Comment une éclipse lunaire se forme-t-elle ?

Nœuds lunaires et cône d’ombre : tout savoir sur la mécanique céleste se cachant derrière la magie des éclipses lunaires

Une éclipse lunaire est l’un des événements les plus esthétiques pouvant être observés dans le ciel. Nous avons tous, sans nul doute, déjà vu une éclipse lunaire totale. Il n’empêche pourtant que ce type d’éclipse est très rare et ne se produit que deux fois par an au maximum.

Comment se fait-il qu’une personne donnée voie les éclipses solaires beaucoup plus rarement que les éclipses lunaires ? Il s’agit là d’une question bien légitime et la réponse est très simple : alors que l’on peut suivre les éclipses lunaires sur tout le côté nuit de la terre, une éclipse solaire totale est très localement limitée car la zone dans laquelle on voit l’occultation n’a une largeur que de 100 kilomètres peut-être. Aujourd’hui, une éclipse lunaire n’est qu’un événement d’une valeur scientifique limitée. Laissez-vous tout simplement surprendre par la fascination de ce processus.

Ceci étant, s’attarder sur les causes d’une éclipse lunaire permet de prendre plus de plaisir à l’observer. Comment, donc, une éclipse lunaire se produit-elle ? Une éclipse lunaire ne peut se produire que lorsque la Lune est pleine. On pourrait parfaitement dire que si l’on a une pleine Lune tous les mois, on doit donc pouvoir voir une éclipse lunaire totale tous les mois également.

Les choses ne sont malheureusement pas aussi simples, car le plan orbital de la Lune est incliné de 5° par rapport au plan de l’écliptique (plan orbital de la Terre). De ce fait, à chaque rotation, la Lune coupe deux fois l’écliptique aux nœux lunaires. Éclairée par le soleil, notre Terre ronde projette dans l’espace une ombre en forme de cône qui s’étend dans l’espace sur 1,4 million de kilomètres environ. À l’extrémité extérieure extrême, ce cône s’effile.

Dans une phase de pleine Lune habituelle, nous ne voyons pas d’éclipse. Nous n’en voyons que lorsque la pleine Lune se trouve près du point d’intersection entre le plan orbital de la Lune et le plan orbital de la Terre. On donne également à ce point d’intersection le nom de point nodal ou nœud lunaire. Ce n’est que lorsque ces conditions sont remplies que la pleine Lune peut traverser l’ombre de la Terre. C’est pourquoi seuls 30% environ des éclipses sont des éclipses totales, toutes les autres étant des éclipses partielles ou ne se situant que dans la zone pénombrale.

Le cône d’ombre de la Terre a un diamètre d’environ 10 000 kilomètres en distance lunaire, ce qui correspond à trois fois environ le diamètre de la Lune. Par conséquent, une éclipse totale dure au maximum un peu plus de 100 minutes. La durée n’est pas constante car la Lune se trouve trop souvent au bord supérieur ou inférieur du cône d’ombre et, en général, on ne peut alors pas profiter très longtemps de l’éclipse. Bien sûr, la phase partielle est également intéressante mais c’est en fait la phase totale qui suscite la véritable fascination.

Cette fascination, nous la devons à la Terre car c’est par son aide que la Lune apparaît non pas noire, assombrie et, par suite, sans intérêt, mais souvent brunâtre ou rouille. Ceci s’explique par la façon dont notre atmosphère terrestre réfracte notre lumière solaire. Tandis que la part de lumière bleue se disperse dans l’atmosphère, celle-ci réfracte la part rouge de la lumière. C’est précisément cette part que nous détectons sur la Lune en éclipse totale. Il s’agit là, véritablement, d’un phénomène d’une inhabituelle fascination !

Des éclipses lunaires, il ne s’en produit pas chaque année. Il nous faut même souvent renoncer à une éclipse lunaire totale et nous contenter d’éclipses partielles. C’est le cas lorsque notre pleine Lune ne se trouve pas précisément à proximité immédiate des points nodaux, mais à une distance comprise entre 4° et 9° environ. La Lune ne plonge alors que dans une zone partielle de l’ombre terrestre. Même si la fascination n’est pas aussi grande que celle suscitée par une éclipse totale, ce type d’éclipse vaut lui aussi le coup d’œil.

Si la Lune est plus éloignée encore du point nodal, c’est-à-dire à plus de 9°, elle n’attrape plus le cône d’ombre mais seulement la pénombre qui s’étend dans l’espace en éventail, comme il en va du « cône d’une lampe de poche ». Si, lors d’une éclipse lunaire totale, la luminosité de la Lune n’est plus que de 2 magnitudes environ, on remarquera à peine une éclipse pénombrale, à moins d’être très attentif. Une éclipse pénombrale est par conséquent peu fascinante.

