Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

     Pourquoi y a-t-il différentes sortes d'éclipses ?



 

            Une éclipse n'est rien d'autre qu'un jeu d'ombres chinoises. Vous vous êtes sûrement déjà amusé à faire le lapin avec votre main pendant qu'on vous présentait les diapositives du voyage en Auvergne de tonton Raoul. Les ingrédients nécessaires à ce tour de force sont: une source de lumière (le projecteur diapos), un objet donnant une ombre (votre main) et un écran de projection (l'écran de projection... oui, c'est ça...)

            Pour les "vraies" éclipses, la source de lumière est toujours le Soleil, c'est sa spécialité. Si l'objet qui fait l'ombre est la Terre et l'écran la Lune, c'est une éclipse de Lune, si  on a l'inverse, c'est une éclipse de... Soleil...

            Vous savez aussi peut-être qu'il y a des éclipses totales ou partielles, que certaines semblent plus fréquentes que d'autres ou qu'elles ont des durées très diverses... Voyons un peu les raisons à toutes ces bizarreries.


        Les éclipses de Soleil

            Donc, là, pour résumer, il faut dans l'ordre le Soleil, la Lune et l'observateur sur Terre. Plus l'alignement entre les trois sera parfait et plus on sera proche d'une éclipse totale. Sur le schéma ci-dessous, la Terre n'est pas représentée, car l'orbite de la Lune n'étant pas parfaitement circulaire, la distance entre les deux planètes change légèrement. Ce qui fait que l'observateur terrien peut se situer dans des zones différentes suivant le moment où l'éclipse a lieu.

les ombres d'éclipse

        A gauche, vous trouvez les zones particulières délimitées par les rayons extrêmes du Soleil. A droite, ce que vous pouvez voir suivant votre situation.

        En dehors de la zone D, aucun morceau du Soleil n'est masqué par la Lune. Dans la périphérie de la zone D (zone de pénombre), tout le Soleil ne sera pas masqué, ce sera une éclipse partielle. Dans le centre de la zone D, la Lune, semblant plus petite que le Soleil en laissera voir le pourtour: l'éclipse sera alors annulaire. Une éclipse "parfaitement" totale n'a lieu que si l'observateur est en B. Enfin, dans la zone A, la Lune masque l'intégralité du Soleil et déborde même autour.

        On commence à comprendre que les choses spectaculaires se passent au voisinage de B, l'extrémité du cône d'ombre lunaire. Cette zone a donc une surface de contact avec la Terre très étroite, typiquement de quelques kilomètres à quelques dizaines de kilomètres au mieux (au passage, c'est un véritable hasard qui fait que la pointe de ce cône soit si proche de la surface terrestre: Lune et Soleil ont ainsi presque exactement même diamètre apparent). Il faut donc avoir une chance extraordinaire pour s'y trouver au bon moment. De plus, la Terre ayant fâcheusement tendance à tourner sur elle-même, et la Lune à nous tourner autour, l'ombre de la Lune balaie la Terre à une vitesse de plusieurs fois celle du son. Autant dire que le spectacle est bref: au mieux 7min. Voici ce que cela donne, vu depuis "l'extérieur":

trajet d'une ombre d'éclipse ©NASA   En bleu foncé, la trace au sol de l'ombre de la Lune sur la Terre pour l'éclipse du 29 mars 2006. Dans la zone quadrillée en bleu, elle sera partielle, et au-delà... pas d'éclipse visible... Cette image provient de l'excellent site consacré aux éclipses, de Fred Espenak, à la NASA.

Eclipse vue depuis l'espace: ©NASA

  Et vue de la station MIR en 1999, la pointe du cône d'ombre de la Lune qui se projette sur les nuages... Vous remarquerez le passage progressif de la zone d'ombre à la zone de pénombre, ainsi que l'absence de limite extérieure réelle de la zone de pénombre.

