Ce vendredi 27 juillet, une éclipse de Lune sera visible en France métropolitaine dès le crépuscule, soit à partir de 21h dans le sud de la France pour ceux qui auront la possibilité d’observer l’astre des nuits dès son émergence sur l’horizon. Pour les autres le spectacle sera décalé de quelques minutes.

Avec une durée de totalité de 1 h 42 min et 57 s, proche du maximum possible de 1 h 47 min, ce sera la plus longue éclipse de Lune du XXIe siècle ! Un événement à ne pas rater, dont vous trouverez une description précise dans cet article de Xavier Demeersman sur Futurascience.

Je reproduis ici une carte de cette éclipse déjà publiée il y a près de vingt ans dans mon livre « Eclipses, les rendez-vous célestes » (Bordas, 1999) en collaboration avec l’ami Serge Brunier.

Lors d’une précédente éclipse totale de Lune (28 septembre 2015), j’avais déjà posté sur ce blog un billet assez développé sur les éclipses de Lune qui ont marqué l’histoire des hommes et des civilisations. Je vous invite à lire ou relire ces éclipses de lune mémorables. Et si le sujet vous passionne, pourquoi ne pas relire également les deux billets de mars 2015 que j’avais consacrés aux éclipses dans la littérature !

Pour honorer la présente éclipse du 27 juillet 2018, j’ajoute quelques compléments de mon cru d’ordre historique et pratique, adaptés de mon livre.

Empêchements et défaillances

Dans les Institutions astronomiques, premier livre d’astronomie rédigé en français et publié en 1557, le poète et savant Jean-Pierre de Mesmes (1516-1578), proche de la Pléiade, a proposé un vocabulaire scientifique emprunté à la langue vulgaire au lieu du grec et du latin. Il suggérait d’appeler “empêchements” les éclipses de Soleil et “défaillances” les éclipses de Lune. Si ces termes poétiques n’ont pas été adoptés, ils marquent bien la différence essentielle entre les deux phénomènes.

Bien que toute éclipse soit causée par l’interception d’un astre – la Lune ou la Terre- devant le Soleil, les éclipses solaires et lunaires diffèrent en effet sur plusieurs points. Dans une éclipse solaire, la Lune masque le Soleil en totalité ou en partie, mais seulement pour certains points de la surface de la Terre : ici, le long d’une bande longue et étroite, elle est totale ou annulaire ; là, elle n’est que partielle, et la partie cachée du Soleil est plus ou moins grande ; ailleurs, on ne voit nulle trace d’éclipse. Dans une éclipse lunaire, au contraire, notre satellite cesse en totalité ou en partie d’être éclairé par le Soleil parce qu’il traverse l’ombre de la Terre, et cet aspect de la Lune est le même pour tous les habitants de l’hémisphère terrestre qui ont la Lune au-dessus de l’horizon.

Quoi qu’il en soit, les éclipses mettent en scène ces trois acteurs aux rôles bien distincts que sont la Terre, le Soleil et la Lune. Une éclipse de Soleil se produit quand la Lune passe devant le Soleil au moment de la nouvelle lune, une éclipse de Lune se produit quand la Lune passe dans l’ombre de la Terre au moment de la pleine lune. Dans les deux configurations, les trois corps sont alignés.

Ces astres ont toujours occupé une place de choix dans nos mythologies. Plutarque, par exemple, a combiné la cosmologie de Platon et la religion astrale des pythagoriciens pour bâtir une théorie du salut personnel, selon laquelle l’homme est composé d’un corps, d’une âme et d’une raison. Lorsque le corps meurt, son âme va sur la Lune où, toujours associée à la raison, elle séjourne un certain temps sous forme de “ démon ” ; après quoi survient une seconde mort : la raison se sépare de l’âme et s’envole vers le Soleil, où elle séjournera éternellement.

