Lune

Lune
Pleine lune en Amérique du Nord.
Caractéristiques orbitales
Demi-grand axe	384 399 km (0,002 57 au)
Apogée	406 300 km (0,002 7 au)
Périgée	356 700 km (0,002 4 au)
Circonférence orbitale	2 449 000 km
Excentricité	0,054 90
Période de révolution	27,321 582 d (27 j 7 h 43.1 min)
Période synodique	29,530 589 d
Vitesse orbitale moyenne	1,022 km/s
Vitesse orbitale maximale	1,052 km/s
Vitesse orbitale minimale	0,995 km/s
Inclinaison sur l’écliptique	5,145°
Satellites connus	0
Satellite de	la Terre
Désignation systématique	Terre I
Caractéristiques physiques
Rayon équatorial	1 737,4 km (0,273 Terre)
Rayon polaire	1 735,97 km (0,273 Terre)
Périmètre équatorial	10 921 km (0,273 Terre)
Superficie	37 871 220,85 km2 (0,074 Terre)
Volume	2,195 8 × 1010 km3 (0,020 Terre)
Masse	7,347 7 × 1022 kg (0,012 3 Terre)
Masse volumique globale	3,346 4 × 103 kg/m3
Gravité de surface	1,622 m/s2 (0,165 4 g)
Vitesse de libération	2,38 km/s
Période de rotation (jour sidéral)	27,321 582 d
Vitesse de rotation (à l’équateur)	16,657 2 km/h
Inclinaison de l’axe	6,687°
Ascension droite du pôle nord	270,00°
Déclinaison du pôle nord	66,54°
Albédo géométrique visuel	0,136
Température de surface
• Maximum	396 K (123 °C)
• Moyenne	200 K (−73 °C)
• Minimum	40 K (−233 °C)
Caractéristiques de l’atmosphère
Pression atmosphérique	10−10 Pa

Photo de la Lune.

La Lune, ou Terre I, est un objet céleste qui orbite autour de la planète Terre et le seul satellite naturel permanent de la Terre. C'est le cinquième plus grand satellite naturel du Système solaire et le plus grand des satellites planétaires par rapport à la taille de la planète autour de laquelle elle orbite. La Lune est, après le satellite de Jupiter Io, le deuxième satellite le plus dense du Système solaire parmi ceux dont la densité est connue.

On pense que la Lune s'est formée il y a environ 4,51 milliards d'années, peu de temps après la Terre. L'explication la plus largement acceptée est que la Lune s'est formée à partir des débris restants après un impact géant entre la Terre et un corps de la taille de Mars appelé Théia.

La Lune est en rotation synchrone avec la Terre, et montre donc toujours la même face à la Terre. Cette face visible est marquée par des mers volcaniques sombres qui remplissent les espaces entre les hautes terres claires de l'ancienne croûte lunaire et les cratères d'impact proéminents. Après le Soleil, la Lune est le deuxième objet céleste le plus lumineux régulièrement visible dans le ciel terrestre. Sa surface est en fait sombre, bien qu'elle semble très claire par rapport au ciel nocturne, avec une réflectance légèrement supérieure à celle de l'asphalte usé. Son influence gravitationnelle produit les marées océaniques, les marées terrestres et un léger allongement de la durée du jour.

La distance orbitale moyenne de la Lune est de 384 402 km, soit 1,28 seconde-lumière. C'est environ trente fois le diamètre de la Terre. La taille apparente de la Lune dans le ciel est presque la même que celle du Soleil, puisque l'étoile fait environ 400 fois la distance et le diamètre lunaires. Par conséquent, la Lune couvre le Soleil presque exactement pendant une éclipse solaire totale. Cette correspondance de la taille visuelle apparente ne se poursuivra pas dans un avenir lointain parce que la distance de la Lune à la Terre augmente graduellement.

La Lune est survolée pour la première fois par un engin spatial (Luna 2) en septembre 1959. Durant plus d'une décennie, notre satellite est étudié par un grand nombre de sondes spatiales d'origine soviétique ou américaine. Cette période d'exploration intensive culmine avec le programme Apollo de la NASA qui dépose à six reprises un équipage sur la surface de la Lune entre 1969 (Apollo 11) et 1972. Ces missions ont ramené sur Terre des roches lunaires qui, avec les observations effectuées sur place, permettent de développer une meilleure connaissance géologique de la Lune et de sa structure interne et de l'histoire de sa formation. La Lune est délaissée par les puissances spatiales à compter de 1974 au profit des autres corps célestes du système solaire. L'intérêt pour cet astre renait à la suite de deux petites missions de la NASA — Clementine et Lunar Prospector — qui découvrent des indices d'eau dans les régions polaires. À compter de la fin des années 1990, la Lune est la destination principale des sondes spatiales des nouvelles nations spatiales — Japon, Chine et Inde — qui l'utilisent pour mettre au point les techniques nécessaires à leur programme d'exploration du système solaire.

L'importance naturelle de la Lune dans le ciel terrestre et son cycle régulier de phases, vu depuis la Terre, ont fourni des références et des influences culturelles aux sociétés et cultures humaines depuis des temps immémoriaux. Ces influences culturelles se retrouvent dans la langue, les systèmes de calendrier lunaire, l'art et la mythologie.

Nom et étymologie

Le substantif féminin lune provient du latin lūna, un substantif féminin attesté depuis Ennius. Ce terme français est attesté dès le XI^e siècle : sa première occurrence connue se trouve dans la Chanson de Roland, datée d'environ 1080.

La racine la plus largement partagée parmi les langues indo-européennes est *mēns, à laquelle on doit le grec μῄνη mene (lune), les mots anglais moon (lune), month (mois) et les français mois, menstruation, etc. Le sens dérivé de « mois » remonte à l'origine du concept de mois, initialement une mesure de temps pragmatique correspondant à une lunaison. Cette unité de temps a été pérennisée dans les calendriers lunaires ou adaptée à un douzième d'année dans les calendriers solaires. De même, le cycle d'ovulation féminin était assimilé aux lunaisons^{[réf. nécessaire]}.

Un autre terme, *louksnā, « la lumineuse », une formation, dérivée de *loukís (lumière), lūx en latin (apparenté aussi au grec leukos 'blanc') décrit la lune comme un astre lumineux (pour la clarté nocturne qu'elle apporte). On lui doit le latin lūna ou l'arménien lusin. Des auteurs tels Varron et Cicéron, faisaient déjà dériver luna du verbe intransitif lucere, signifiant « luire, briller, éclairer ».

Orbite et rotation

La Lune et la Terre avec tailles et distances à l'échelle.

Animation de l'orbite de la Lune autour de la Terre de 2018 à 2027.

Lune

Terre

La Lune a une période sidérale d'environ 27,3 jours, pendant laquelle elle effectue une orbite complète autour de la Terre par rapport à des étoiles fixes. Mais comme la Terre se déplace en même temps sur son orbite autour du Soleil, il faut un peu plus de temps pour que la Lune montre la même phase à la Terre, soit environ 29,5 jours (sa période synodique). Contrairement à la plupart des satellites des autres planètes, elle orbite plus près du plan de l'écliptique que du plan équatorial de la planète. Son orbite est subtilement perturbée par le Soleil et la Terre de nombreuses façons petites, complexes et interactives. Par exemple, le plan de l'orbite de la Lune tourne graduellement tous les 18,61 ans, ce qui affecte d'autres aspects du mouvement lunaire. Ces effets consécutifs sont mathématiquement décrits par les lois de Cassini.

Système Terre-Lune (schéma).

La période de rotation de la Lune est la même que sa période orbitale. Elle présente donc toujours le même hémisphère (nommé « face visible de la Lune ») à un observateur terrestre (l'autre hémisphère est donc appelé « face cachée de la Lune »). Cette rotation synchrone résulte des frottements qu’ont entraînés les marées causées par la Terre à la Lune, et qui ont progressivement amené la Lune à ralentir sa rotation sur elle-même, jusqu’à ce que la période de ce mouvement coïncide avec celle de la révolution de la Lune autour de la Terre. Actuellement les effets de marée de la Lune sur la Terre ralentissent la rotation de cette dernière et provoquent un léger éloignement des deux astres d'environ 3,78 cm par année^{[source insuffisante]}. Du fait de cet éloignement et du ralentissement qui fait que la durée du jour terrestre augmente de 15 μs par an, la Lune à sa naissance orbitait à une distance 2 fois moindre qu'aujourd'hui et la Terre tournait alors sur elle-même en 6 heures.

Faces de la Lune

Face visible de la Lune

Face cachée de la Lune

Image de la Terre et la Lune, avec leurs tailles et distances à l'échelle. La barre jaune représente une impulsion de lumière voyageant de la Terre à la Lune (approximativement 400 000 km) en 1,26 secondes.

Caractéristiques physiques

La Lune photographiée par la sonde Galileo le 9 décembre 1990. La face visible (depuis la Terre) est à droite et la face cachée à gauche.

La Lune est un ellipsoïde très légèrement allongé en raison de l'étirement par les marées, avec son axe long déplacé de 30° par rapport à la Terre (en raison d'anomalies gravitationnelles provenant des bassins d'impact). Sa forme est plus allongée que ce que les forces de marée actuelles peuvent expliquer. Ce « renflement fossile » indique que la Lune s'est solidifiée lorsqu'elle a orbité à la moitié de sa distance actuelle par rapport à la Terre, et qu'elle est maintenant trop froide pour que sa forme puisse s'ajuster à son orbite.