        La périodicité des éclipses solaires? Il y a fort longtemps que l'on connaît le Saros, ce cycle de 18 ans, 11 jours et 8 heures. Deux éclipses séparées par un Saros sont très similaires. Par contre, d'un cycle à l'autre, la zone de la Terre concernée se décale de 120° vers l'ouest. Ainsi, pour une zone géographique donnée, la périodicité est d'environ 3 Saros (un peu plus de 54 ans). Mais les Saros sont imbriqués les uns dans les autres, et il est possible d'avoir une ou deux éclipses totales par an, à des endroits très différents. Il faudra donc probablement pas mal se déplacer pour les voir toutes...


        Les éclipses de Lune

        Cette fois, c'est la Lune qui sert d'écran de projection à l'ombre de la Terre.

Eclipse de Lune
  Sur ce schéma, la zone de pénombre n'a pas été représentée, mais elle existe quand même.

        On comprend vite pourquoi les éclipses de Lune semblent plus fréquentes que celles de Soleil. Ici, toute une moitié de la Terre peut observer notre satellite glisser dans notre ombre, alors que pour celle de Soleil, seuls quelques heureux élus à la surface du globe avaient droit au spectacle. Le phénomène est aussi bien plus long du fait de la largeur de l'ombre terrestre au niveau de l'orbite lunaire (environ 3 fois la taille de la Lune).

        Ceci dit, il reste un mystère:

Eclipse de Lune 2001: © Rob in Space
  Pendant une éclipse totale de Lune, celle-ci prend une teinte rouge orangée, alors qu'elle est plutôt censée disparaître purement et simplement puisqu'elle ne reçoit plus aucune lumière du Soleil. De plus, le côté de la Terre qui lui fait face étant dans la nuit, ce n'est pas là qu'il faut chercher la source de lumière. Et encore moins du côté des étoiles, qui n'y peuvent pas grand chose... et ne sont pas toutes rouges...

        Cette lueur orangée provient en fait bien du Soleil, mais selon un curieux parcours...

Eclipse et réfraction
  ...Car c'était sans compter sur l'atmosphère terrestre! Elle est capable de réfracter les rayons solaires, ce qui les courbera assez pour atteindre la Lune. De plus seuls les teintes rouges parviendront à survivre lors de la traversée atmosphérique (les bleus sont diffusés). Comme le rougissement des rayons lumineux est d'autant plus intense que la traversée de l'atmosphère est longue, les rayons les plus déviés seront les plus rouges. En s'écartant du coeur de l'ombre de la Terre posée sur la Lune, les couleurs évoluent vers l'orange et le jaune...

            Ah, tiens, un dernier petit détail... La Lune fait un tour autour de la Terre en un mois en gros, on devrait donc avoir une éclipse de Lune et une de Soleil par mois non? Alors pourquoi n'atteignons nous pas notre quota? Quelle est donc cette escroquerie?...

Inclinaison de l'orbite lunaire
  Une subtilité de plus: le plan de l'orbite lunaire n'est pas dans le plan de l'orbite terrestre (plan de l'écliptique). Il y a un angle de 5° entre les deux... Pour qu'il y ait éclipse, il faut que la droite d'intersection de ces deux plans (ligne des noeuds) pointe vers le Soleil, ce qui ne se produit que deux fois par an (approximativement car la ligne des noeuds n'est pas fixe, mais tourne lentement dans le plan de l'écliptique). Le cas favorable sur le schéma est celui du haut.

 


            Elles font bien réfléchir finalement ces éclipses, mais le système Terre-Lune n'est pas le seul à pouvoir donner de tels spectacles... Jettons un oeil sur Mars par exemple, qui possède deux satellites, Phobos et Deimos:

  Vues depuis le sol martien, une éclipse "annulaire" du Soleil par Phobos (en phase partielle ici, mais mini-film à observer en cliquant sur l'image) On distingue nettement la silhouette allongée de l'astéroïde.
Ombre de Phobos sur Mars
  Enfin, voici la trace de l'ombre de Phobos sur le sol martien vue depuis l'orbite de la sonde "Mars Global Surveyor"...

        Théâtre d'ombres et de lumières, le spectacle des éclipses, en apparence rigide, est en réalité une source d'émerveillement sans cesse renouvelée. Les observer, c'est aussi mieux comprendre les mouvements et dispositions de nos compagnons planétaires. Alors n'hésitez pas, il y a plein de choses à faire pendant les éclipses...