Il existe en principe différents points de contact qui déclenchent sans cesse une nouvelle phase pendant l’éclipse lunaire, ou y mettent fin. Ces points sont les suivants :

• Entrée dans la pénombre
• Entrée dans le cône d’ombre
• Début de la totalité
• Fin de la totalité
• Sortie du cône d’ombre
• Sortie de la pénombre

Nous l’avons déjà indiqué, observer les phases de la pénombre n’est pas particulièrement attrayant. Ce qui est intéressant, c’est la durée de contact à partir de l’entrée dans le cône d’ombre. Il faut s’imaginer le cône d’ombre comme étant relativement diffus et pas nettement délimité car l’ombre est, pour ainsi dire, la représentation de l’atmosphère terrestre et elle n’est pas non plus nettement délimitée. Il est ici conseillé de s’emparer de son appareil photo et de photographier la Lune soit au téléobjectif, soit avec un télescope. Si vous utilisez un appareil reflex numérique, vous obtiendrez la Lune pratiquement en plein format sur la puce, à une distance focale d’environ 1 200 mm. Mais si vous utilisez une webcam ou un appareil comparable, avec des puces beaucoup plus petites, il vous est conseillé de choisir une distance focale beaucoup plus petite, 280 mm environ.

Les choses deviennent captivantes dans la phase totale car la coloration rougeâtre de la Lune n’est pas forcément toujours la même et peut être très différente. Ceci est dû à l’atmosphère terrestre car, comme nous l’avons déjà indiqué, la lumière à onde longue rouge se disperse au niveau des molécules d’air. La couleur permet de déterminer approximativement le niveau de poussière dans l’atmosphère terrestre. Après d’importantes éruptions volcaniques, une éclipse lunaire peut par exemple apparaître rouge très foncé, voire brunâtre. Il s’agit là d’un phénomène intéressant qu’un observateur peut essayer d’évaluer. Il existe une échelle, que l’on doit à l’astronome A. Danjon et qui permet de définir l’intensité de la coloration de l’éclipse.

• L0 = Éclipse très sombre (Lune très grise à invisible)
• L1 = Éclipse sombre (Lune plutôt brune que rouge, détails pratiquement pas distinguables)
• L2 = Éclipse de couleur rouille (Lune avec centre foncé et zone extérieure plus lumineuse)
• L3 = Éclipse rouge brique (Lune plus lumineuse que L2, avec bord presque jaunâtre)
• L4 = Éclipse de couleur cuivre (éclipse lunaire très lumineuse apparaissant parfois orange. Une frange bleuâtre est souvent visible dans la zone extérieure)

Il peut en outre être intéressant de déterminer la luminosité de la Lune au cours de l’éclipse. Ceci est relativement facile à faire, il suffit de prendre les jumelles et d’évaluer la luminosité. À ces fins, on ne regarde pas la Lune de la façon normale, mais à l’envers dans les jumelles, c’est-à-dire les yeux dans les ouvertures de l’objectif. La Lune apparaît ainsi extrêmement réduite visuellement, ce qui simplifie beaucoup l’évaluation de sa luminosité car, en procédant ainsi, on réduit le diamètre apparent de la Lune à 180" environ (en fonction de la distance focale de l’oculaire). Vous obtenez en plus facilement les luminosités apparentes de différentes étoiles qui apparaissent dans le ciel pendant l’éclipse lunaire.

Un aspect des éclipses, que l’on trouve souvent dans les almanachs, est la taille de l’éclipse. La profondeur de pénétration de la Lune dans l’ombre terrestre y est indiquée. S’il s’agit de la taille 1, cela veut dire que nous avons une éclipse lunaire totale. Si la taille est en revanche inférieure à 1, p. ex. 0,9 ou 0,7, nous n’avons qu’une éclipse lunaire partielle.

Mais la taille indiquée peut parfois être 1,8. Dans ce cas, la Lune a tapé dans le mille et sa trajectoire traverse exactement le centre du cône d’ombre. Étant donné que celui-ci est rond, on peut imaginer que la durée de la phase totale dépend aussi de la position de la Lune par rapport au cône d’ombre. La durée maximum est ici 1 ¾ heure.

La pleine Lune est rarement la cible des prises de vues astro-photographiques car c’est à la limite lumière-ombre que l’on observe le mieux les structures intéressantes.

Les éclipses lunaires constituent ici la grande exception. À cet égard, on utilise généralement des caméras couleur pour pouvoir figer le jeu de couleurs dans tous ses attraits.

Pour raccorder des caméras reflex au télescope, il faut un adaptateur de 1,25 pouce. Celui-ci peut être vissé à l’avant. Pour l’éclipse lunaire, on n’a besoin que de la zone frontale en liaison avec une bague T. La distance focale du télescope ne doit pas dépasser 2 000 millimètres.