Masse et dimensions

La longueur du demi grand axe entre la Lune et la Terre est de 384 399 km. Le diamètre moyen de la Lune est de 3 474 km. La force qu’exerce la Terre sur la Lune est d'environ 1,95 × 10²⁰ newtons.

Structure interne et composition

Composition chimique de la surface de la Lune

Composé	Formule	Composition
		Maria	Highlands
silice	SiO2	45.4%	45.5%
alumine	Al2O3	14.9%	24.0%
chaux vive	CaO	11.8%	15.9%
oxyde de fer(II)	FeO	14.1%	5.9%
magnésie	MgO	9.2%	7.5%
dioxyde de titane	TiO2	3.9%	0.6%
oxyde de sodium	Na2O	0.6%	0.6%
		99.9%	100.0%

Structure interne de la Lune.

La Lune est un corps différencié. Sa croûte, son manteau et son noyau sont géochimiquement distincts. La Lune possède un noyau intérieur solide riche en fer avec un rayon pouvant aller jusqu'à 240 kilomètres et un noyau extérieur fluide composé principalement de fer liquide avec un rayon d'environ 300 kilomètres. Autour de la carotte se trouve une couche limite partiellement fondue d'un rayon d'environ 500 kilomètres. On pense que cette structure s'est développée grâce à la cristallisation fractionnée d'un océan magmatique global peu après la formation de la Lune, il y a 4,5 milliards d'années.

La cristallisation de cet océan magmatique aurait créé un manteau mafique à partir des précipitations et de l'affaissement des minéraux d'olivine, de clinopyroxène et d'orthopyroxène. Ainsi, après qu'environ les trois quarts de l'océan magmatique se soient cristallisés, des minéraux plagioclases à faible densité se sont transformés en une croûte au sommet. Les derniers liquides à cristalliser auraient d'abord été pris en sandwich entre la croûte et le manteau, avec une grande abondance d'éléments incompatibles et produisant de la chaleur.

En accord avec cette perspective, la cartographie géochimique réalisée à partir de l'orbite suggère la croûte principalement composée d'anorthosite. Les échantillons de roches lunaires des laves d'inondation qui ont fait irruption à la surface à la suite de la fonte partielle du manteau confirment sa composition mafique, qui est plus riche en fer que celle de la Terre. L'épaisseur moyenne de la croûte est d'environ 50 kilomètres.

La Lune est le deuxième satellite le plus dense du Système solaire après Io. Cependant, le noyau intérieur de la Lune est petit, avec un rayon d'environ 350 kilomètres ou moins, soit environ 20 % du rayon de la Lune. Sa composition n'est pas bien définie, mais il s'agit probablement de fer métallique allié à une petite quantité de soufre et de nickel ; les analyses de la rotation variable dans le temps de la Lune indiquent qu'il est au moins partiellement fondu.

Surface

Topographie lunaire.

Modèle numérique de terrain de la Lune (exagération verticale : ×10) calculé à partir des données de l'altimètre laser de la mission Lunar Reconnaissance Orbiter.

La topographie de la Lunetopographie de la Lune a été mesurée par altimétrie laser et analyse d'images en stéréo. Son relief le plus visible est le bassin géant Pôle Sud-Aitken, d'environ 2 240 km de diamètre, le plus grand cratère de la Lune et le deuxième plus grand cratère d'impact confirmé du Système solaire. À 13 km de profondeur, son plancher est le point le plus bas de la surface de la Lune. Les altitudes les plus élevées de la surface sont situées directement au nord-est, et il a été suggéré que ces reliefs pourraient avoir été épaissis par l'impact oblique ayant formé le bassin. D'autres grands bassins d'impact, tels que les mers des Pluies, de la Sérénité, des Crises, de Smyth et Orientale, possèdent également des élévations régionales basses et des bords élevés. La face cachée de la surface lunaire est en moyenne environ 1,9 km plus haute que la face visible.

La découverte d'escarpements de failles par Lunar Reconnaissance Orbiter suggère que la Lune s'est rétrécie d'environ 90 mètres au cours des derniers milliards d'années. Des caractéristiques de contraction similaires existent sur Mercure. Une étude de 2019 de plus de 12 000 images de l'orbiteur affirme que le Mare Frigoris près du pôle nord, un vaste bassin supposé géologiquement mort, se craquelle et se déplace. Comme la Lune n'a pas de plaques tectoniques, son activité tectonique est lente et des fissures se développent à mesure qu'elle perd de la chaleur au fil des ans.

« Mers » lunaires

Face visible avec les principales mers et cratères annotés.

Les plaines lunaires sombres et relativement dénuées de caractéristiques, clairement visibles à l'œil nu, sont appelées « mers », car on croyait autrefois qu'elles étaient remplies d'eau ; elles sont maintenant connues comme de vastes bassins solidifiés de lave basaltique ancienne. Bien que semblables aux basaltes terrestres, les basaltes lunaires contiennent plus de fer et aucun minéral altéré par l'eau. La majorité de ces laves a fait éruption ou s'est écoulée dans des dépressions associées à des bassins d'impact. Plusieurs provinces géologiques contenant des volcans boucliers et des dômes volcaniques se trouvent à l'intérieur, du côté des « mers » de la face visible.

Preuve de volcanisme lunaire récent.

Presque toutes les mers se trouvent sur la face visible de la Lune, et couvrent 31 % de la surface sur cette face, contre 2 % sur la face cachée. On pense que cela est dû à une concentration d'éléments produisant de la chaleur sous la croûte de la face visible, observée sur des cartes géochimiques obtenues par le spectromètre gamma de Lunar Prospector, qui aurait causé le réchauffement, la fonte partielle, la remontée à la surface et l'éruption du manteau sous-jacent. La plupart des basaltes des mers lunaires a fait éruption pendant la période ombrienne, il y a 3,0 à 3,5 milliards d'années; même certains échantillons datés par radiométrie pourraient être aussi vieux que 4,2 milliards d'années. Jusqu'à récemment, les éruptions les plus récentes, datées par le dénombrement des cratères, semblaient n'avoir eu lieu qu'il y a 1,2 milliard d'années. En 2006, une étude d'Ina, une minuscule dépression de Lacus Felicitatis, a trouvé des éléments dentelés et relativement exempts de poussière qui, en raison de l'absence d'érosion par les retombées de débris, semblaient n'avoir que 2 millions d'années. Les tremblements de lune et les rejets de gaz indiquent également une certaine activité lunaire continue. En 2014, la NASA a annoncé « de nombreuses preuves du volcanisme lunaire récent » dans 70 parcelles irrégulières de mers identifiées par le Lunar Reconnaissance Orbiter, dont certaines datent de moins de 50 millions d'années. Cela soulève la possibilité d'un manteau lunaire beaucoup plus chaud qu'on ne le croyait auparavant, du moins sur la face visible où la croûte profonde est beaucoup plus chaude à cause de la plus grande concentration d'éléments radioactifs. Juste avant cela, des preuves de volcanisme basaltique de 2 à 10 millions d'années plus jeune ont été présentées à l'intérieur du cratère Lowell, dans le bassin oriental, situé dans la zone de transition entre les face visible et cachée de la Lune. Un manteau initialement plus chaud et/ou un enrichissement local d'éléments produisant de la chaleur dans le manteau pourrait être responsable d'activités volcaniques prolongées également de l'autre côté du bassin oriental.

Les régions plus claires de la Lune sont appelées terrae, ou plus communément hautes terres, parce qu'elles sont plus hautes que la plupart des mers. Elles ont été datées radiométriquement comme ayant été formées il y a 4,4 milliards d'années, et peuvent représenter des cumulats de plagioclases cumulées de l'océan magmatique lunaire. Contrairement à la Terre, aucune montagne lunaire majeure ne se serait formée à la suite d'événements tectoniques.

La concentration de mers sur la face visible reflète probablement une croûte beaucoup plus épaisse des hautes terres de la face cachée, qui pourraient s'être formées lors de l'impact à faible vitesse d'une seconde lune de la Terre, quelques dizaines de millions d'années après leur formation.

Cratères d'impact

La cratère lunaire Daedalus sur la face cachée de la lune.

L'autre processus géologique majeur qui a affecté la surface de la Lune est la cratérisation, avec des cratères formés lorsque des astéroïdes et des comètes entrent en collision avec la surface lunaire. On estime qu'il y a environ 300 000 cratères de plus de 1 km de largeur sur la seule face cachée de la Lune. L'échelle de temps géologiques lunaire est basée sur les événements d'impact les plus importants, y compris Nectaris, Imbrium et Orientale, des structures caractérisées par de multiples anneaux de matériaux soulevés, entre des centaines et des milliers de kilomètres de diamètre et associés à un large tablier de dépôts d'éjectas qui forment un horizon stratigraphique régional. L'absence d'atmosphère, de conditions météorologiques et de processus géologiques récents font que nombre de ces cratères sont bien préservés. Bien que seuls quelques bassin à anneaux multiples (en) aient été datés avec certitude, ils sont utiles pour attribuer des âges relatifs. Comme les cratères d'impact s'accumulent à un rythme presque constant, le comptage du nombre de cratères par unité de surface peut être utilisé pour estimer l'âge de la surface. Les âges radiométriques des roches fondues par impact recueillies lors des missions Apollo se situent entre 3,8 et 4,1 milliards d'années, ce qui a été utilisé pour proposer un Grand bombardement tardif des impacts.

La croûte lunaire est recouverte d'une couche superficielle très fragmentée et labourée par les impacts, appelée régolithe, formée par les processus d'impact. Le régolithe le plus fin, le sol lunaire en verre de dioxyde de silicium, a une texture ressemblant à de la neige et un parfum ressemblant à de la poudre à canon usée. Le régolithe des surfaces plus anciennes est généralement plus épais que celui des surfaces plus jeunes : son épaisseur varie de 10 à 20 km dans les hautes terres et de 3 à 5 km dans les mers.  Sous la couche de régolithe finement hachée se trouve le mégaregolithe, une couche de substrat rocheux très fracturé d'une épaisseur de plusieurs kilomètres.

La comparaison d'images à haute résolution obtenues par LRO a montré un taux de production de cratère contemporain significativement plus élevé que celui estimé précédemment. On pense qu'un processus de cratérisation secondaire causé par des éjections distales provoque le remuage des deux premiers centimètres de régolithe sur une échelle de temps de 81 000 ans, soit cent fois plus rapidement que les modèles précédents .

Tourbillons lunaires de Reiner Gamma.

Tourbillons lunaires

Les tourbillons lunaires sont des formes brillantes énigmatiques que l'on trouve à la surface de la Lune. Ils se caractérisent par un albédo élevé, apparaissent optiquement immatures (c'est-à-dire avec les caractéristiques optiques d'un régolithe relativement jeune), et ont souvent une forme sinueuse. Leur forme est souvent accentuée par des régions de faible albédo qui serpentent entre les tourbillons brillants.

Présence d'eau

L'eau liquide ne peut pas persister à la surface de la Lune. Lorsqu'elle est exposée au rayonnement solaire, l'eau se décompose rapidement par un processus appelé photolyse et se perd dans l'espace. Mais depuis les années 1960, les scientifiques ont émis l'hypothèse que la glace d'eau pourrait se déposer par l'impact de comètes ou être produite par la réaction de roches lunaires riches en oxygène et d'hydrogène provenant du vent solaire, laissant des traces d'eau qui pourraient persister dans des cratères froids et ombragés en permanence aux deux pôles sur la Lune. Des simulations informatiques suggèrent que jusqu'à 14 000 km² de la surface peuvent être dans l'ombre permanente. La présence de quantités d'eau utilisables sur le satellite est un facteur important pour rendre l'habitation lunaire rentable ; l'alternative consistant à transporter l'eau de la Terre serait d'un coût prohibitif.

Au cours des années qui ont suivi, on a découvert des traces d'eau à la surface de la Lune. En 1994, l'expérience radar bistatique réalisée à bord de l'orbiteur Clementine a révélé la présence de petites poches d'eau gelées près de la surface. Cependant, les observations radar ultérieures d'Arecibo suggèrent que ces résultats pourraient plutôt correspondre à des roches éjectées de jeunes cratères d'impact. En 1998, le spectromètre neutronique de la sonde Lunar Prospector a montré que des concentrations élevées d'hydrogène sont présentes dans le premier mètre de profondeur du régolithe près des régions polaires. Des perles de lave volcanique, ramenées sur Terre à bord d'Apollo 15, ont montré de petites quantités d'eau dans leur intérieur.

Depuis, en 2008, la sonde spatiale Chandrayaan-1 a confirmé l'existence de glace d'eau de surface à l'aide du module embarqué Moon Mineralogy Mapper. Le spectromètre a observé dans la lumière solaire réfléchie des raies d'absorption communes à l'hydroxyle, ce qui indique la présence de grandes quantités de glace d'eau à la surface lunaire. La sonde a montré que les concentrations pourraient atteindre 1 000 ppm. À l'aide des spectres de réflectance du cartographe, l'éclairage indirect des zones dans l'ombre a confirmé la présence de glace d'eau à 20° de latitude des deux pôles en 2018. En 2009, le LCROSS a envoyé un impacteur de 2 300 kg dans un cratère polaire assombri en permanence et a détecté au moins 100 kg d'eau dans un panache de matériaux éjectés. Un autre examen des données du LCROSS a révélé que la quantité d'eau détectée était plus près de 155 ± 12 kg.

En mai 2011, on a trouvé 615 à 1 410 ppm d'eau dans les inclusions magmatiques de l'échantillon lunaire 74220, le fameux « sol de verre orange » à haute teneur en titane d'origine volcanique recueilli lors de la mission Apollo 17 en 1972. Les inclusions se sont formées lors d'éruptions explosives sur la Lune il y a environ 3,7 milliards d'années. Cette concentration est comparable à celle du magma dans le manteau supérieur de la Terre. Bien que d'un intérêt sélénologique considérable, cette annonce offre peu de réconfort aux colons lunaires potentiels. En effet, l'échantillon provient de plusieurs kilomètres sous la surface, et les inclusions sont si difficiles d'accès qu'il a fallu 39 ans pour les trouver avec une microsonde ionique dernier cri.

L'analyse des résultats de Moon Mineralogy Mapper (M3) a révélé en août 2018 pour la première fois des « preuves irréfutables » de la présence de glace d'eau à la surface de la Lune. Les données ont révélé les signatures réfléchissantes distinctes de la glace d'eau, par opposition à la poussière et à d'autres substances réfléchissantes. Les dépôts de glace ont été trouvés sur les pôles Nord et Sud, bien qu'ils soient plus abondants dans le Sud, où l'eau est emprisonnée dans des cratères et des fissures ombragés en permanence, ce qui lui permet de persister en tant que glace à la surface car elle est à l'abri du soleil.

Champ gravitationnel

Carte de gravité de la Lune par GRAIL.

Le champ gravitationnel de la Lune a été mesuré en suivant l'effet Doppler des signaux radio émis par les appareils en orbite. Les principales caractéristiques de la gravité lunaire sont les réplétions, de grandes anomalies gravitationnelles positives associées à certains des bassins d'impact géants, en partie causées par les coulées de lave basaltique dense qui remplissent les mers lunaires. Les anomalies influencent grandement l'orbite des engins spatiaux autour de la Lune. Mais les coulées de lave ne peuvent à elles seules expliquer toute la signature gravitationnelle et il existe des mascottes qui ne sont pas liées au volcanisme des mers.

Magnétosphère

Rimae Sirsalis, une zone très magnétisée sur la Lune.

La Lune a un champ magnétique externe variant entre environ 1 et 100 nanoteslas, soit moins d'un centième de celui de la Terre. Elle n'a pas actuellement de champ magnétique dipolaire global et n'a qu'une magnétisation crustale, probablement acquise au début de son histoire lorsqu'une dynamo était encore en activité. Par ailleurs, une partie de l'aimantation résiduelle peut provenir de champs magnétiques transitoires générés par l'expansion d'un nuage de plasma généré lors d'un impact important dans un champ magnétique ambiant. Cela est confirmé par l'emplacement apparent des plus grandes magnétisations de la croûte près des antipodes des bassins d'impact géants.

La présence d'un champ magnétique global peu après la formation de la Lune est attestée par l'aimantation rémanente de ses roches les plus anciennes. L'étude détaillée d'un échantillon de troctolite vieux de 4,25 Ga montre un paléo-champ d'une intensité de 20 à 40 µT donc très comparable à celle du champ magnétique terrestre aujourd'hui. Ce résultat confirme la présence d'une dynamo à cette époque, mais ne permet pas d'en connaître précisément le mécanisme (convection thermique ou solutale, notamment).

Atmosphère

Composition actuelle

Croquis des astronautes d'Apollo 17. L'atmosphère lunaire a été étudiée plus tard par Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer.

L'atmosphère de la Lune est si ténue qu'elle n'en a presque pas du tout, ici avec une masse totale inférieure à 10 tonnes. La pression superficielle de cette petite masse est d'environ 3 × 10⁻¹⁵ atm (0,3 nPa) ; elle varie avec le jour lunaire. Ses sources sont notamment le dégazage et la pulvérisation cathodique, un produit du bombardement du sol par les ions du vent solaire. On trouve parmi les éléments détectés le sodium et le potassium, produits par pulvérisation cathodique (également présents dans les atmosphères de Mercure et Io) ; l'hélium-4 et le néon provenant du vent solaire ; et l'argon-40, le radon-222 et le polonium-210, dégazés après leur création par désintégration radioactive dans la croûte et le manteau. L'absence d'espèces neutres (atomes ou molécules) comme l'oxygène, l'azote, le carbone, l'hydrogène et le magnésium, qui sont présents dans le régolithe, n'est pas comprise. De la vapeur d'eau a été détectée par Chandrayaan-1 et varie en fonction de la latitude, avec un maximum à ~60-70 degrés ; elle est probablement produite par la sublimation de la glace d'eau du régolithe. Ces gaz y retournent en raison de la gravité de la Lune ou sont perdus dans l'espace, soit par la pression du rayonnement solaire, soit, s'ils sont ionisés, en étant emportés par le champ magnétique du vent solaire.

