthSky.