La Lune fonctionne comme le seul satellite naturel de la Terre. Sa trajectoire orbitale autour de la Terre maintient une distance moyenne de 384 399 kilomètres (238 854 miles), soit environ trente fois le diamètre de la Terre. Une orbite synodique, communément appelée mois lunaire, s'effectue tous les 29,5 jours par rapport à la Terre et au Soleil. L'attraction gravitationnelle lie mutuellement la Lune et la Terre, présentant une plus grande intensité sur leurs surfaces proches. Ces forces de marée qui en résultent génèrent principalement les marées océaniques de la Terre et ont contraint gravitationnellement la Lune à présenter systématiquement la même face proche de la Terre. Par conséquent, ce phénomène de verrouillage des marées synchronise la période de rotation de la Lune (jour lunaire) avec sa période orbitale (mois lunaire).
La Lune est le seul satellite naturel de la Terre. Il orbite autour de la Terre à une distance moyenne de 384 399 kilomètres (238 854 mi), soit une distance environ 30 fois la largeur de la Terre. Il effectue une orbite (mois lunaire) par rapport à la Terre et au Soleil (de manière synodique) tous les 29,5 jours. La Lune et la Terre sont liées par une attraction gravitationnelle, qui est plus forte sur les côtés se faisant face. Les forces de marée qui en résultent sont le principal moteur des marées terrestres et ont poussé la Lune à toujours faire face à la Terre avec la même face proche. Ce verrouillage des marées synchronise efficacement la période de rotation de la Lune (jour lunaire) avec sa période orbitale (mois lunaire).
D'un point de vue géophysique, la Lune est classée comme un objet de masse planétaire ou une planète satellite. Avec une masse équivalente à 1,2 % de celle de la Terre et un diamètre de 3 474 kilomètres (2 159 miles), elle mesure environ un quart de la largeur de la Terre, comparable à celle des États-Unis contigus. Au sein du système solaire, elle surpasse toutes les planètes naines connues en termes de taille et de masse, se classant au cinquième rang des lunes en termes de taille et de masse, et notamment la plus grande et la plus massive par rapport à sa planète mère. Sa gravité de surface représente environ un sixième de celle de la Terre et la moitié de celle de Mars, ce qui la positionne comme la deuxième plus élevée parmi toutes les lunes du système solaire, surpassée seulement par la lune de Jupiter, Io. Le corps lunaire est caractérisé comme différencié et terrestre, possédant seulement une hydrosphère, une atmosphère et un champ magnétique minuscules. La surface lunaire est recouverte de poussière de régolithe, principalement composée de fines particules éjectées de la croûte lunaire à la suite d'événements d'impact. Les cratères d'impact marquent nettement la croûte lunaire, les formations plus récentes présentant souvent des stries brillantes ressemblant à des rayons. L'activité volcanique a persisté sur la Lune jusqu'à il y a environ 1,2 milliard d'années, faisant principalement surface de lave sur sa face visible la plus mince. Cette lave a rempli d'anciens cratères, se refroidissant ensuite pour former les plaines basaltiques sombres distinctes maintenant connues sous le nom de maria (« mers »). Bien que l'origine précise de la Lune reste incertaine, l'hypothèse dominante suggère qu'elle s'est formée à partir de matière terrestre éjectée lors d'un impact colossal avec un corps de la taille de Mars il y a environ 4,51 milliards d'années, peu après l'accrétion de la Terre.
D'un point de vue observationnel, les phases diurnes et nocturnes du jour lunaire se manifestent comme des phases lunaires distinctes, et une éclipse lunaire devient observable lorsque la Lune traverse l'ombre de la Terre. Le diamètre angulaire apparent de la Lune dans le ciel terrestre se rapproche étroitement de celui du Soleil, ce qui lui permet de masquer complètement le Soleil lors d'une éclipse solaire totale. Bien que sa réflectance de surface (albédo) soit comparable à celle de l'asphalte, la Lune apparaît comme l'objet céleste le plus brillant du ciel nocturne de la Terre en raison de sa taille apparente importante. Environ 59 % de la surface lunaire est visible depuis la Terre, un phénomène attribué à la libration (les différents angles sous lesquels la Lune se présente dans le ciel terrestre), permettant ainsi à des parties de sa face cachée de devenir visibles.
Tout au long de l'histoire de l'humanité, la Lune a été une source profonde d'inspiration et de connaissances, jouant un rôle central dans le développement de la cosmographie, de la mythologie, de la religion, de l'art, de l'horlogerie, des sciences naturelles et des vols spatiaux. Les premiers vols spatiaux extraterrestres ont ciblé la Lune, à partir de 1959 avec le survol de Luna 1 (lancé par l'Union soviétique) et l'impact délibéré de Luna 2. Cela a été suivi en 1966 par le premier atterrissage en douceur (réalisé par Luna 9) et l'insertion orbitale (par Luna 10). La présence humaine en orbite lunaire a été établie pour la première fois par Apollo 8 (États-Unis) le 24 décembre 1968, suivie du premier atterrissage en surface avec Apollo 11 le 20 juillet 1969, désignant ainsi la Lune comme le seul corps céleste au-delà de la Terre visité par les humains. En 1972, un total de six missions Apollo avaient déployé avec succès douze astronautes sur la surface lunaire, avec des séjours pouvant aller jusqu'à trois jours. L'exploration lunaire robotique contemporaine, particulièrement axée sur la vérification de la présence d'eau, a revigoré les initiatives visant à faciliter le retour humain sur la Lune, menées par le programme Artemis prévu pour la fin des années 2020.
Nomenclature et étymologie
L'appellation anglaise appropriée pour le satellite naturel de la Terre est classiquement rendue par Lune, avec une majuscule M initiale. Le nom lune vient du terme vieil anglais mōna, qui lui-même dérive du proto-germanique *mēnōn. Cette forme proto-germanique est traçable au proto-indo-européen *mēnsis ('mois'), une évolution d'une forme antérieure, *mēnōt (avec le génitif *mēneses), potentiellement lié à un verbe signifiant 'mesurer [le temps]'.
La désignation latine de la Lune est lūna. L'adjectif anglais lunaire vient du latin, probablement via le français. Dans le discours scientifique et la science-fiction, la Lune est parfois appelée Lune pour la différencier des autres satellites célestes. Poétiquement, Luna peut également désigner la personnification de la Lune en tant que figure féminine.
Le terme grec ancien selḗnē désignait à la fois la Lune comme une entité céleste et la divinité lunaire Séléné. L'adjectif anglais peu fréquent selenian caractérise la Lune comme un monde, plutôt que comme un simple corps céleste. Son apparenté, sélénique, initialement synonyme rarement utilisé, signifie désormais principalement l'élément chimique sélénium. Le préfixe associé séléno- se trouve dans une terminologie telle que sélénographie, qui se rapporte à l'étude de la surface lunaire.
Artémis, la déesse grecque associée à la nature sauvage et à la chasse, a également été identifiée à Séléné et parfois appelée Cynthia, un nom dérivé de son lieu de naissance sur le mont Cynthus. Son homologue romaine est Diane.
Les représentations astronomiques de la Lune incluent les symboles du croissant et du décroissant, comme en témoigne M☾, qui désigne la « masse lunaire ».
Classification
L'Union astronomique internationale (AIU) désigne le satellite naturel de la Terre comme « la Lune » (en majuscule), tandis que les autres satellites naturels planétaires sont appelés « lunes » (en minuscules). Historiquement, la Lune était classée comme une planète classique, reflétant sa définition originale de corps céleste qui « erre » dans le ciel. Après la découverte par Galilée des satellites en orbite autour de Jupiter, il les a appelés « lunes », reconnaissant leur similitude avec la Lune terrestre en tant que corps en orbite autour d'une autre planète. Certains spécialistes adhèrent à une classification géophysique qui définit les lunes comme des planètes en orbite autour du Soleil, qui tournent simultanément autour d'une autre planète. Alors que certaines théories proposent que la Terre et la Lune constituent un système à deux planètes, le consensus scientifique maintient qu'une telle classification nécessiterait que le barycentre orbital soit situé au-delà des limites physiques de la Terre, une condition non remplie.
Histoire naturelle
Formation
La datation isotopique des spécimens lunaires indique que la Lune est apparue environ 50 millions d'années après la création du système solaire. Tout au long de l'histoire, diverses hypothèses de formation ont été avancées ; cependant, aucun n’élucide de manière adéquate les caractéristiques distinctives du système Terre-Lune. Un scénario de fission, dans lequel la Lune se séparerait de la croûte terrestre en raison de la force centrifuge, nécessiterait une vitesse de rotation initiale trop élevée pour la Terre. La capture gravitationnelle d’une Lune préexistante s’appuierait sur une atmosphère terrestre d’une étendue invraisemblable pour dissiper l’énergie du corps lunaire entrant. Un modèle de coformation, dans lequel la Terre et la Lune se sont développées simultanément au sein du disque d'accrétion primordial, ne parvient pas à prendre en compte l'épuisement des métaux observé sur la Lune. De plus, aucune de ces hypothèses proposées ne peut expliquer de manière adéquate le moment cinétique substantiel inhérent au système Terre-Lune.
La théorie prédominante postule que le système Terre-Lune est né d'un impact colossal entre un corps céleste de la taille de Mars, appelé Theia, et la proto-Terre. Cette collision oblique a éjecté une quantité importante de matière sur l'orbite terrestre, qui s'est ensuite accumulée pour former la Lune juste au-delà de la limite terrestre de Roche, estimée à environ 2,56 R🜨.
On pense que des impacts massifs ont été répandus au cours des premiers stades du développement du système solaire. Les simulations informatiques de ces impacts colossaux ont donné des résultats cohérents à la fois avec la masse du noyau lunaire et avec le moment cinétique du système Terre-Lune. Initialement, ces simulations indiquaient que la majorité de la matière de la Lune provenait de l'impacteur et non de la proto-Terre. Néanmoins, des modèles ultérieurs développés à partir de 2007 proposent qu'une plus grande proportion de la composition de la Lune provienne de la proto-Terre. En revanche, d’autres corps internes du système solaire, notamment Mars et Vesta, présentent des compositions isotopiques distinctes en oxygène et en tungstène par rapport à la Terre, comme le prouve l’analyse météoritique. À l’inverse, la Terre et la Lune présentent des profils isotopiques remarquablement similaires. Cette homogénéité isotopique au sein du système Terre-Lune pourrait potentiellement être attribuée au mélange post-impact de matériaux vaporisés qui ont ensuite formé les deux corps, bien que cette explication reste un sujet de débat en cours.