Poussière

Un nuage de poussière lunaire asymétrique permanent existe autour de la Lune, créé par de petites particules de comètes. On estime que 5 tonnes de ces dernières frappent la surface toutes les 24 heures et éjectent cette poussière. Celle-ci reste en suspension pendant environ 10 minutes, prenant 5 minutes pour se lever et 5 minutes pour tomber. En moyenne, 120 kilogrammes de poussière sont présents au-dessus de la Lune, s'élevant à 100 kilomètres au-dessus de la surface. Les mesures de la poussière ont été effectuées par l'expérience LDEX (Lunar Dust EXperiment) du LADEE, entre 20 et 100 kilomètres au-dessus de la surface sur une période de six mois. LDEX a détecté en moyenne une particule de poussière lunaire de 0,3 micromètre par minute. Le comptage des particules de poussière a culminé pendant les pluies de météores des Géminides, des Quadrantides, des Taurides et Omicron Centaurides, lorsque la Terre et la Lune ont traversé des débris de comètes. Les nuages sont asymétriques, plus denses près de la limite entre le côté jour et le côté nuit de la Lune.

Atmosphère épaisse passée

En octobre 2017, des scientifiques de la NASA du Centre de vol spatial Marshall et du Lunar and Planetary Institute de Houston ont annoncé qu'ils avaient découvert, à partir d'études d'échantillons de magma de la Lune prélevés par les missions Apollo, que la Lune avait possédé une atmosphère relativement épaisse pendant une période de 70 millions d'années entre 3 et 4 milliards d'années auparavant. Cette atmosphère, provenant de gaz éjectés lors d'éruptions volcaniques lunaires, était deux fois plus épaisse que celle de l'actuelle planète Mars. L'ancienne atmosphère lunaire a été progressivement dépouillée par les vents solaires et dissipée dans l'espace.

Saisons

L'inclinaison de l'axe de la Lune par rapport à l'écliptique n'est que de 1,5424°, soit beaucoup moins que les 23,44° de la Terre. À cause de ça, l'éclairement solaire de la première varie beaucoup moins selon les saisons, et les détails topographiques jouent un rôle crucial dans les effets saisonniers. D'après les images prises par Clementine en 1994, il semble que quatre régions montagneuses au bord du cratère Peary, au pôle Nord de la Lune, puissent rester illuminées pendant toute la journée lunaire, créant ainsi des pics de lumière éternelle. De telles régions n'existent pas au pôle Sud. De même, il y a des endroits qui restent dans l'ombre permanente au fond de nombreux cratères polaires, et ces « cratères d'obscurité éternelle » sont extrêmement froids : Lunar Reconnaissance Orbiter a mesuré les températures estivales les plus basses dans les cratères du pôle Sud à 35 K (−238 °C) et seulement 26 K (−247 °C) vers le solstice d'hiver dans le cratère Hermite au pôle Nord. C'est la température la plus froide du Système solaire jamais mesurée par un engin spatial, plus froide même que la surface de Pluton. Les températures moyennes de la surface de la Lune sont connues, mais celles de ses différentes régions varieront grandement selon qu'elles sont au soleil ou à l'ombre.

Système Terre-Lune

La Terre et son satellite, distance non respectée.

La Lune influence le milieu terrestre de plusieurs façons, notamment :

• par la marée : le mouvement de révolution de la Lune autour de la Terre induit un effet gravitationnel différentiel (par rapport à l’effet gravitationnel Lune-Terre, vu du centre de la Terre) sur les eaux qui constituent les océans et les mers, provoquant une hausse locale du niveau d’eau à la surface de la Terre, approximativement dans la direction Terre-Lune, et dans la direction opposée. Cet effet différentiel est supérieur à celui dû au Soleil, même si sur Terre le champ de gravitation du Soleil est supérieur à celui de la Lune. L’onde de marée est en retard par rapport au mouvement de la Lune du fait de la déformabilité de l'eau ; il s’ensuit un lent ralentissement du mouvement de rotation de la Terre, et un très lent éloignement de la Lune.
• l’activité sismique : le magma du manteau, présent sous la croûte terrestre solide, subit lui aussi du fait de son état visqueux des mouvements, correspondant au passage du satellite. Pour certains^[Qui ?], la fragmentation de la croûte en plaques serait une conséquence de la présence de la Lune.^{[réf. nécessaire]} Il est important de réaliser que cela n’est plausible que parce que la Lune était beaucoup plus près de la Terre à ses origines. Pour le volcanologue Jacques-Marie Bardintzeff, « la Lune a un effet de marée bien connu sur la Terre. Mais son influence est trop faible pour déclencher une éruption. Cependant pour un volcan en activité, la Lune peut modifier légèrement son comportement. Bien différent est le cas de Io, lune (satellite) de Jupiter. L'énorme Jupiter provoque des éruptions fantastiques sur Io. »
• le climat : lors des différentes phases de la lune, la force de marée attire plus ou moins l’atmosphère et participe ainsi, à hauteur de quelques pourcents, aux phénomènes de surpression et de dépression.
• la croissance des animaux : le nautile possède une coquille en spirale formée d’anneaux. Chaque jour, il forme un anneau supplémentaire. Au bout d’un mois se forme une nouvelle cloison intérieure. Si l’on observe des coquilles fossiles, la fréquence des cloisons intérieures augmente proportionnellement à leur ancienneté. C’est une confirmation indirecte et indépendante de l’allongement du mois dû à l’augmentation progressive de la distance Terre-Lune. Cependant cette hypothèse est de plus en plus contestée.
• l’obliquité terrestre : l’obliquité de la Terre varie entre 21 et 24° environ par rapport au plan de l’écliptique. Celle de Mars qui n’a pas de satellite naturel comparable varie entre 20 et 60°. Les scientifiques^[Qui ?] pensent donc que la Lune stabilise la Terre dans son mouvement comme si elle était un contrepoids — simplement parce que le moment d’inertie du système Terre-Lune est bien plus grand que celui de la Terre seule.

Formation et évolution

Impact géant (impression d'artiste).

Formation

Animation (échelles non respectées) de Théia entrant en collision avec la Terre et provoquant la formation de la Lune.

Problématique

La Lune s'est formée il y a 4,51 milliards d'années, c'est-à-dire environ 60 millions d'années après l'origine du système solaire. Plusieurs mécanismes de formation ont été proposés, notamment la fission de la Lune à partir de la croûte terrestre par la force centrifuge (ce qui nécessiterait une vitesse de rotation initiale de la Terre trop élevée), la capture gravitationnelle d'une Lune préformée (ce qui nécessiterait une atmosphère terrestre étendue irréaliste pour dissiper l'énergie de la Lune de passage) et la co-formation de la Terre et de la Lune dans le disque d'accrétion primordial (ce qui ne peut pas expliquer la disparition des métaux dans la Lune). Ces hypothèses ne peuvent pas non plus expliquer le moment cinétique élevé du système Terre-Lune.

L'hypothèse dominante est que le système Terre-Lune s'est formé après l'impact d'un corps de la taille de Mars (nommé Théia) avec la proto-Terre (impact géant). L'impact a projeté des matériaux sur l'orbite de la Terre, dont l’accrétion a formé la Lune. La face cachée de la Lune a une croûte plus épaisse de 48 km que celle de la face visible. Une explication possible (mais non consensuelle) serait que la Lune a fusionné à partir des matériaux de deux corps différents.

L'évolution de la Lune et tour de la Lune.

Cette hypothèse, bien qu'imparfaite, est celle qui explique le mieux les caractéristiques du système Terre-Lune actuel. Dix-huit mois avant la conférence d'octobre 1984 sur les origines de la Lune, les organisateurs Bill Hartmann, Roger Phillips et Jeff Taylor ont mis au défi leurs collègues scientifiques lunaires : « Vous avez dix-huit mois. Retournez à vos données d'Apollo, retournez à votre ordinateur, faites ce que vous avez à faire, mais décidez-vous. Ne venez à notre conférence que si vous avez quelque chose à dire sur la naissance de la Lune. » Lors de la conférence de 1984 à Kona, à Hawaii, l'hypothèse de l'impact géant est apparue comme la théorie la plus consensuelle.

« Avant la conférence, il y avait des partisans des trois théories "traditionnelles", plus quelques personnes qui commençaient à prendre l'impact géant au sérieux, et il y avait un énorme milieu apathique qui ne pensait pas que le débat serait un jour résolu. Par la suite, il n'y avait pratiquement que deux groupes : le camp de l'impact géant et les agnostiques. »

— Dana Mackenzie, The Big Splat, or How Our Moon Came to Be

Hypothèse de l’impact géant

Selon l’hypothèse de référence, la proto-Terre a été percutée par un impacteur de la taille de Mars, nommé Théia. L'impacteur, la croute et une partie du manteau terrestre sont disloqués. L'impacteur apporte à la Terre une grande partie du fer de son noyau et projette une grande quantité de débris dans l’orbite terrestre. La Lune se forme, par accrétion d'une partie de ce nuage de débris, en un temps très court, de l'ordre d'un siècle.

On pense que les impacts géants ont été communs au début du Système solaire. Des simulations informatiques d'impacts géants ont donné des résultats qui correspondent à la masse du noyau lunaire et au moment cinétique du système Terre-Lune. Ces simulations montrent également que la plus grande partie de la Lune provient de l'impacteur plutôt que de la proto-Terre. Cependant, des simulations plus récentes suggèrent qu'une plus grande partie de la Lune provient du proto-Terre. D'autres corps du Système solaire interne tels que Mars et Vesta ont, selon les météorites, des compositions isotopiques en oxygène et en tungstène très différentes de celles de la Terre. Cependant, la Terre et la Lune ont des compositions isotopiques presque identiques. L'égalisation isotopique du système Terre-Lune pourrait s'expliquer par le mélange après impact du matériau vaporisé qui a formé les deux, même si la question est débattue.