La preuve de la rotondité de la Terre par l’éclipse de Lune

Les éclipses n’ont cessé d’être riches en enseignements sur la nature de l’univers qui nous entoure. Les premiers de ces enseignements ont concerné les corps célestes directement impliqués dans le phénomène d’éclipses, à savoir le trio Terre – Lune – Soleil. La première démonstration scientifique  fondée sur les éclipses est celle qu’a donnée Aristote en faveur de la rotondité de la Terre. Les vues astronomiques du philosophe grec nous sont bien connues par ses deux traités, les Météorologiques et le Traité du Ciel, datant du IVe siècle avant l’ère chrétienne. Comme les autres penseurs de son temps, Aristote croyait les corps célestes sphériques, car pour lui les corps célestes étaient le reflet de la perfection divine, la sphère étant la figure géométrique parfaite par excellence. Mais cette argumentation n’était pas une démonstration physique, car Aristote ne disposait évidemment d’aucun moyen expérimental pour s’assurer de la sphéricité des planètes et des étoiles.

En ce qui concerne la Lune, le philosophe adopta une explication attribuée aux pythagoriciens, à savoir que les aspects observés de la Lune au cours de ses différentes phases correspondent à un corps sphérique dont une moitié est illuminée par le Soleil. Quant à la rotondité de la Terre, la preuve donnée par Aristote est originale : il remarqua qu’une éclipse de lune est causée par l’ombre de la Terre, et que la forme circulaire du bord de l’ombre vue sur la face de la Lune implique la sphéricité de notre habitacle.

Grandeurs et Distances de la Lune et du Soleil

L’astronomie grecque a connu son âge d’or à Alexandrie. Depuis sa fondation sous le règne de Ptolémée Sôter au IIIe siècle av. J.-C., l’école d’Alexandrie a rassemblé de géniaux mathématiciens et géomètres, tels Euclide, Archimède ou Apollonios. Les plus grands astronomes de l’Antiquité, Aristarque de Samos, Ératosthène, Hipparque, jusqu’à Ptolémée (IIe siècle apr. J.-C.), y travaillèrent également.

Aristarque (310-230 av. J.-C.) est aujourd’hui connu pour avoir émis le premier l’hypothèse héliocentrique, c’est-à-dire que le Soleil siège au centre du système du monde, et non pas la Terre comme on le croyait alors. Son énoncé ne figure dans aucun traité connu, mais il a été rapporté par Archimède et par Plutarque. Le seul traité d’Aristarque qui nous soit parvenu porte sur les grandeurs et les distances du Soleil et de la Lune.

L’astronome alexandrin a entièrement renouvelé cette question, déjà à l’étude depuis le IVe s. Les pythagoriciens avaient échelonné les hauteurs des astres selon des intervalles musicaux. Eudoxe, brillant disciple de Platon, avait estimé le diamètre du Soleil à neuf fois celui de la Lune. Aristarque, lui, imagina une ingénieuse méthode géométrique pour calculer les rapports de distance du Soleil et de la Lune. Il trouva que le Soleil est situé à une distance comprise entre 18 et 20 fois celle de la Lune (en réalité il est 400 fois plus loin). Par un raisonnement fondé sur les observations d’éclipses de Lune, il détermina que le diamètre de la Lune est le tiers de celui de la Terre, ce qui est très proche de la réalité. Il annonça également que le diamètre du Soleil est 7 fois supérieur à celui de la Terre.

Même si Aristarque a largement sous-estimé la taille du Soleil, puisqu’en réalité il est 109 fois plus grand que le globe terrestre, il aboutit à l’essentiel : l’astre du jour est beaucoup plus gros que la Terre. C’est précisément ce résultat qui le conduisit à l’hypothèse héliocentrique. En effet, raisonna-t-il, dans ces conditions il est logique de penser que c’est la Terre et les autres astres qui tournent autour du Soleil, plutôt que l’inverse. J’ai raconté l’histoire de cet exploit intellectuel dans mon roman scientifique Le Bâton d’Euclide. Aristarque était un précurseur : il faudra attendre 1543 et l’œuvre de Copernic pour que l’hypothèse héliocentrique soit de nouveau avancée, cette fois avec succès.

