Mots clés : éclipse de Lune, ombre, pénombre, Lune rouge, éclipse de Soleil

Éclipse totale de Lune dans la nuit du 20 au 21 décembre 2010... et éclipse partielle de Soleil le 4 janvier 2011 au matin

Pierre Thomas

Laboratoire de Sciences de la Terre / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

13/12/2010

Résumé

Les éclipses de fin 2012- début 2011. Éclipses 1) de Lune : ombre, pénombre, Lune rouge ; 2) de Soleil.


Dans tout ce qui suit, toutes les heures sont données en TU (Temps Universel = heure de Greenwich). En ce mois de décembre, pour la France métropolitaine, l'heure légale est égale à TU+1. Pour les Antilles et la Guyane, l'heure légale est égale à TU-4 ; pour la Réunion, l'heure légale est égale à TU+4 ; pour la Nouvelle Calédonie, l'heure légale est égale à TU +11 ; pour la Polynésie, l'heure légale est égale à TU-10.

Dans la nuit du 20 au 21 décembre 2010, entre 6h33 et 8h53 TU, la Lune traversera l'ombre de la Terre : ce sera une éclipse de Lune. Comme toutes les éclipses de Lune, celle-ci sera visible par la moitié de la Terre, celle où la Lune est « normalement » visible pendant ces heures de pleine Lune, c'est-à-dire la moitié de la Terre où il fait nuit puisque la Lune est exactement opposée au Soleil pendant les éclipses de Lune. Les paragraphes qui suivent correspondent surtout à une suite de figures et de photographies commentées qui (1) expliquent le phénomène et (2) montrent ce qu'on peut s'attendre à voir et à photographier si la météo le permet.

Figure 1. Configuration d'une éclipse de Lune

Configuration d'une éclipse de Lune

Quand la Lune pénètre dans l'ombre de la Terre, elle s'obscurcit et disparaît presque complètement de la vue des observateurs. Le phénomène est visible de toute la moitié « nuit » de la Terre.

Plaçons nous le 21 décembre 2010. La Lune entre dans la pénombre de la Terre (zone où la Terre cache partiellement le Soleil) à 5h29 (contact P1). Le phénomène est imperceptible à l'œil nu. De 5h29 à 6h33, la Lune progresse dans la pénombre ; elle s'assombrit légèrement, mais c'est très peu perceptible. À 6h 33, elle commence à entrer dans la zone d'ombre, et une partie du disque lunaire se trouve plongée dans l'obscurité (contact U1). Cette part obscure de la Lune grandit, et à 7h41, la Lune est totalement dans le cône d'ombre de la Terre (contact U2). C'est le début de la phase totale. Cette phase totale dure 1h12 min, et à 8h53, la Lune commence à sortir de l'ombre de la Terre (contact U3). Cette sortie dure 1h8mIn et la Lune sort complètement de l'ombre à 10h01 (contact U4). Elle sort de la pénombre à 11h04 (contact P4).

Sur le schéma, les étoiles correspondent (approximativement) à la localisation des principaux « territoires » français pendant la phase de totalité. En jaune, la Réunion ; l'éclipse n'y sera pas visible. En rouge, la métropole ; seul le début de l'éclipse sera visible au petit matin. En vert et en violet, les Antilles, la Guyane et la Polynésie. Tout les phénomènes intéressants seront visibles. En marron, quasiment aux antipodes de la métropole, la Lune se lèvera le soir en début de totalité, et toute la fin de l'éclipse sera visible.

La Lune ne recoupe pas l'ombre de la Terre chaque mois, ce que pourrait laisser penser le schéma ci-dessus. En effet, le plan de l'écliptique (plan de l'orbite de la Terre), dans lequel se trouve le cône d'ombre de la Terre, et le plan de l'orbite de la Lune ne sont pas parfaitement confondus (ils font un angle de l'ordre de 5°). En général, la Lune passe au-dessus ou en dessous du cône d'ombre de la Terre.


Figure 2. Déroulement de la première partie d'une éclipse de Lune photographiée à Lyon en novembre 2003, avec une lunette de diamètre 63 mm et de focale 840 mm

Déroulement de la première partie d'une éclipse de Lune photographiée à Lyon en novembre 2003, avec une lunette de diamètre 63 mm et de focale 840 mm

En haut, déroulement du phénomène entre le début d'entrée de la Lune dans l'ombre et la phase totale.

Au stade 1, la Lune n'est pas encore rentrée dans l'ombre de la Terre, mais est seulement dans la pénombre. Rien ne se remarque à l'œil nu.