L'impact, d'une très grande énergie, a dispersé une grande quantité de matière à partir de laquelle s'est formé le système Terre-Lune. Cela aurait fait fondre la couche externe de la Terre, et ainsi formé un océan de magma. La Lune nouvellement formée aurait eu également son propre océan magmatique lunaire ; sa profondeur est estimée entre environ 550 et 1 737 km(cf section suivante).

Bien que l'hypothèse de l'impact géant puisse expliquer de nombreux paramètres, certaines questions demeurent sans réponse, dont la plupart concernent la composition de la Lune.

Océan des Tempêtes

Anciennes vallées de rift – structure rectangulaire (visible – topographie – gradients de gravité du GRAIL)

Anciennes vallées de rift – contexte.

Anciennes vallées de rift – vue rapprochée (vue d'artiste).

En 2001, une équipe du Carnegie Institute of Washington a rapporté la mesure la plus précise des signatures isotopiques des roches lunaires. À leur grande surprise, les roches du programme Apollo avaient la même signature isotopique que les roches de la Terre, mais elles différaient de presque tous les autres corps du Système solaire. Cette observation était inattendue car on pensait que la plupart des matériaux qui formaient la Lune provenaient de Théia, or il a été annoncé en 2007 qu'il y avait moins de 1 % de chance que Théia et la Terre aient des signatures isotopiques identiques, ce qui contredit les hypothèses d'une Lune formée loin de la Terre ou issue principalement de Théia.

Variantes

Ces écarts peuvent s'expliquer par des variantes de l'hypothèse de l'impact géant. En 2017, une hypothèse alternative est proposée, celle d'une série d'impacts moins cataclysmiques : chaque impact forme un anneau de débris (formés principalement de matériaux terrestres) qui se rassemble en un petit satellite, que les effets de marée font ensuite s'éloigner ; ces petits satellites finissent par se rejoindre et fusionner tout à tour en un unique (gros) satellite, la Lune. Ce scénario serait plus compatible avec les contraintes de composition chimique et de moment cinétique, et nécessiterait des conditions moins particulières que celui de la collision Terre/Théia.

En 2018, une autre piste est proposée : une variante du modèle de référence mais avec formation d'une synestia. En effet le modèle classique ne rend pas compte de certaines caractéristiques de la Lune comme son manque d'éléments volatils par rapport à la Terre. Selon cette nouvelle hypothèse, la percussion d'une proto-Terre plus petite conduit à la vaporisation et au mélange de la croute et du manteau terrestre avec les matériaux de l'impacteur. Se crée alors une synestia — à savoir un nuage torique de gaz et de fragments rocheux. Selon cette hypothèse, la lune résulterait de l'accrétion des fragments rocheux en quelques décennies tandis que les éléments volatils restent dans le nuage de vapeur et rejoignent progressivement la terre au cours de son long refroidissement.

Évolution

1^re étape : Hypothèse de l'océan magmatique lunaire

Cette hypothèse a été formulée peu après les premières analyses des roches retournées par Apollo 11. Elle permet d'expliquer notamment la présence abondante de plagioclases en surface, et la présence de KREEP (voir #Composition et structure interne).

À la suite de l'impact géant, une telle quantité d'énergie a été produite qu'il est probable que la surface de la Lune consistait alors en un vaste océan de magma, sur une profondeur de plusieurs centaines de kilomètres. La cristallisation et la différenciation de ce magma lors de son refroidissement ont formé la croûte et ses roches anorthosiques typiques, ainsi que le manteau lunaire tels que nous les connaissons aujourd'hui.

Toutefois, ce modèle n'explique pas toutes les caractéristiques observées de la composition de la surface. Un peu comme la physique newtonienne n'est pas fausse en première approximation, mais peut être complétée par la théorie de la relativité, ce modèle doit être amélioré pour expliquer certains détails. Notamment, on observe une forte dissymétrie entre la face cachée de la Lune, plus épaisse, où le thorium est rare en surface, et le relief plus exacerbé (ce qui a été démontré par le relevé topographique effectué par SELENE), et la face visible de la Lune où il existe de fortes concentrations en thorium et en KREEP, et où le relief est peu marqué, avec de vastes plaines lisses (dites « mers lunaires »). Même dans le cas de l'hypothèse de l'océan magmatique lunaire, des bassins profondément creusés comme le bassin Pôle Sud-Aitken auraient dû révéler des concentrations semblables sur les deux faces, et le relief aurait dû être plus homogène sur les deux faces de la Lune. Pour expliquer cette dichotomie géomorphologique et physicochimique, des planétologues ont proposé diverses explications :

1. Les hauts plateaux et chaînes de montagnes qui culminent à plus de 3 000 mètres sur la face cachée (dont la croûte est nettement plus épaisse, de 20 km environ) pourraient résulter des retombées de débris projetés lors de la formation du bassin d'Aitken (grand bassin d'impact situé au pôle Sud lunaire) ;
2. Les forces de marée engendrées par la proximité de la Terre auraient pu induire un chauffage interne et des convections au sein du manteau peu après sa formation.
3. Pour le suisse Martin Jutzi (Université de Berne et l'américain Eric Asphaug (Université de Californie), une collision majeure entre la lune encore imparfaitement accrétée et refroidie et un compagnon plus petit formé en même temps qu'elle et ayant survécu quelques dizaines de millions d'années, car formé à l'un des points de Lagrange du Système Terre-Lune (points d’équilibre gravitationnel) pourrait expliquer la présence et la répartition des montagnes de la face cachée. Cette hypothèse est confortée par des simulations informatiques, à condition que la seconde lune ait été environ 3 fois plus petite que notre Lune actuelle, et que sa vitesse relative ait été de 2,4 kilomètres par seconde environ (au-delà, le choc aurait brisé la seconde lune en éjectant les débris). La petite lune se serait a priori solidifiée plus tôt que la grande, ce qui expliquerait des teneurs différentes en certains minéraux sur la face cachée (qui alors devrait aussi présenter des roches plus anciennes). La collision - si elle a eu lieu - a dû également modifier la répartition interne du magma sous la face visible. Les deux lunes étant sur une orbite voisine autour de la Terre auraient pu entrer en collision à une vitesse bien inférieure à celle des météorites qui créent, elles, des cratères. Cette lenteur relative aurait permis une accrétion des deux lunes.

2^e étape : Hypothèse du grand bombardement tardif

Cette hypothèse suppose que la surface de la Lune a été abondamment et violemment bombardée, il y a à peu près 4 milliards d'années, pendant environ 200 millions d'années, par un grand nombre de météorites ou comètes. Les plus grands cratères ou bassins lunaires proviendraient de cet épisode cataclysmique^{[réf. nécessaire]}.

Visibilité et observation

Depuis la Terre

Vue d'un croissant de Lune avec un appareil-photo réflex numérique monté sur une lunette Orion 80ED.

Photo de pleine Lune prise avec un appareil-photo réflex numérique monté sur une lunette Orion 80ED.

Avec une magnitude de -12,6 pendant la pleine lune, c'est le corps céleste le plus visible dans le ciel de la Terre, après le Soleil. Cette luminosité et sa proximité la rendent facilement observable, même à l’œil nu ou en plein jour. Des jumelles permettent de distinguer les mers et les plus gros cratères. De plus, de nombreux phénomènes observables, liés à son orbite caractéristique, la distinguent des autres astres.

Phases

Lune gibbeuse croissante avec un appareil-photo réflex numérique monté sur une lunette Orion 80ED.

Du fait de sa rotation synchrone, la Lune présente toujours quasiment la même partie de sa surface vue de la Terre : la face dite « visible ». Mais la moitié de la sphère éclairée par le soleil varie au cours des 29,53 jours d’un cycle synodique, et donc la portion éclairée de la face visible aussi. Ce phénomène donne naissance à ce que l’on appelle les phases lunaires, qui se succèdent au cours d’un cycle appelé « lunaison »^{[réf. nécessaire]}.

Éclipses

Depuis la Terre, la Lune et le Soleil apparaissent à la même taille, comme on a pu le voir pendant l'éclipse solaire de 1999 (gauche), tandis que pour la sonde STEREO-B, située dans une orbite à la suite de la Terre, la Lune apparait bien plus petite que le Soleil (droite).

Les éclipses ne se produisent que lorsque le Soleil, la Terre et la Lune sont tous en ligne droite (ce qu'on appelle une « syzygie »). Les éclipses solaires se produisent à la nouvelle lune, lorsque la Lune se trouve entre le Soleil et la Terre. En revanche, les éclipses lunaires se produisent à la pleine lune, lorsque la Terre se trouve entre le Soleil et la Lune. La taille apparente de la Lune est à peu près la même que celle du Soleil, les deux étant vues à près d'un demi degré de large. Le Soleil est beaucoup plus grand que la Lune, mais c'est la distance beaucoup plus grande qui lui donne la même taille apparente que la Lune beaucoup plus proche et beaucoup plus petite du point de vue de la Terre. Les variations de taille apparente, dues aux orbites non circulaires, sont également presque identiques, bien que se produisant dans des cycles différents. Cela permet à la fois des éclipses solaires totales (la Lune apparaissant plus grande que le Soleil) et annulaires (la Lune apparaissant plus petite que le Soleil). Dans une éclipse totale, la Lune recouvre complètement le disque du Soleil et la couronne solaire devient visible à l'œil nu.  Comme la distance entre la Lune et la Terre augmente très lentement avec le temps, le diamètre angulaire de la Lune diminue. De plus, au fur et à mesure qu'il évolue pour devenir une géante rouge, la taille du Soleil et son diamètre apparent dans le ciel augmentent lentement. La combinaison de ces deux changements signifie qu'il y a des centaines de millions d'années, la Lune couvrirait toujours complètement le Soleil lors des éclipses solaires, et qu'aucune éclipse annulaire ne serait possible. De même, des centaines de millions d'années plus tard, la Lune ne couvrira plus complètement le Soleil et il n'y aura plus d'éclipses solaires totales.