L'événement d'impact aurait libéré suffisamment d'énergie pour liquéfier à la fois le matériau éjecté et la croûte terrestre, créant ainsi un océan de magma global. Par la suite, ces éjectas liquéfiés auraient pu se ré-accréter pour former des composants du système Terre-Lune. La Lune naissante elle-même aurait possédé un océan de magma, dont la profondeur est estimée entre environ 500 km (300 miles) et 1 737 km (1 079 miles).
Bien que la théorie de l'impact géant élucide de nombreux éléments de preuve, plusieurs questions persistent, concernant principalement les caractéristiques de composition de la Lune. Les modèles postulant que la Lune a acquis une partie substantielle de la proto-Terre sont difficiles à concilier avec les données isotopiques géochimiques sur le zirconium, l'oxygène, le silicium et d'autres éléments. Une étude de 2022, utilisant des simulations à haute résolution (jusqu'à 108 particules), a démontré que des impacts géants peuvent immédiatement positionner un satellite, possédant une masse et une teneur en fer similaires à celles de la Lune, sur une orbite bien au-delà de la limite de Roche de la Terre. Même les satellites passant initialement dans la limite de Roche peuvent survivre de manière fiable et prévisible, subissant un décapage partiel avant d'être placés sur des orbites plus larges et stables.
Le 1er novembre 2023, des scientifiques ont rapporté, sur la base de simulations informatiques, que des restes de Theia pourraient encore être présents à l'intérieur de la Terre.
Développement naturel
La Lune naissante occupait initialement une orbite nettement plus proche de la Terre que sa position actuelle. Par conséquent, chaque corps céleste apparaissait considérablement plus grand dans le ciel de l’autre, les éclipses se produisaient plus fréquemment et les forces de marée étaient plus prononcées. En raison de l'accélération des marées, l'orbite de la Lune autour de la Terre s'est progressivement élargie, ce qui a entraîné une période orbitale plus longue.
Après sa formation, la Lune a subi un processus de refroidissement et la majeure partie de son atmosphère a été détruite. La surface lunaire a depuis été sculptée par de nombreux événements d'impact, petits et grands, créant un paysage caractérisé par des cratères d'âges variés.
L'activité volcanique sur la Lune a persisté jusqu'à il y a environ 1,2 milliard d'années, conduisant à la formation des principales marias lunaires. La majorité des basaltes marins sont entrés en éruption au cours de la période imbrienne, il y a 3,3 à 3,7 milliards d'années, bien que certains soient aussi récents que 1,2 milliard d'années et d'autres remontent à 4,2 milliards d'années. La répartition des basaltes marins est inégale, avec une concentration prédominante sur l'hémisphère proche de la Lune. Les raisons sous-jacentes de cette asymétrie restent inconnues, même si l'on suppose que la relative minceur de la croûte proche de la face est un facteur contributif. De même, les causes de la répartition des hauts plateaux lunaires sur la face cachée ne sont pas bien comprises. Les mesures topographiques indiquent que la croûte du côté proche est plus mince que celle du côté éloigné. Une explication potentielle de cette observation est que des impacts importants sur la face proche pourraient avoir facilité l'écoulement de la lave sur la surface.
Échelle de temps géologique lunaire
Les périodes géologiques lunaires sont délimitées par leurs caractéristiques distinctives, allant des cratères d'impact les plus anciens situés à l'extérieur des mers sombres, aux mers elles-mêmes et aux cratères ultérieurs, et enfin aux jeunes cratères encore brillants et facilement discernables comportant des systèmes de rayons, tels que Copernic ou Tycho.
Trajectoire future
Dans environ cinq milliards d'années, la Lune devrait s'être éloignée de la Terre de 40 % par rapport à sa distance actuelle. Cependant, on estime que deux à trois milliards d’années plus tard, le Soleil deviendra une géante rouge. En supposant que l'expansion du Soleil englobe le système Terre-Lune, la traînée atmosphérique qui en résulte pourrait entraîner une diminution de la distance orbitale entre la Terre et la Lune jusqu'à un point où la Lune entre dans la limite de Roche de la Terre, conduisant à sa désintégration.
Caractéristiques physiques
La Lune présente une forme ellipsoïdale légèrement scalène, conséquence de l'étirement des marées, avec son grand axe déplacé de 30° par rapport à la Terre en raison d'anomalies gravitationnelles associées aux bassins d'impact. Sa forme allongée dépasse ce que les forces de marée actuelles peuvent expliquer. Ce « renflement fossile » suggère que la Lune s'est solidifiée lorsqu'elle tournait à la moitié de sa distance actuelle de la Terre et qu'elle est maintenant trop froide pour que sa forme rétablisse l'équilibre hydrostatique à sa distance orbitale actuelle. Actuellement, la déformation de la croûte due aux marées se limite à la formation d'escarpements de failles de chevauchement lobées.
