La Lune

La distance moyenne de 384 400 km cache une ellipse franche : 363 396 km au périgée moyen, 405 504 km à l'apogée moyen. Le disque passe donc de 32′ 52″ à 29′ 27″, soit 11,6 % de largeur et 25 % de surface apparente entre ces deux moyennes.

Les 14 % et 30 % que la NASA attache à la super-Lune mesurent autre chose : ils comparent le périgée extrême (356 500 km, soit 33′ 30″) à l'apogée extrême (406 700 km, 29′ 22″), deux passages qui ne tombent jamais la même lunaison. Et la fourchette 29,3′ à 34,1′ de la fiche NASA, celle que reprend notre carte lunaire avec son écart de 16 %, est mesurée depuis le sol : un observateur qui voit la Lune au zénith en est plus proche d'un rayon terrestre que le centre de la Terre. Trois conventions, trois chiffres.

Le mot « mois » recouvre par ailleurs deux périodes. Le mois sidéral, retour devant les mêmes étoiles, dure 27,32166 jour ; le mois synodique, d'une nouvelle Lune à la suivante et seul vécu par l'observateur, 29,53059 jour. Les 2,21 jours d'écart viennent de ce que la Terre a avancé de 27° sur son orbite pendant le tour de la Lune.

La Lune avance de 13° par jour sur son orbite et la Terre doit tourner d'autant en plus pour la rattraper : d'où le retard de lever d'environ 50 minutes par soir. Moyenne trompeuse — à l'équinoxe d'automne, l'écliptique, le plan sur lequel se projette la course des astres, se couche sur l'horizon et le retard tombe à une vingtaine de minutes : c'est la Lune des moissons. À l'équinoxe de printemps, il grimpe à 70 minutes. La conséquence commande le calendrier qui suit : la première moitié de la lunaison s'observe en début de soirée, la seconde après minuit et à l'aube.

La rotation lunaire est synchrone, ce qui devrait figer un hémisphère ; trois balancements en décident autrement. La libration en longitude, d'environ 7° 54′, vient de l'orbite elliptique : la vitesse orbitale varie quand la rotation reste uniforme. La libration en latitude, de 6° 41′ à 6° 50′, vient de l'inclinaison de l'axe lunaire et nous fait regarder tour à tour par-dessus chaque pôle. S'y ajoute une libration diurne d'environ 1°. Bilan : 41 % de la surface visible en permanence, 18 % par intermittence, 41 % jamais — soit 59 % au total, quand un instant donné n'en montre que 49,8 %. Les formations du limbe, le bord apparent du disque, changent ainsi de forme d'une lunaison à l'autre.

L'albédo géométrique de la Lune vaut 0,12 : elle ne renvoie que 12 % de la lumière reçue, comme un enrobé routier usé. Si elle paraît éclatante, c'est qu'elle est proche, éclairée en plein Soleil et posée sur un fond noir — magnitude −12,74, derrière le seul Soleil.

Cet éclat ne suit pas la phase proportionnellement. Au premier quartier, la moitié du disque est éclairée mais l'astre ne rend qu'environ 8 % de l'éclat de la pleine Lune, magnitude −10,0 : les ombres portées du relief mangent la lumière tant que le Soleil n'est pas au zénith lunaire. Les deux magnitudes disent la même chose que le pourcentage — 2,74 d'écart, soit un facteur douze. À angle de phase nul, quand l'observateur se place dans l'axe Soleil-Lune, ces ombres disparaissent et le régolithe, la poussière d'impact qui couvre le sol lunaire, rétrodiffuse la lumière droit vers nous : ce sursaut d'opposition explique qu'une surface éclairée deux fois plus grande rende douze fois plus de lumière.

Cet éclat ne supprime pas la sortie, il change la cible. Le fond de ciel passe de 22,0 magnitudes par seconde d'arc carrée sur un site noir à 18,0 sous la pleine Lune : les galaxies s'effacent, mais les amas globulaires, les étoiles doubles et les planètes restent observables. Une lunaison bien menée alterne le relief lunaire autour des quartiers et le ciel profond dans les nuits sans Lune — la même logique qui fait de la Lune la cible reine du balcon urbain.

Ce n'est pas une préférence d'esthète, c'est de la géométrie. À la pleine phase, l'angle de phase approche de 0°, plus rien ne projette d'ombre, et le relief s'aplatit en une image blanche où ne subsistent que les éjecta. Un cratère parfaitement lisible au premier quartier devient introuvable une semaine plus tard : ce n'est pas une dégradation, c'est une disparition.

Le terminateur, la ligne qui sépare le jour de la nuit lunaires, renverse la hiérarchie des instruments : le Soleil y rase l'horizon local, les ombres s'étirent sur des dizaines de kilomètres, et un dénivelé de quelques centaines de mètres devient une entaille noire — un relief qu'aucun diamètre ne montre à la pleine Lune. D'où deux fenêtres par lunaison : de la nouvelle Lune à deux jours après le premier quartier, en soirée ; puis de deux jours avant le dernier quartier à la nouvelle Lune, après minuit.