Comme l'orbite de la Lune autour de la Terre est inclinée d'environ 5,145° (5° 9') par rapport à l'orbite de la Terre autour du Soleil, les éclipses ne se produisent pas à chaque pleine et nouvelle lune. Pour qu'une éclipse se produise, la Lune doit se trouver près de l'intersection des deux plans orbitaux. La périodicité et la récurrence des éclipses du Soleil par la Lune et de la Lune par la Terre sont décrites par le saros, dont la période est d'environ 18 ans.

Parce que la Lune bloque continuellement notre vue d'une zone circulaire du ciel d'un demi-degré de large, le phénomène lié d'occultation se produit lorsqu'une étoile ou une planète lumineuse passe derrière la Lune et est occultée : cachée à la vue. Ainsi, une éclipse solaire est une occultation du Soleil. Parce que la Lune est relativement proche de la Terre, les occultations des étoiles individuelles ne sont pas visibles partout sur la planète, ni en même temps. En raison de la précession de l'orbite lunaire, différentes étoiles sont occultées chaque année.

Lune montante, Lune descendante

Au fil du cycle lunaire, la déclinaison de la Lune varie : d’un jour au suivant, elle augmente pendant une moitié du cycle et elle décroît pendant l’autre moitié. En un point de l’hémisphère nord :

• la Lune est dite « montante » lorsque sa déclinaison augmente. En particulier, d’un jour au suivant : 1^o. lors de ses passages en direction du sud, sa hauteur au-dessus de l’horizon augmente ; 2^o. lors de ses levers, le point de l’horizon où elle se lève est situé plus au nord ; 3^o. lors de ses couchers, le point de l’horizon où elle se couche est situé plus au nord.
• La Lune est dite « descendante » lorsque sa déclinaison diminue. En particulier, d’un jour au suivant : 1^o. lors de ses passages en direction du sud, sa hauteur au-dessus de l’horizon diminue ; 2^o. lors de ses levers, le point de l’horizon où elle se lève est situé plus au sud ; 3^o. lors de ses couchers, le point de l’horizon où elle se couche est situé plus au sud.

Lumière

La Lune renvoie la lumière du Soleil. Son spectre lumineux est proche de ce dernier du fait de l'atmosphère quasi nulle (raies de Fraunhofer). Toutefois, la roche poreuse à la surface absorbe une partie du rayonnement et renvoie la lumière sans direction privilégiée. On dit que la lumière est polarisée (voir polarisation de la lumière).

Librations

Cette animation montre un ensemble de vues simulées de la Lune sur une période d'un mois, comme si une photographie avait été prise chaque jour à la même heure. Elle permet de mettre en évidence le phénomène de libration lunaire.

La Lune présentant toujours le même hémisphère à la Terre (sa rotation étant synchrone, c’est-à-dire sa période de révolution étant égale à sa période de rotation), on appelle librations les phénomènes permettant à un observateur à la surface de la Terre de voir plus de 50 % de la surface de la Lune.

Ces phénomènes peuvent prendre quatre formes : les librations en longitude, les librations en latitude, les librations parallactiques et les librations physiques.

L’ensemble de ces phénomènes de libration au cours de lunaisons successives permet d’observer environ 59 % de la surface lunaire depuis la surface terrestre. Toutefois, les zones supplémentaires ainsi offertes à l’observation sont très déformées par l’effet de perspective, et rendent difficile l’observation de ces régions depuis le sol. Seules les sondes automatiques, par un survol régulier, en permettent l’étude topologique précise.

Flash

Ces phénomènes transitoires de quelques dixièmes de milliseconde, de magnitude généralement de 5 à 10 (mais pouvant être 3), ne sont visibles qu'au télescope ou lunette associés à une caméra vidéo et sur la partie non éclairée de la Lune. Le flash lunaire provient de la chute de corps (provenant essentiellement d'essaims de météorites ou de comètes) de 5 à 15 cm percutant la Lune à des vitesses de 20 à 30 km/s, ce qui fait fondre la roche en surface au point d'impact et projette des gouttelettes de roches liquides. L'éclair lumineux est produit par l'énergie dégagée lors de cet impact. Depuis cinq siècles, 570 phénomènes de flash lunaire ont été rapportés par 300 observateurs

Observation depuis l'espace

Le satellite DSCOVR voit la Lune passer devant la Terre.

Exploration

Les différents sites d'alunissage sur la Lune.

L’astronaute Harrison Schmitt se tenant debout à côté du rocher Taurus-Littrow durant la troisième sortie extra-véhiculaire de la mission Apollo 17.

L'exploration de la Lune commence dès que l'homme parvient à lancer des engins capables de se satelliser dans l'espace à la fin des années 1950. Depuis cette époque plus de 90 missions dont 6 avec équipage ont été lancées vers notre satellite pour étudier ses caractéristiques. Les ingénieurs russes et américains sont rapidement passés au cours de la décennie 1960 d'engins seulement capables de collecter des données sur la Lune durant son survol ou avant de s'écraser sur celle-ci aux orbiteurs, atterrisseurs puis aux astromobiles (rover). Cette phase culmine avec les premiers pas de l'homme sur la Lune effectués par l'équipage de la mission Apollo 11. La Lune à compter de 1974 est délaissée par les puissances spatiales au profit des autres corps célestes du système solaire. L'intérêt pour la Lune renaît à la suite de deux petites missions de la NASA —-Clementine et Lunar Prospector — qui découvrent des indices d'eau dans les régions polaires. À compter de la fin des années 1990, la Lune est la destination principale des sondes spatiales des nouvelles nations spatiales qui développent des programmes d'exploration du système solaire, principalement le Japon, la Chine et l'Inde.

Missions passées

Programme Luna

Le premier objet fabriqué par l’homme à atteindre la Lune fut la sonde soviétique Luna 2, qui s’y écrasa le 14 septembre 1959 à 21 h 2 min 24 sZ. L'année 2009 marque l'anniversaire des premières photographies de la face cachée de la Lune envoyées de l'espace pour la première fois le 7 octobre 1959 lorsque la sonde automatique Luna 3, également lancée par l’Union soviétique, passa derrière la Lune. Luna 9 fut la première sonde à se poser sur la Lune (plutôt que de s’y écraser) ; elle retourna des photographies de la surface lunaire le 3 février 1966. Le premier satellite artificiel de la Lune fut la sonde soviétique Luna 10, lancée le 31 mars 1966. Le 17 novembre 1970, Lunokhod 1 fut le premier véhicule robotisé à explorer sa surface.

Programme Apollo

Le 24 décembre 1968, les membres de l’équipage d’Apollo 8 (Frank Borman, James Lovell, et William Anders) furent les premiers humains à apercevoir directement la face cachée de la Lune. Les premiers humains à se poser sur la Lune le firent le 21 juillet 1969. Ce fut le point culminant de la course spatiale engagée entre les États-Unis et l’URSS, alors en pleine Guerre froide. Le premier astronaute à poser le pied sur la Lune fut Neil Armstrong, le capitaine de la mission Apollo 11, et le second, Buzz Aldrin, le même jour. Les derniers hommes à marcher sur le sol lunaire furent le scientifique Harrison Schmitt et finalement l’astronaute Eugene Cernan, lors de la mission Apollo 17 en décembre 1972.

Au total, au XX^e siècle et jusqu'à nos jours, 24 hommes orbitèrent autour de la Lune et 12 d'entre eux marchèrent sur celle-ci.

Autres programmes

À la fin des années 1990, les sondes Clémentine et Lunar Prospector ont trouvé des indices de présence d’eau sur la Lune.

La sonde européenne SMART-1 s’est insérée en orbite autour de la Lune avec succès le 16 novembre 2004, elle doit trouver de l’eau et permettre de mieux déterminer l’origine de notre satellite (par calcul du taux de fer), grâce à une analyse étendue par des rayons X.

Projets de missions en cours

Programme chinois

Récemment, l’agence spatiale chinoise (CNSA) a dévoilé son plan lunaire qui est fondé en 3 étapes :

1. l’envoi d’une sonde vers la Lune (réalisé en octobre 2007) ;
2. l’envoi de robot sur la Lune (réalisé en décembre 2013) ;
3. le retour d'échantillons.