Taille et masse
La Lune est le cinquième plus grand satellite naturel du système solaire, tant en termes de taille que de masse. Elle est classée comme lune de masse planétaire, ce qui la qualifie de planète satellite selon les définitions géophysiques. Bien que plus petite que Mercure, elle est considérablement plus grande que Pluton, la plus grande planète naine du système solaire. La Lune est notamment le plus grand satellite naturel du système solaire par rapport à sa planète principale.
Le diamètre de la Lune mesure environ 3 500 km, soit plus d'un quart du diamètre de la Terre, avec sa face visible comparable en largeur à celle de l'Australie continentale, de l'Europe ou des États-Unis voisins. La superficie totale de la Lune est d'environ 38 millions de kilomètres carrés, une étendue comparable à celle des Amériques.
La Lune possède une masse équivalente à 1⁄81 de celle de la Terre, se classant au deuxième rang des lunes planétaires les plus denses et présentant la deuxième gravité de surface la plus élevée, surpassée seulement par Io, à 0,1654 g. Sa vitesse de fuite est de 2,38 km/s (§1011§600 km/h ; §1415§300 mph).
Structure
La Lune est caractérisée comme un corps céleste différencié, qui existait initialement en équilibre hydrostatique mais qui s'est ensuite écarté de cet état. Il comprend une croûte, un manteau et un noyau géochimiquement distincts. Plus précisément, la Lune présente un noyau interne solide et riche en fer, potentiellement aussi petit que 240 kilomètres (150 mi) de rayon, enveloppé par un noyau externe fluide principalement composé de fer liquide, avec un rayon d'environ 300 kilomètres (190 mi). Autour de ce noyau se trouve une couche limite partiellement fondue, s'étendant sur un rayon d'environ 500 kilomètres (310 mi). On suppose que cette architecture interne provient de la cristallisation fractionnée d'un océan magmatique mondial, survenant peu de temps après la formation de la Lune, il y a environ 4,5 milliards d'années.
On pense que le processus de cristallisation au sein de cet océan magmatique a généré un manteau mafique par la précipitation et l'affaissement ultérieur de minéraux tels que l'olivine, le clinopyroxène et l'orthopyroxène. Une fois qu'environ les trois quarts de l'océan magmatique se sont cristallisés, des minéraux de plagioclase de plus faible densité ont pu se former et remonter, contribuant à la formation de la croûte sus-jacente. Les liquides résiduels, qui cristalliseront les derniers, se seraient initialement situés entre la croûte et le manteau naissants, caractérisés par une forte concentration d'éléments incompatibles et producteurs de chaleur. Cette hypothèse est étayée par la cartographie géochimique orbitale, qui indique une croûte principalement composée d'anorthosite. De plus, les analyses d'échantillons de roches lunaires provenant de laves de crue, qui ont éclaté à la surface en raison d'une fusion partielle au sein du manteau, corroborent la composition mafique du manteau, notant sa teneur en fer plus élevée que celle du manteau terrestre. La croûte lunaire présente une épaisseur moyenne d'environ 50 kilomètres (31 mi).
Après Io, la Lune se classe au deuxième rang des satellites les plus denses du système solaire. Néanmoins, son noyau interne est relativement petit, possédant un rayon d'environ 350 kilomètres (220 mi) ou moins, ce qui constitue environ 20 % du rayon total de la Lune. La composition précise de ce noyau reste incomplètement comprise, bien qu'il s'agisse probablement d'un alliage métallique de fer contenant des quantités mineures de soufre et de nickel. Les recherches sur les schémas de rotation variables dans le temps de la Lune indiquent que le noyau est au moins partiellement fondu. La pression estimée à l'intérieur du noyau lunaire est de 5 GPa (49 000 atm).
Champ gravitationnel
La gravité moyenne de la surface de la Lune mesure 1,62 m/s§34§ (0,1654 g ; 5,318 pieds/s§1314§), soit environ la moitié de celle de Mars et un sixième de celle de la Terre.
Le champ gravitationnel de la Lune présente une non-uniformité. Les caractéristiques détaillées de ce champ ont été déterminées en surveillant le décalage Doppler des signaux radio transmis depuis un vaisseau spatial en orbite. Les principales caractéristiques gravitationnelles lunaires comprennent les mascons, qui sont d'importantes anomalies gravitationnelles positives corrélées à certains bassins d'impact géants. Ces anomalies sont en partie attribuées aux coulées denses de lave basaltique marine qui ont ensuite rempli ces bassins. De telles irrégularités gravitationnelles affectent considérablement les trajectoires des vaisseaux spatiaux en orbite autour de la Lune. Cependant, certaines énigmes persistent : les coulées de lave ne rendent pas compte à elles seules de l'intégralité de la signature gravitationnelle, et certains mascons ont été identifiés sans aucune association avec le volcanisme marin.
La sphère d'influence gravitationnelle de la Lune, où son attraction gravitationnelle prédomine sur celle de la Terre, possède un rayon de colline de 60 000 km. Cette étendue représente moins d'un sixième de la distance de 378 000 km séparant la Lune de la Terre, s'étendant jusqu'aux points de Lagrange Terre-Lune. Cette région est désignée comme espace cislunaire.