Le jour lunaire — aussi appelé âge de la Lune — compte les jours écoulés depuis la nouvelle Lune : jour 0 à la nouvelle Lune, 7,4 au premier quartier, 14,8 à la pleine Lune, 22,1 au dernier quartier, puis le compteur revient à zéro au bout de 29,53 jours. Un dixième de jour vaut deux heures et demie : la décimale compte.

Pour savoir où vous en êtes ce soir, toute application d'astronomie et toute éphéméride affichent l'âge de la Lune du jour, en clair, sous la phase ; à défaut, comptez les jours depuis la dernière nouvelle Lune de votre calendrier. C'est l'unité de tout ce qui suit, et celle de notre guide pour suivre le terminateur lunaire.

La colongitude solaire sélénographique est la longitude du terminateur du matin, comptée vers l'ouest depuis le méridien origine de la Lune. Elle vaut 0° au premier quartier, 90° à la pleine Lune, 180° au dernier quartier, et avance de 12,191° par jour. Ce seul nombre transforme un catalogue en calendrier : la longitude d'une formation étant publiée au Gazetteer de l'IAU, une division donne le jour lunaire où le Soleil s'y lève, 7,383 + longitude ouest / 12,191. Copernic est à 20,08° O : jour 9,0. Tycho, à 11,22° O : jour 8,3. Le résultat se recoupe avec les repères publiés — la Droite Muraille tombe au jour 8,0, exactement le « jour 8 » des guides, et le X lunaire au jour 7,2, ce que donne aussi le critère indépendant de colongitude 358°.

Le calcul se dégrade loin de l'équateur lunaire : le terminateur n'y est plus un méridien mais une courbe, et l'écart atteint plusieurs heures. Un jour lunaire à la décimale reste une fenêtre de quelques heures, jamais un rendez-vous à la minute.

Chaque formation a deux rendez-vous et non un : le Soleil s'y lève, puis s'y couche 14,77 jours plus tard, l'éclairement venant alors de l'autre côté. La Rupes Recta, 115,95 km de long au Gazetteer de l'IAU pour une dénivellation de 240 à 300 m, projette au jour 8 une ombre large qui la fait passer pour une falaise ; au jour 22, la même arête apparaît en ligne claire sur fond gris.

Les noms sont latins, et le premier mot dit la nature du terrain : mare, une mer de basalte ; mons et montes, un sommet et une chaîne ; vallis, une vallée ; rupes, un escarpement ; rima et rimae, une rainure creusée par la lave, seule ou en réseau ; dorsa, une ride qui plisse le plancher d'une mer ; sinus, une baie de lave. Les noms sans préfixe sont des cratères ; un craterlet en est un de quelques kilomètres à peine. L'atlas complet est dans notre carte lunaire. Chaque ligne couvre un intervalle fermé à gauche, ouvert à droite — « 5 à 6 » va du jour 5 inclus au jour 6 exclu —, et les onze lignes se suivent sans trou du jour 0 au jour 29,5 ; le nombre entre parenthèses est le jour du lever de Soleil sur la formation.

Le grossissement maximal utile vaut environ deux fois le diamètre en millimètres : 120× pour un 60 mm, 400× pour un 200 mm. Le grossissement optimal, qui exploite tout le pouvoir séparateur avec une pupille de sortie de 0,7 à 0,8 mm, vaut le diamètre divisé par 0,7 — environ 142× sur un 100 mm. Le minimal utile vaut le diamètre divisé par 7. Tele Vue conteste l'universalité de la règle : les petits instruments encaissent parfois 100× par pouce, les gros plafonnent à 20× ou 30× à cause de l'atmosphère.

La limite de Dawes donne la résolution théorique : R = 116 / D, D en millimètres. Ces nombres ne parlent qu'une fois traduits : à 384 400 km, une seconde d'arc couvre 1,86 km de sol lunaire — c'est la distance divisée par 206 265, le nombre de secondes d'arc d'un radian. Un instrument ne grossit pas un cratère, il découpe le terrain en carreaux de cette taille.

La limite de Dawes est empirique, établie pour la séparation d'étoiles doubles : turbulence, collimation, qualité optique et équilibre thermique décident du résultat réel. Et la turbulence ramène en pratique le pouvoir séparateur autour d'une seconde d'arc, ce qui rend largement théorique le gain des diamètres au-delà de 120 mm : le diamètre sert à séparer plus fin les soirs où l'atmosphère le permet.