Un siècle après Aristarque et toujours à Alexandrie, Hipparque a développé une théorie complète de la Lune. Il définit les longueurs du mois synodique (ou lunaison, période durant laquelle la lune revient à la même position par rapport au soleil), du mois draconitique (période durant laquelle la Lune revient à sa même position par rapport aux nœuds de son orbite), et du mois anomalistique (période durant laquelle la Lune retourne à son périgée ou à son apogée). Les immenses améliorations apportées par Hipparque dans les théories des mouvements apparents de la Lune et du Soleil lui permirent de traiter avec plus de succès que ses prédécesseurs le problème de la prédiction des éclipses, qui de tout temps avait suscité le plus grand intérêt. Hipparque développa notamment la méthode d’Aristarque : observant, lors d’une éclipse lunaire, le diamètre angulaire de l’ombre de la Terre à la distance de la Lune, et le comparant avec les diamètres angulaires connus du Soleil et de la Lune (un demi-degré), il obtint une relation entre les distances Terre – Lune et Terre – Soleil, donnant l’une quand l’autre est connue. Le traité original d’Hipparque est perdu, mais c’est Ptolémée, dans l’Almageste (livre V,11 ), qui rapporta ses travaux.

Plus tard, en l’âge d’or de l’astronomie arabo-musulmane puis dans le Moyen-Age occidental, la mécanique des éclipses de Lune a été  approfondie, en partie pour des raisons astrologiques.

Ombre, pénombre et Lune rousse

Quand la Lune passe dans l’ombre de la Terre, la lumière du Soleil est masquée. Une éclipse de Lune est visible en tout lieu de la Terre située sur la face nocturne. Pour une raison géométrique évidente, les éclipses lunaires ne peuvent être vues qu’au moment de la pleine lune.

La Terre projette derrière elle un cône d’ombre dont le sommet s’obtient en traçant les tangentes communes au globe solaire et au globe lunaire. Tout corps contenu dans ce cône d’ombre n’est atteint par aucun rayon solaire direct. Un second cône, plus large que le précédent, est formé des tangentes communes intérieures aux globes du Soleil et de la Terre. Il est appelé cône de pénombre parce que tout corps contenu dans ce cône ne reçoit l’éclairement que d’une partie du disque solaire.

Une éclipse lunaire est dite “ centrale ” lorsque l’ombre de la Terre recouvre complètement le disque lunaire, “ partielle ” lorsque l’ombre le recouvre incomplètement, et “ par la pénombre ” lorsque le disque lunaire est épargné par l’ombre tout en passant dans la pénombre.

Comme l’ombre de la Terre est beaucoup plus grande que le diamètre de la Lune à une distance de 384 000 km, la Lune peut être assombrie pendant 1 heure 47 minutes d’éclipse centrale : c’est la durée théorique maximum, très rarement atteinte.

La Lune reste visible même au plus fort d’une éclipse, comme un objet aux contours imprécis, d’une teinte courant du rouge vif au rouge cuivré. Ce phénomène de la Lune rouge, qui a tant frappé les peuples anciens, est dû au fait que l’atmosphère de la Terre réfracte vers la surface lunaire une partie de la lumière de son côté exposé au Soleil.

En traversant l’atmosphère terrestre, la lumière solaire réfractée s’appauvrit en lumière bleue en faveur de la lumière rouge – car les courtes longueurs d’onde de la lumière visible (violet et bleu) sont plus diffusées par l’atmosphère que les grandes longueurs d’onde (rouge et orange). Les poussières et les particules de fumée en suspension dans l’atmosphère accentuent cet effet : plus elles seront nombreuses au moment de l’éclipse, plus le rouge sang vif couvrira la face de la Lune.

Pour finir avec les techniques de visualisation modernes, voici une somptueuse vidéo de l’éclipse lunaire du 21 décembre 2010, jour du solstice d’hiver, prise par l’astronome amateur américain William Castleman depuis la Floride. Le “time-lapse” (en accéléré) permet de voir l’ombre de la Terre manger progressivement le disque brillant de la Lune, jusqu’à ce que celle-ci se colore d’un impressionnante teinte rouge sang au moment de la totalité.  Ce qui me séduit en outre dans cette vidéo (on en trouve de nombreuses autres du même type sur Internet), c’est que l’auteur a eu la belle idée de l’illustrer musicalement par un extrait du Nocturne pour orchestre et chœurs de Claude Debussy intitulé “Sirènes”. Cela nous change agréablement des illustrations sonores habituelles et intempestives recourant à la pire des variétés américaines.

Peut-être, si vous trouvez un bon poste d’observation, aurez-vous la chance de contempler un tel spectacle ce vendredi soir…