Champ magnétique
La Lune présente un champ magnétique externe mesurant moins de 0,2 nanoteslas, soit moins du cent millième de l'intensité du champ magnétique terrestre. La Lune ne possède pas de champ magnétique dipolaire global, possédant uniquement une magnétisation crustale, probablement acquise au début de son histoire, lorsqu'une dynamo interne était encore active. Il y a environ 4 milliards d'années, la force de ce champ magnétique primitif était probablement comparable à celle de la Terre actuelle. Cet ancien champ de dynamo semble avoir cessé de fonctionner il y a environ un milliard d'années, suite à la cristallisation du noyau lunaire. Théoriquement, une partie de la magnétisation résiduelle pourrait provenir de champs magnétiques transitoires produits lors d’impacts importants, facilités par l’expansion des nuages de plasma. Ces nuages de plasma sont générés lors d’impacts importants dans un champ magnétique ambiant. Cette hypothèse est corroborée par l'observation selon laquelle les aimantations crustales les plus importantes se situent près des antipodes des bassins d'impact géants.
La Lune passe environ 27 % de sa période orbitale, soit l'équivalent de 5 à 6 jours par mois lunaire, dans la queue magnétique terrestre, où elle est exposée à la couche de plasma terrestre plutôt qu'au vent solaire.
Atmosphère
La Lune possède une exosphère extrêmement ténue, qui constitue toute son atmosphère, proche d'un état proche du vide avec une masse totale inférieure à 10 tonnes (9,8 tonnes longues ; 11 tonnes courtes). La pression de surface exercée par cette masse atmosphérique minimale est d'environ 3 × 10−15 atm (0,3 nPa), présentant des variations diurnes. Cette exosphère provient de processus tels que le dégazage et la pulvérisation, ces derniers résultant du bombardement du sol lunaire par les ions du vent solaire. Les éléments identifiés comprennent le sodium et le potassium, générés par pulvérisation cathodique (également observés dans les atmosphères de Mercure et Io) ; l'hélium 4 et le néon, dérivés du vent solaire ; et l'argon-40, le radon-222 et le polonium-210, qui sont dégazés après leur formation par désintégration radioactive dans la croûte et le manteau lunaire. L’absence de certaines espèces neutres, comme l’oxygène, l’azote, le carbone, l’hydrogène et le magnésium, malgré leur présence dans le régolithe, reste une question scientifique non résolue. De la vapeur d'eau a été identifiée par Chandrayaan-1, démontrant des variations latitudinales avec des concentrations maximales autour de 60 à 70 degrés, provenant potentiellement de la sublimation de la glace d'eau au sein du régolithe. Ces gaz atmosphériques sont soit réabsorbés dans le régolithe en raison de la gravité lunaire, soit s'échappent dans l'espace, propulsés par la pression du rayonnement solaire ou, s'ils sont ionisés, balayés par le champ magnétique du vent solaire.
Un nuage de poussière lunaire persistant entoure la Lune, formé de petites particules provenant de comètes. On estime que 5 tonnes de particules cométaires impactent quotidiennement la surface lunaire, entraînant l’éjection de poussières. Cette poussière éjectée reste en suspension au-dessus de la Lune pendant environ 10 minutes, avec un temps de montée de 5 minutes et un temps de descente de 5 minutes. En moyenne, 120 kilogrammes de poussière sont présents au-dessus de la Lune, atteignant des altitudes allant jusqu'à 100 kilomètres. Les données de l'expérience Lunar Dust EXperiment (LDEX) de LADEE ont indiqué que le nombre de particules a atteint ses niveaux les plus élevés pendant les pluies de météores des Géminides, des Quadrantides, des Taurides du Nord et des Centaurides d'Omicron, périodes pendant lesquelles la Terre et la Lune traversent des débris cométaires. Le nuage de poussière lunaire présente une distribution asymétrique, avec une densité accrue observée près du terminateur, la frontière séparant le côté jour et le côté nuit de la Lune.
Les analyses des échantillons de magma lunaire collectés au cours des missions Apollo indiquent que la Lune entretenait autrefois une atmosphère relativement dense pendant un intervalle de 70 millions d'années, il y a environ 3 à 4 milliards d'années. Cette atmosphère ancienne, générée par les gaz expulsés des éruptions volcaniques lunaires, était deux fois plus épaisse que l'atmosphère martienne actuelle. Au fil du temps, l'atmosphère lunaire primordiale a été progressivement érodée par les vents solaires et ensuite dispersée dans l'espace.
Conditions de surface
Les effets combinés des rayonnements ionisants des rayons cosmiques, du rayonnement neutronique qui en résulte et du rayonnement solaire conduisent à une exposition moyenne aux rayonnements de 1,369 millisieverts par jour pendant la journée lunaire. Ce niveau est environ 2,6 fois plus élevé que celui observé à la Station spatiale internationale, 5 à 10 fois plus élevé que lors d'un vol transatlantique et 200 fois plus élevé qu'à la surface de la Terre. À titre de comparaison contextuelle, les niveaux de rayonnement sont en moyenne d'environ 1,84 millisieverts par jour lors d'un transit vers Mars et d'environ 0,64 millisieverts par jour sur la surface martienne, certains emplacements martiens présentant potentiellement des niveaux aussi bas que 0,342 millisieverts par jour. De plus, le rayonnement solaire confère une charge électrique à la poussière lunaire hautement abrasive, la faisant léviter. Ce phénomène facilite la dispersion généralisée de la poussière lunaire adhésive, ce qui présente des risques à la fois pour la santé respiratoire humaine et pour les équipements mécaniques.