Les stades 2 à 8 correspondent à l'entrée progressive de la Lune dans l'ombre de la Terre. Ces photos ont été prises avec une durée de pause très brève. La partie éclairée de la Lune n'est pas surexposée ; la partie à l'ombre parait noire.

Le stade 9 est quasiment le même que le stade 8, mais la pose est plus longue. La part du disque lunaire encore éclairée paraît surexposée. La part du disque lunaire à l'ombre devient visible et est (en général) de couleur rouge brique à rouge sang.

Le stade 10 correspond au début de la phase totale. La pose est très longue. La partie Sud de la Lune, à l'ombre certes, mais relativement près du bord de l'ombre est beaucoup plus lumineuse que la partie Nord. Toute la Lune a alors une superbe couleur rouge sang.



Figure 4. Planisphère avec les différentes zones de visibilité, ainsi que les moments de la journée où le phénomène sera visible, éclipse de Lune du 21 décembre 2010

Planisphère avec les différentes zones de visibilité, ainsi que les moments de la journée où le phénomène sera visible, éclipse de Lune du 21 décembre 2010

Chacun peut ainsi découvrir ce qu'il verra du lieu où il se trouve. Par exemple, cette carte montre qu'on ne pourra rien voir de la Réunion. En France métropolitaine, une grosse moitié Sud-Est verra l'entrée dans l'ombre (contact U1) mais la Lune se couchera avant le contact U2 (entrée dans la totalité). Les habitant du Nord-Ouest pourront assister à l'entrée dans la totalité, et la Lune se couchera en situation d'éclipse totale. Les habitants des Antilles et de la Guyane pourront assister à presque tout le phénomène, sauf la sortie de la pénombre. Les habitants de la Polynésie pourront observer le phénomène dans son intégralité.


Figure 5. Pourquoi la Lune est-elle rouge pendant les éclipses de Lune ?

Pourquoi la Lune est-elle rouge pendant les éclipses de Lune ?

L'atmosphère dévie et absorbe les rayons du Soleil. La déviation par les hautes couches de l'atmosphère est négligeable, et n'est significative que pour ses couches basses et denses. Mais ces couches denses sont traversées tangentiellement par les rayons solaires, donc sur une « grande épaisseur ». Cette traversée absorbe/difracte préférentiellement les courtes longueurs d'onde (le bleu) et la lumière qui reste paraît rouge (c'est pour cela que les couchers de Soleil sont rouges).


 

Les éclipses de Lune permettent de faire de très belles photographies. Avec les appareils numériques, il est maintenant très facile de s'y reprendre à plusieurs fois si un réglage n'est pas parfait, le phénomène durant plusieurs heures. Voici 3 images faites avec une lunette à différents moment de deux éclipses, et une image faite pendant la phase partielle d'une autre éclipse, mais avec un simple appareil photo muni d'un zoom 35-200 mm.

Figure 6. La Lune rentrant à peine dans l'ombre de la Terre (en bas à droite)

La Lune rentrant à peine dans l'ombre de la Terre (en bas à droite)

On reconnaît très bien les différentes mers lunaires, en particulier la Mer des Crises (presque en haut, légèrement à droite), ainsi que le cratère Tycho et son système rayonnant (en bas à droite). Photo prise avec une lunette de 76 mm, dans la banlieue lyonnaise, le 31 décembre 2009 sur fond de ciel légèrement voilé.


Figure 7. La Lune éclipsée au tiers et photographiée avec un simple téléobjectif de 200 mm

La Lune éclipsée au tiers et photographiée avec un simple téléobjectif de 200 mm

On retrouve la Mer des Crises, mais à gauche légèrement en bas. La Lune est « à l'envers » car la photographie a été prise depuis l'hémisphère Sud, en février 2008.


Figure 8. La Lune presque entièrement éclipsée

La Lune presque entièrement éclipsée

Photographiée prise à Lyon en novembre 2003, avec une lunette de 63 mm, f 840mm.

La partie encore éclairée de la Lune est fortement surexposée ; la partie à l'ombre est rouge.


Figure 9. La Lune entièrement éclipsée

La Lune entièrement éclipsée

Photographiée prise à Lyon en novembre 2003, avec une lunette de 63 mm, f 840mm.

La partie Sud, proche du bord de l'ombre de la Terre est plus intensément éclairée en rouge par les rayons solaires déviés et rougis par la traversée de l'atmosphère terrestre.