Les sections lunaires notent la stabilité de l'air sur cinq crans, de AI, image absolument stable, à AV, tremblement continu. La British Astronomical Association en tire une règle : à AIII ou moins, un fort grossissement ne fait qu'amplifier les distorsions. Ce plafond se travaille par trois gestes gratuits : viser haut, au moins 30° ; mettre l'instrument en température, un tube chaud fabriquant sa propre turbulence (mise en température et buée) ; et choisir la nuit, un ciel voilé mais calme battant un ciel transparent balayé par le courant-jet — mécanique détaillée dans seeing et résolution, poussée jusqu'au capteur dans l'imagerie lunaire haute résolution.

Un relief lunaire ne se lit qu'en ombre portée, et les hauteurs en jeu sont modestes. Le pic central de Copernic ne s'élève que d'un kilomètre au-dessus du plancher ; celui de Tycho, de 1,6 à 2 km — la borne haute vient des relevés LROC, la basse de profils plus anciens, et l'écart tient au repère choisi pour un « plancher » lui-même bosselé. Ces quelques centaines de mètres décident de tout : sous un Soleil à 5° de hauteur locale, un pic de 2 km projette une ombre de 23 km, largement visible dans un 60 mm ; à la pleine phase, la même ombre mesure zéro. Une mire en découle pour jauger la nuit plutôt que l'instrument : l'arc de cratères décroissants de Clavius (D, C, N, J, JA), dont le nombre de maillons lisibles varie chaque soir. Diamètres, âges et géologie des impacts sont traités dans notre carte lunaire.

Un filtre à densité neutre atténue uniformément le spectre visible sans altérer les couleurs : ND96-0,9 laisse passer 13 %, ND96-0,3 50 %. Le polarisant variable empile deux polariseurs et travaille comme un variateur, de 1 % à 40 % : c'est le seul qui suive une phase dont l'éclat varie d'un facteur douze. Mais un filtre ne crée aucun détail et coûte même un peu de définition ; il a d'ailleurs un concurrent gratuit, puisque monter le grossissement étale la même lumière sur une plus grande surface. Le vrai filtre s'appelle le terminateur. Densités et verres colorés en détail dans notre guide des filtres lunaire et colorés.

Quand un fin croissant se tient dans le crépuscule, la partie non éclairée du disque n'est pas noire mais faiblement grise, et l'on y distingue les mers : c'est la lumière cendrée, la lumière du Soleil réfléchie par la Terre en phase presque pleine. La symétrie explique tout — devant un croissant fin, un observateur posé sur la face sombre verrait une Terre presque pleine dans son ciel, d'où un maximum au croissant et une disparition au quartier.

L'albédo terrestre étant gouverné par les nuages, cette lueur mesure la couverture nuageuse du globe : l'observatoire solaire de Big Bear, en Californie, l'a d'abord suivie par essais épars en 1994 et 1995, puis en série continue depuis décembre 1998. Quand la chercher : jours 1 à 4 le soir, croissant à l'ouest, et jours 26 à 29 le matin, croissant à l'est. Aucun instrument n'est requis ; des jumelles 10×50 sur trépied en font un plus beau spectacle.

Le premier quart d'heure d'un débutant se perd souvent à chercher Copernic là où il n'est pas, et la faute revient au train optique. Point de départ, la convention des cartes : depuis la recommandation de l'IAU de 1961, une carte lunaire se dessine nord en haut, l'est à droite — du côté de Mare Crisium — et l'ouest à gauche. C'est aussi ce que montre l'œil nu.

Avec une lunette ou un Cassegrain muni d'un renvoi coudé, le miroir redresse l'image de haut en bas mais la laisse inversée de gauche à droite : le nord reste en haut, et l'est passe à gauche — une image miroir de la carte. Sans renvoi coudé, une lunette donne l'inversion complète et un Newton une rotation de 180°. D'où la règle : avec un Newton, on retourne la carte ; avec un renvoi coudé, il faut une carte inversée gauche-droite, une photocopie miroir, aucune rotation ne faisant coïncider un miroir avec une carte normale.

Des jumelles 10×50 sur trépied montrent déjà les mers, Copernic et Tycho en points nets ; Clavius ne devient une enceinte qu'à partir de 15×70 ou d'une lunette de 60 mm. Pour un travail lunaire suivi, la BBC Sky at Night donne comme minimum une lunette de 100 mm ou un Newton de 150 mm — nos choix sont dans premier télescope.

Parce que le train optique la retourne. Un Newton donne une rotation de 180° — retournez la carte. Un renvoi coudé garde le nord en haut mais fait passer l'est à gauche, alors qu'une carte IAU le porte à droite : l'image est un miroir, et il faut une carte inversée gauche-droite.

Le jour lunaire, ou âge de la Lune, se compte depuis la nouvelle Lune (jour 0) et boucle en 29,53 jours : premier quartier au jour 7,4, pleine Lune au 14,8, dernier quartier au 22,1. Toute application d'astronomie l'affiche pour la date du jour ; à défaut, comptez les jours depuis la dernière nouvelle Lune de votre calendrier.