Programme Constellation

Le programme Constellation de 2008 avait pour objectif de ramener des hommes à la surface de la Lune en 2020. La mission lunaire type comprend un séjour sur la Lune de 7 jours, soit 4 de plus que pour le programme Apollo. Les astronautes, au nombre de 4, descendent tous sur le sol lunaire. À une échéance non fixée, les plans de la NASA prévoient le développement d'un ensemble de modules (habitation, rover, autres équipements) déposés sur la Lune grâce à plusieurs lancements d'Ares V (celui-ci peut « livrer » jusqu'à 15 tonnes de fret sur le sol lunaire). Ces équipements doivent permettre de prolonger le séjour des astronautes pour des missions qui peuvent ainsi durer 210 jours. On envisage d'installer des avant-postes lunaires près du pôle sud pour bénéficier à la fois d'un ensoleillement plus important, donc de nuits plus courtes et de températures moins extrêmes. Le projet est développé sans disposer d'un budget suffisant. Le1^er février 2010, après analyse de la situation par la commission Augustine, le projet est annulé.

Statut légal

Bien qu’ils aient planté symboliquement à plusieurs reprises leur drapeau sur le sol lunaire, les Américains n’ont jamais émis de revendication territoriale sur aucune portion de surface de la Lune. Elle est considérée, grâce au traité de l'espace entré en vigueur le 10 octobre 1967, comme un espace international au même titre que les eaux du même nom. Le traité exclut de plus toute utilisation militaire de l’espace, en particulier le déploiement d’armes non conventionnelles.

Le traité lunaire de 1979 n’ayant pas été ratifié par les grandes nations de l’exploration spatiale, l’appropriation dans des buts économiques et commerciaux par des privés reste dans le flou juridique, ce qui entraîne parfois des revendications des plus fantaisistes. Ainsi, en 1953, l’avocat chilien Jenaro Gajardo Vera (en) enregistra la propriété de la Lune en payant 42 000 pesos de l’époque. On a officialisé l’écriture le 25 septembre 1954 dans le Conservateur des Biens Racines^{[réf. nécessaire]} de la ville de Talca.

Exploration de la face cachée

La face cachée de la Lune a été explorée essentiellement par photographie depuis des sondes spatiales, la première ayant été Luna 3, en 1959.

Le 16 juillet 2015, un satellite de la NASA a révélé des photographies de la face cachée de la Lune. L'animation accélérée proposée par l'Agence Spatiale dure quelques secondes alors que le passage de la Lune devant la Terre dure en réalité près de cinq heures. Les clichés ont été pris par le satellite DSCOVR en orbite à 1,5 million de kilomètres de la Terre en direction du Soleil.

Le 3 janvier 2019 la sonde spatiale chinoise Chang'e 4 se pose sur la face cachée de la lune. Chang'e-4 s'est posé le 3 janvier à 2h26 h UTC dans le cratère Von Kármán situé sur la face cachée de la Lune (coordonnées : 177.6°E, 45.5°S).

Astronomie depuis la Lune

Une image fausses couleurs de la Terre en ultraviolet prise de la surface de la Lune lors de la mission Apollo 16. Le côté jour réfléchit une grande quantité de lumière UV provenant du Soleil, mais le côté nuit montre de faibles bandes d'émission UV provenant des aurores causées par des particules chargées.

Depuis de nombreuses années, la Lune est reconnue en tant qu'excellent site pour les télescopes. Elle se trouve relativement près ; la qualité de la visibilité n'est pas préoccupante ; certains cratères près des pôles sont en permanence sombres et froids, et donc particulièrement utiles pour les télescopes infrarouges ; et les radiotélescopes construits sur la face cachée seraient protégés des bruits radio de la Terre. Le sol lunaire, même s'il pose un problème pour toutes les parties mobiles des télescopes, peut être mélangé avec des nanotubes de carbone et des époxies et utilisé dans la construction de miroirs d'un diamètre pouvant atteindre 50 mètres. Un télescope zénithaltélescope zénithal lunaire peut être fabriqué à peu de frais avec un liquide ionique.

En avril 1972, la mission Apollo 16 a enregistré différentes photos et spectres astronomiques dans l'ultraviolet avec la caméra/spectrographe ultraviolet lointain (en).

Dans la culture populaire

Croyances et mythologies

Exemples de paréidolie formées par les taches de la Lune.

Les astronomes de l'Antiquité ont proposé différentes interprétations, résumées notamment dans le chapitre De la substance de la Lune du Pseudo-Plutarque. En -450, Démocrite y voyait « des montagnes élevées et des vallées creuses ». Plutarque (46-125) pensait que « la Lune est une terre céleste », les zones sombres et régulières (les plaines) sont des dépressions remplies d’eau. Appelés maria (mot latin signifiant « mers » au pluriel), tandis que les hauts plateaux, de couleur claire furent baptisés terrae (« terres »); ces reliefs ne correspondaient pas à la conception du monde d'Aristote.

Pour Aristote, le monde supralunaire est parfait, et donc la Lune est une sphère lisse et inaltérable. Le disciple d'Aristote Cléarque de Soles explique les taches lunaires par le fait que la Lune est un miroir poli qui réfléchit le paysage terrestre. Cette conception aristotélicienne subsista jusqu'au Moyen Âge. Ainsi, sur certaines cartes médiévales terrestres, sont reportées les taches lunaires : manuscrits du De Natura Rerum d'Isidore de Séville, représentation par le géographe Ibn Saïd de l'Afrique du Sud comme la Mare Orientale v. 1250. Cependant, cette théorie est invalidée par l'observation que, quand la Lune se déplace devant la Terre, le visage de la Lune reste inchangé. D'autres savants imaginent alors que les taches sont des vapeurs condensées d'un nuage ou émanant de la Terre. Bien que Galilée ait tourné son télescope vers le ciel et prouvé la réalité de ces reliefs, cette conception de la sphère parfaite est retrouvée dans la Perse du XIX^e siècle et dans le folklore européen du XX^e siècle.

Ces variations de teintes et de lumière à la surface de la Lune sont vues aussi comme des motifs que les hommes interprètent différemment suivant leur culture et leur imaginaire : les nœuds lunaires étaient la tête et la queue du dragon lapon ou du dragon oriental ; la Lune était associée aux animaux nocturnes : le chat (Mandingues en Afrique), le lapin ou le lièvre de jade compagnon de Chang'e. Certains y voient un buffle aux cornes lunaires, une vieille femme au fagot ou à béquilles (Lune descendante), le visage poupin de Jean de la Lune ou un visage de femme ou d’homme entre autres.

La Lune est très présente dans de nombreuses mythologies et croyances folkloriques, et a souvent été associée à des divinités féminines. Ainsi, la déesse grecque Séléné (Luna chez les Romains) a été associée à la Lune, avant d’être supplantée par Artémis (Diane chez les Romains). En revanche, la déesse japonaise Amaterasu est associée au Soleil et son frère, Tsukuyomi, est lui associé à la Lune, de même chez les Mésopotamiens, où le dieu Nanna (ou Sîn) est associé à la Lune. Cette inversion est également présente dans les mythologies nordiques et germaniques (scandinave, lettonne ^{[réf. nécessaire] [Information douteuse]}…), et c’est pourquoi J. R. R. Tolkien l’a reprise dans sa mythologie de la Terre du Milieu, faisant de Tilion le dieu de la Lune et d’Arien la déesse du Soleil^{[réf. nécessaire]}.

La Lune est également présente dans la culture religieuse musulmane. Non seulement elle est à la base de l'édification du calendrier musulman qui est un calendrier lunaire, mais elle est aussi évoquée dans les différentes biographies religieuses de Mahomet puisqu'on lui prête l'exploit d'avoir fendu la Lune en deux. Une des apparitions de la nouvelle Lune marque pour les musulmans le début du mois de jeûne nommé ramadan. Lorsque la Lune est en direction du Soleil, elle est très difficilement observable de la Terre car le Soleil éclaire l’atmosphère et n’illumine pas la face que la Lune présente à la Terre : la Lune n’est visible qu’au coucher du Soleil, lorsque l’observateur n’est plus ébloui par la clarté du ciel. C’est cette apparition que les musulmans surveillent pour décider du début du ramadan, ainsi que tous les autres mois du calendrier hégirien, qui est un calendrier lunaire^{[réf. nécessaire]}.

Les connaissances empiriques des hommes sur l’agriculture ont toujours accordé une grande importance à la Lune, dans les diverses phases de développement des végétaux ou pour déterminer les moments propices aux semailles^{[réf. nécessaire]}.

Le mot lunatique est dérivé de Luna par supposition ancienne en Europe que la Lune était liée au cycle menstruel de la femme (mais pas en Inde, où celui-ci est plus proche de 32 jours, voir article^{[Information douteuse]}) ou de folie périodique^{[réf. nécessaire]}. De même pour les légendes concernant les thérianthropes — tel le loup-garou — créatures mythiques qui tireraient leur force de la Lune et seraient capables de passer de leur forme humaine à leur forme bestiale pendant les nuits de pleine Lune.

Certains auteurs^{[Lesquels ?]} ont fait remarquer que, si la Lune n’avait pas constamment présenté la même face à la Terre, l’histoire de la pensée aurait été différente. En effet, la voyant tourner, il serait devenu évident d’y voir une sphère et non un disque. Une généralisation de cette constatation à d’autres objets célestes, et en particulier à la représentation de la Terre, aurait pu accélérer considérablement l’adoption de conceptions de l’univers non géocentriques^{[réf. nécessaire]}.

La Lune a souvent fait rêver, notamment chez les amoureux qui considèrent souvent le clair de Lune comme très romantique. On appelle « lune de miel » un voyage en amoureux, en français comme en anglais (honeymoon)^{[réf. nécessaire]}.