Figure 10. Une éclipse de Soleil... vue depuis la Lune, 24 avril 1967

Une éclipse de Soleil... vue depuis la Lune, 24 avril 1967

La sonde (automatique) Surveyor 3 s'est posée sur la Lune en 1967 pour préparer les missions Apollo à venir. Durant sa durée de fonctionnement sur la Lune, il y a eu une éclipse de Lune, ce qui, pour Surveyor, correspondait à une éclipse de Soleil, ce dernier étant caché par la Terre. La photo n'est pas de grande qualité, mais on voit un anneau rougeâtre entourant le globe noir qu'est la Terre : ce sont les rayons du Soleil déviés et rougis par la traversée des couches basses de l'atmosphère terrestre.


En métropole, la Lune sera très basse sur l'horizon Ouest au moment de l'entrée dans l'ombre et de la phase totale. Il faudra donc choisir un site dont l'horizon Ouest est bien dégagé, pour pouvoir assister au coucher de Lune. Comme toujours, l'horizon du petit matin risque d'être brumeux. Mais brume et surtout horizon avec arbres, montagnes, maisons… permettront de faire des photographies avec un « avant plan » qui rendra plus spectaculaire cette éclipse.

Figure 11. Une éclipse de Lune en phase partielle

Une éclipse de Lune en phase partielle

La photo est rendue très esthétique par le fin voile nuageux qui troublait le ciel lyonnais ce 31 décembre 2009.

Cette photo a été « remarquée » par la Nasa qui l'a sélectionné pour sa rubrique « Astronomy Picture of the Day ». La Lune sera très basse sur l'horizon pendant l'éclipse du 21 décembre 2010, vue de métropole, et le ciel risque d'être voilé. Une occasion de faire de belles photos.


Les habitants des Antilles, de Guyane et de Polynésie pourront assister à tout le phénomène intéressant, de l'entrée à la sortie de l'ombre. Avec une monture équatoriale et en faisant 3 clichés superposables, ou en faisant un habile photo-montage, ils pourront photographier l'éclipse pendant l'entrée dans l'ombre et pendant sa sortie, ce qui permettra de visualiser complètement la forme de l'ombre de la Terre, et de prendre conscience de la rotondité de celle-ci. Sans faire de photographie, bien sûr, Aristarque de Samos (310-230 avant notre ère) avait remarqué cette rotondité de l'ombre de la Terre, et estimé son diamètre entre le triple et le quadruple du diamètre de la Lune. Connaissant le diamètre de la Terre calculé par Eratosthène et les théorèmes de géométrie établis par Thales, Aristarque de Samos avait alors pu proposé des valeurs de diamètre de la Lune et de distance à la Terre.

Figure 12. Superposition de 3 clichés pris lors d'une éclipse de Lune : entrée dans l'ombre, phase totale et sortie de l'ombre de la Terre

Superposition de 3 clichés pris lors d'une éclipse de Lune : entrée dans l'ombre, phase totale et sortie de l'ombre de la Terre

En haut, entrée dans l'ombre (à droite, pose courte), pendant la phase totale (au centre, pose longue) et pendant la sortie de l'ombre (à gauche, pose courte).

Grâce à une monture équatoriale, l'orientation de l'appareil photo était fixe par rapport à la position de l'ombre de la Terre, et le mouvement de la Lune par rapport à l'ombre de la terre est parfaitement visible. On peut comparer cette image prise pendant l'éclipse du 3-4 avril 1996 avec la figure 3 qui détaille ce qui va se passer ce 21 décembre 2010.

En bas, même photo-montage avec la matérialisation de l'ombre circulaire de la Terre.


Remerciements. Merci à jean Paul Roux, du CALA (Centre d'Animation Lyonnais en Astronomie, Club d'Astronomie de Lyon-Ampère, 37, rue Paul Cazeneuve 69 008 LYON Tél: 04-78-01-29-05) de m'avoir autoriser à publier ses nombreuses photographies.

Et que les habitants de la métropole n'oublient pas que le 4 janvier 2011au matin, c'est le Soleil qui se lèvera partiellement éclipsé. Cette éclipse partielle concerne toute l'Europe, donc la France métropolitaine. Aucun DOM ni collectivité d'outre-mer ne sera concerné. Le Soleil se lèvera entre 8h et 9h (HLF) selon qu'on se trouve à l'Est ou l'Ouest de la France. L'éclipse ne sera que partielle,avec 55 à 67% au maximum du Soleil caché suivant les sites. L'heure du maximum de l'éclipse sera variable selon les sites, de 9h (HLF) au Sud-Ouest à 9h15 au Nord-Est (voir le document de l'IMCCE à propos de l'éclipse de Soleil du 4/01/2011). Et n'oubliez pas les petites expériences de physique amusante que l'on peut faire lors d'une éclipse de Soleil. À vos écumoires !

Mots clés : éclipse de Lune, ombre, pénombre, Lune rouge, éclipse de Soleil