L'inclinaison axiale de la Lune par rapport au plan de l'écliptique n'est que de 1,5427°, nettement inférieure aux 23,44° de la Terre. Cette inclinaison axiale minimale entraîne des variations saisonnières considérablement réduites de l'éclairement solaire lunaire par rapport à la Terre. De plus, cela permet la présence de certains « pics de lumière éternelle » au pôle nord de la Lune, notamment le long du bord du cratère Peary.
La surface lunaire connaît d'importantes fluctuations de température, allant de 120 °C à −171 °C, principalement influencées par l'irradiation solaire. En raison de l'absence d'atmosphère, les températures de surface localisées sont très variables, les caractéristiques topographiques jouant un rôle essentiel pour déterminer si une zone est exposée au soleil ou reste à l'ombre. De nombreux cratères, en particulier ceux situés aux pôles, contiennent des régions ombragées en permanence, souvent appelées zones d'obscurité perpétuelle, qui présentent des températures exceptionnellement basses. Le Lunar Reconnaissance Orbiter a enregistré les températures estivales les plus basses dans les cratères polaires sud, à 35 K (−238 °C ; −397 °F). De plus, les températures ont chuté à seulement 26 K (−247 °C ; −413 °F) près du solstice d'hiver dans le cratère polaire nord Hermite. Cette mesure représente la température la plus froide jamais enregistrée par un vaisseau spatial dans le système solaire, dépassant même la température de surface de Pluton.
Le régolithe recouvre la croûte de la Lune, une couche de surface principalement grise caractérisée par une fragmentation importante (fragmentation en particules de plus en plus petites) et un jardinage à impact, résultant de processus d'impact continus. Ce régolithe plus fin, souvent appelé sol lunaire, est composé de verre de dioxyde de silicium et présente une texture semblable à celle de la neige, accompagnée d'une odeur rappelant la poudre à canon usée. L'épaisseur du régolithe varie considérablement ; il est généralement plus élevé sur les surfaces plus anciennes, allant de 10 à 15 m (33 à 49 pieds) dans les hautes terres, contre 4 à 5 m (13 à 16 pieds) dans les mers. Sous ce régolithe finement fragmenté se trouve le mégarégolithe, une couche substantielle de substrat rocheux largement fracturé s'étendant sur plusieurs kilomètres de profondeur.
Ces conditions environnementales extrêmes rendent improbable pour les engins spatiaux de maintenir des spores bactériennes viables sur la Lune pendant des durées dépassant une seule orbite lunaire.
Caractéristiques de surface
La topographie lunaire a été cartographiée avec précision à l'aide de l'altimétrie laser et de l'analyse d'images stéréo. L'élément topographique le plus important est l'immense bassin Pôle Sud-Aitken, situé de l'autre côté, s'étendant sur environ 2 240 km (1 390 mi) de diamètre. Ce bassin constitue le plus grand cratère de la Lune et le deuxième plus grand cratère d'impact confirmé au sein du système solaire. Son fond, atteignant une profondeur de 13 km (8,1 mi), représente le point le plus bas de la surface lunaire, plus précisément à −9,178 kilomètres (−5,703 mi) à 70,368°S 172,413°W /
Les preuves provenant des falaises des escarpements de failles indiquent que la Lune s'est contractée d'environ 90 mètres (300 pieds) au cours du dernier milliard d'années. Des caractéristiques de retrait comparables ont également été observées sur Mercure. Notamment, Mare Frigoris, un bassin proche du pôle nord auparavant considéré comme géologiquement inactif, a présenté des fissures et des déplacements. Étant donné l'absence de plaques tectoniques sur la Lune, son activité tectonique se déroule à un rythme lent, avec des fissures se formant à mesure que le corps céleste dissipe progressivement la chaleur interne.
Les scientifiques ont vérifié l'existence d'une grotte lunaire située près de la Mer de la Tranquillité, à proximité du site d'atterrissage d'Apollo 11 de 1969. Cette grotte, identifiée comme un point d'accès à un tube de lave effondré, mesure environ 45 mètres de largeur et jusqu'à 80 mètres de longueur, ce qui représente la première entrée confirmée dans une grotte lunaire. La confirmation est dérivée d'une analyse photographique réalisée en 2010 par le Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA. La température constante de la grotte, d'environ 17 ° C, présente un environnement potentiellement favorable à l'habitation des futurs astronautes, offrant une protection contre les variations thermiques extrêmes, le rayonnement solaire et les micrométéorites. Néanmoins, d’importants défis persistent, notamment les problèmes d’accessibilité et les risques inhérents d’avalanches et d’effondrements de structures. Cette découverte est donc très prometteuse pour l'établissement de futures bases lunaires ou d'abris d'urgence.