L’imaginaire a par ailleurs doté la Lune d’habitants, les Sélénites. Ce nom vient du nom de la déesse grecque Séléné, qui était associée à la Lune^{[réf. souhaitée]}.

Dans la mythologie hindoue, la Lune est une entité masculine et se nomme Chandra, elle est représentée par un dieu masculin de la même désignation. Elle est aussi connue sous le nom de Soma, un dieu fameux dans le Rig-Véda. La Lune est considérée comme une planète édénique des plus importantes, où on boit le soma, une drogue qui a le pouvoir de donner l'immortalité, dans le cadre de la manifestation cosmique, manifestation qui prend fin après des milliards d'années puis reprend à nouveau dans un cycle sans fin. Même Brahma, le démiurge, meurt un jour ou l'autre. Le soma est aussi la sève des plantes et la Lune est réputée être responsable pour donner le suc et le goût aux plantes. Les êtres qui y vivent, selon les écrits religieux de l'Inde, n'ont évidemment pas de corps comme ceux des humains; ils sont constitués de matière brute comme l'eau et la terre. La Bhagavad-gita la mentionne à plusieurs reprises, et elle fait partie des douze astres qui, en astrologie, influencent la santé et la destinée de l'être humains: « D'entre les Additifs, je suis Vishnou, et d'entre les sources de lumière, le soleil radieux. Parmi les Maruts, je suis Marici, et parmi les astres de la nuit, la lune. »^{[réf. nécessaire]}

• La Genèse désigne la Lune, lors de la création, du nom de petit luminaire. Sa création, ainsi que celle du Soleil, est postérieure à celle de la [[Lumière|Lumière^{[réf. nécessaire]}]].
• On peut aussi la comparer à Jean le Baptiste, dont le prologue de l’évangile de Jean dit qu’il n’est pas la Lumière mais qu’il lui rend témoignage^{[réf. nécessaire]}.
• En astrologie, la Lune est l'astre gouvernant du [[cancer (astrologie)|Cancer^{[réf. nécessaire]}]].
• La Lune est la dix-huitième carte du tarot de Marseille.^{[réf. nécessaire]}
• La Lune figure sur de nombreux blasons et certains drapeaux : drapeau du Laos, drapeau de la Mongolie, drapeau des Palaos, drapeau saami, Shan (Birmanie)^{[réf. nécessaire]}.
• La Lune figure sur des drapeaux et blasons sous forme de croissant où elle évoque l’Empire ottoman. Le croissant figure sur plusieurs drapeaux de pays musulmans à travers le monde sous diverses formes dont la Turquie, la Tunisie, l’Algérie, la Mauritanie, l’Azerbaïdjan, l’Ouzbékistan, le Pakistan, la République turque de Chypre du Nord^{[réf. nécessaire]}.

Dans les médias

La première définition littéraire de la Lune appartient aux Hymnes homériques où elle s'unit à Zeus et accouche de Pandée. Son nom est Séléné (en grec ancien Σελήνη / Selếnê, « lune »).

Une chanson populaire française très connue s’appelle Au clair de la lune^{[pertinence contestée]}.

Mais la Lune est également très présente dans les films d’horreur, tels que Frankenstein et Freddy Krueger^{[pertinence contestée]}.

Calendrier

Les phases régulières de la Lune en font un élément très pratique pour mesurer le temps, et les périodes de son ascension et de son déclin sont à la base de nombreux calendriers parmi les plus anciens. Certains archéologues croient que les bâtons de comptage, des os dentelés datant d'il y a 20 à 30 000 ans, marquent les phases de la Lune.

Le mois de ~30 jours est une approximation du cycle lunaire. Le nom anglais month (« mois ») et ses dérivés dans d'autres langues germaniques proviennent du proto-germanique *mǣnṓth-, qui est lié au proto-germanique *mǣnōn susmentionné, indiquant l'utilisation d'un calendrier lunaire chez les Germains (calendrier germanique) avant l'adoption d'un calendrier solaire. La racine PIE de la lune, *mǣnōn, dérive de la racine verbale PIE *meh₁-, "mesurer", "indiquer une conception fonctionnelle de la Lune, càd. faiseuse de mois" (cf. les mots anglais measure et menstrual), et fait écho à l'importance de la Lune pour de nombreuses cultures anciennes dans la mesure du temps (voir le latin mensis et le grec ancien μείς (meis) ou μήν (mēn), signifiant "mois").

La Lune joue un rôle important dans les calendriers lunaires et donc dans la notion de semaine qui, elle, n’a pas de signification lunaire. Le découpage du mois lunaire en quatre semaines existait dans le calendrier judaïque et a été mis en place par l’empereur romain Constantin I^er. Auparavant les Romains utilisaient des décades pour découper leurs mois en trois décades. Les changements de calendriers viennent de la difficulté de concilier la périodicité de la Lune « luminaire de la nuit » à la périodicité du Soleil, du fait de la rotation de la Terre sur elle-même et du fait de sa révolution autour du Soleil^{[réf. nécessaire]}.

La plupart des calendriers historiques sont lunisolaires.  Le calendrier hégirien du VII^e siècle est un exemple exceptionnel de calendrier purement lunaire. Les mois sont traditionnellement déterminés par l'observation visuelle du hilal, ou premier croissant de lune, à l'horizon.

Moonrise, 1884, painting by Stanisław Masłowski (Musée national de Cracovie, Gallery of Sukiennice Museum)

Croissant rouge.

Symboles Unicode

En Unicode, plusieurs symboles existent :

• U+263D ☽ premier quartier de lune (HTML : ☽ ) ;
• U+263E ☾ dernier quartier de lune (HTML : ☾ ) ;
• U+1F311 🌑 new moon symbol (HTML : 🌑 ) ; voir aussi le symbole géométrique U+25CF « cercle noir », qui est en fait un disque noir ;
• U+1F312 🌒 waxing crescent moon symbol (HTML : 🌒 ) ;
• U+1F313 🌓 first quarter moon symbol (HTML : 🌓 ) ; voir aussi le symbole géométrique U+25D0 « cercle avec moitié gauche noire », qui est en fait un disque avec moitié gauche noire ;
• U+1F314 🌔 waxing gibbous moon symbol (HTML : 🌔 ) ;
• U+1F315 🌕 full moon symbol (HTML : 🌕 ) ; voir aussi le symbole géométrique U+25CB « cercle blanc », qui est en fait un disque blanc, et même un cercle noir (!) ;
• U+1F316 🌖 waning gibbous moon symbol (HTML : 🌖 ) ;
• U+1F317 🌗 last quarter moon symbol (HTML : 🌗 ) ; voir aussi le symbole géométrique U+25D1 « cercle avec moitié droite noire », qui est en fait un disque avec moitié droite noire ;
• U+1F318 🌘 waning crescent moon symbol (HTML : 🌘 ) ;
• U+1F319 🌙 crescent moon (HTML : 🌙) ;
• U+1F31A 🌚 new moon with face (HTML : 🌚 ) ;
• U+1F31B 🌛 first quarter moon with face (HTML : 🌛 ) ;
• U+1F31C 🌜 last quarter moon with face (HTML : 🌜 ) ;
• U+1F31D 🌝 full moon with face (HTML : 🌝 ).

Notes et références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Moon » (voir la liste des auteurs).

Voir aussi

Bibliographie

• David Whitehouse (trad. Charles Frankel), Lune la Biographie autorisée, Dunod- Quai des sciences, 2008, 252 p. (ISBN 978-2-10-051547-9)
• Peter Bond (trad. Nicolas Dupont-Bloch), L'exploration du système solaire [« exploring the solar system »], De Boeck, 2014 (1^re éd. 2012), 462 p. (ISBN 978-2-8041-8496-4)
• Antonín Rükl (texte et illustrations), Atlas de la lune, Collection Approche de la nature, Grûnd, Paris, 224 pages, texte adapté du tchèque par Martine Richebé et ensemble révisé par Jean-Marc Becker pour la société astronomique de France. (ISBN 978-2-7000-1554-6).
• Scott L. Montgommery, Moon, Weldon Owen Pty, Sydney (Australia), 2009, adaptation en français, avec préface de Patrick Baudry, sous l'égide de Céline de Quéral, portant le titre, Lune, du rêve à la conquête, publié par Sélection du Reader's digest, 2009, 256 pages. (ISBN 978-2-7098-2039-4).
• Matthieu Laneuville, « La Lune : Une histoire pleine de surprises », Pour la science, n^o 466,‎ août 2016, p. 26-35.

Articles connexes

• Sélénographie
• Géologie de la Lune
• Formation et évolution du Système solaire
• Hypothèse de l'impact géant
• Exploration de la Lune
• Programme Apollo
• Satellites hypothétiques de la Terre
• Phase lunaire
• Listes des cratères, des mers, des reliefs et des vallées lunaires
• Colonisation de la Lune
• Lune dans la culture populaire
• Influence lunaire

Liens externes

• Notices d'autorité :

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  • Japon
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  • Israël
  • Tchéquie
  • Lettonie
• (en) Photos de la Lune, sur le site de la NASA.
• (en) Photos satellites de la Lune, sur le site de Google.
• (en) Cartes de la Lune, sur le site du Lunar and Planetary Institute.
• (en) Cartes de la Lune, Geological Lunar Researches Group.
• (en) Photo en HD de la Lune par la sonde LRO en 2009 (1 pixel = 150 m)
• Carte de la Lune, 1884, sur le site Carto-mondo.