Caractéristiques volcaniques
Les caractéristiques les plus importantes observables depuis la Terre sans aide optique sont les plaines lunaires sombres et relativement dépourvues de caractéristiques, connues sous le nom de maria (singulier mare). Ces formations, dont le nom latin se traduit par « mers » en raison d'idées historiques erronées sur leur composition, sont constituées de vastes laves basaltiques anciennes solidifiées. Tout en ressemblant aux basaltes terrestres, les basaltes lunaires présentent une teneur plus élevée en fer et sont dépourvus de minéraux modifiés par l'eau. La plupart de ces coulées de lave ont éclaté dans ou rempli des dépressions liées aux bassins d'impact ; cependant, l'inondation basaltique la plus étendue de la Lune, Oceanus Procellarum, ne s'aligne pas avec un bassin d'impact apparent. Des épisodes distincts de dépôt de lave dans les mers sont fréquemment identifiables grâce aux variations de l'albédo de surface et aux marges d'écoulement perceptibles.
La formation des marias impliquait le refroidissement et la contraction ultérieure de la lave basaltique, ce qui a conduit au développement de crêtes ridées dans certaines régions. Ces crêtes basses et sinueuses peuvent s'étendre sur des centaines de kilomètres et délimiter fréquemment des structures souterraines à l'intérieur de la jument. Une autre conséquence de la formation des marias est l'émergence de dépressions concentriques le long de leur périphérie, appelées rainures arquées. Ces caractéristiques apparaissent lorsque les basaltes marins s'affaissent vers l'intérieur en raison de leur masse, entraînant la fracturation et la séparation de leurs bords.
Au-delà des mers facilement observables, la Lune possède également des dépôts marins cachés sous les éjectas d'impact. Ces formations cachées, appelées cryptomares, sont présumées antérieures à leurs homologues exposées. À l’inverse, la lave marine a dissimulé de nombreuses nappes et bassins de fusion par impact. Les fusions par impact proviennent des pressions de choc intenses générées par les collisions, qui vaporisent et liquéfient les zones entourant le site d'impact. Lorsqu'elle est encore visible, la fonte d'impact peut être différenciée de la lave marine en fonction de sa distribution spatiale, de son albédo et de ses caractéristiques texturales.
Les rainures sinueuses, observées à l'intérieur et à proximité de Maria, sont interprétées comme des canaux de lave défunts ou des tubes de lave effondrés. Ces caractéristiques émanent généralement de cheminées volcaniques, présentant un chemin sinueux et parfois ramifié. Des exemples marquants, notamment la vallée de Schroter et Rima Hadley, dépassent les canaux de lave terrestres en longueur, en largeur et en profondeur, affichant parfois des virages et des virages prononcés qui sont atypiques sur Terre.
Le volcanisme marin a modifié les cratères d'impact par plusieurs mécanismes, par exemple en les remplissant partiellement et en provoquant le soulèvement et la fracturation de leurs fonds en raison de l'intrusion de matériaux marins sous leur intérieur. Les exemples notables incluent les cratères Taruntius et Gassendi. À l’inverse, certains cratères, comme Hyginus, sont entièrement d’origine volcanique et se sont formés sous forme de caldeiras ou de fosses d’effondrement. Ces cratères volcaniques sont relativement rares, généralement plus petits (généralement quelques kilomètres de largeur), moins profonds et possèdent une morphologie plus irrégulière que les cratères d'impact. De plus, ils n'ont pas les bords retournés caractéristiques associés aux caractéristiques d'impact.
Dans les mers du côté proche, plusieurs provinces géologiques distinctes hébergent des volcans boucliers et des dômes volcaniques. De plus, certaines zones présentent des dépôts pyroclastiques, des cônes de scories et des dômes non basaltiques composés de lave à viscosité exceptionnellement élevée.
La grande majorité des mers lunaires sont situées sur la face visible de la Lune, couvrant 31 % de sa surface, contre seulement 2 % sur la face cachée. Cette asymétrie est probablement attribuable à une concentration plus élevée d'éléments producteurs de chaleur sous la croûte proche, ce qui aurait facilité le chauffage, la fusion partielle, l'ascension et l'éruption du manteau sous-jacent. Alors que la plupart des basaltes marins de la Lune sont entrés en éruption au cours de la période imbrienne, il y a environ 3,3 à 3,7 milliards d'années, certains gisements ont entre 1,2 et 4,2 milliards d'années.
Une enquête menée en 2006 sur Ina, une petite dépression au sein de Lacus Felicitatis, a révélé des caractéristiques géologiques irrégulières et relativement exemptes de poussière. L'absence d'érosion due à l'infiltration de débris suggère un âge de seulement 2 millions d'années. De plus, l’activité sismique (tremblements de lune) et les émissions de gaz indiquent des processus géologiques lunaires en cours. Des preuves d'un volcanisme lunaire récent ont été documentées dans 70 zones marines irrégulières, certaines étant estimées à moins de 50 millions d'années. Ces résultats suggèrent un manteau lunaire potentiellement plus chaud que ce qui avait été supposé précédemment, en particulier sur la face proche où la croûte profonde présente des températures considérablement élevées en raison d'une concentration plus élevée d'éléments radioactifs. Un volcanisme basaltique, daté d'il y a entre 2 et 10 millions d'années, a également été identifié au sein du cratère Lowell, situé dans le bassin Orientale. Une combinaison d'un manteau initialement plus chaud et d'un enrichissement localisé en éléments producteurs de chaleur à l'intérieur du manteau peut expliquer une activité géologique soutenue sur la face cachée, en particulier dans le bassin Orientale.
Les régions lunaires aux teintes plus claires sont désignées sous le nom de terrae, plus fréquemment appelées hautes terres, en raison de leur topographie élevée par rapport à la plupart des mers. La datation radiométrique indique leur formation il y a environ 4,4 milliards d'années, représentant potentiellement des cumuls de plagioclase provenant de l'océan magmatique lunaire. Distinctes de la Terre, aucune montagne lunaire significative ne semble provenir de processus tectoniques.
La répartition prédominante des meres sur la face visible de la Lune est supposée être en corrélation avec la croûte nettement plus épaisse des hautes terres de la face cachée. Cette asymétrie crustale pourrait résulter d'un impact à faible vitesse impliquant une hypothétique deuxième lune de la Terre, survenant des dizaines de millions d'années après la formation initiale de la Lune. Une explication alternative suggère que cette asymétrie est une conséquence du réchauffement différentiel des marées ressenti lorsque la Lune tournait considérablement plus près de la Terre.
Cratères d'impact
Les cratères d'impact constituent un processus géologique primaire façonnant la surface lunaire, résultant de collisions entre des astéroïdes et des comètes et la Lune. Les estimations suggèrent qu'il existe environ 300 000 cratères dépassant 1 km (0,6 mi) de diamètre sur la face visible de la Lune. Les cratères lunaires présentent des morphologies diverses en fonction de leurs dimensions. Classés par diamètre croissant, les types fondamentaux comprennent des cratères simples, caractérisés par des intérieurs lisses en forme de bol et des bords surélevés ; des cratères complexes, avec des sols plats, des murs en terrasses et des pics centraux ; bassins annulaires de pointe ; et des bassins à plusieurs anneaux, caractérisés par deux ou plusieurs anneaux de pointe concentriques. Alors que la plupart des cratères d'impact sont circulaires, certains, comme Cantor et Janssen, présentent des contours polygonaux, potentiellement influencés par des failles et des joints souterrains. D'autres, dont le couple Messier, Schiller et Daniell, sont allongés. De tels allongements peuvent résulter d'impacts très obliques, d'impacts d'astéroïdes binaires, de fragmentation de bolides avant impact ou d'impacts secondaires rapprochés.
L'échelle de temps géologique lunaire repose sur des événements d'impact significatifs, illustrés par des formations multi-anneaux telles que Nectaris, Imbrium et Orientale, qui s'étendent sur des centaines, voire des milliers de kilomètres de diamètre et sont associées à de vastes tabliers d'éjectas formant des horizons stratigraphiques régionaux. L'absence d'atmosphère, de météo et d'activité géologique récente contribue à la préservation exceptionnelle de nombreux cratères. Bien que des dates radiométriques définitives n'existent que pour un nombre limité de bassins multi-anneaux, elles jouent un rôle déterminant dans l'établissement des âges relatifs. Étant donné que les cratères d'impact s'accumulent à un rythme approximativement constant, l'estimation de l'âge de la surface peut être obtenue en quantifiant le nombre de cratères par unité de surface. Néanmoins, la prudence est impérative lors de l’emploi de la méthodologie de comptage des cratères, en raison du potentiel de cratères secondaires. Les éjectas propulsés par les impacts primaires peuvent générer des cratères secondaires, se manifestant fréquemment sous forme de grappes ou de chaînes, mais apparaissant également sous forme d'éléments isolés à des distances considérables du site d'impact initial. Ces formations secondaires peuvent imiter les cratères primaires et peuvent même constituer la majorité au sein de populations de cratères plus petites, leur présence non reconnue peut donc fausser considérablement les estimations d'âge.
La datation radiométrique des roches fondues par impact récupérées au cours des missions Apollo révèle un regroupement d'âges compris entre 3,8 et 4,1 milliards d'années, une découverte qui a éclairé l'hypothèse d'une période de bombardement lourd tardif caractérisée par un taux d'impacts élevé.
Imagerie haute résolution acquise par le Lunar Reconnaissance Orbiter au cours des années 2010 a révélé un taux de production de cratères contemporain dépassant largement les estimations antérieures. On pense qu’un mécanisme de cratère secondaire, entraîné par des éjectas distaux, retravaille les deux centimètres supérieurs du régolithe sur une échelle de temps approximative de 81 000 ans. Ce taux est 100 fois supérieur à celui dérivé de modèles basés exclusivement sur les impacts directs des micrométéorites.
Tourbillons lunaires
Les tourbillons lunaires représentent des formations énigmatiques réparties sur la surface lunaire. Ces caractéristiques se distinguent par un albédo élevé, une apparence optiquement immature (indicatrice des propriétés optiques d'un régolithe relativement jeune) et souvent une morphologie sinueuse. Leurs contours sont souvent soulignés par des régions intermédiaires à faible albédo qui serpentent parmi les tourbillons les plus brillants. Ces formations sont situées dans des zones présentant des champs magnétiques de surface augmentés, dont beaucoup se trouvent aux points antipodaux de structures d'impact importantes. Des exemples notables incluent la fonctionnalité Reiner Gamma et Mare Ingenii. L'hypothèse dominante suggère que les tourbillons lunaires sont des régions partiellement protégées du vent solaire, ce qui entraîne un taux réduit d'altération spatiale.
Présence d'eau
L'eau liquide n'est pas durable sur la surface lunaire, car le rayonnement solaire la décompose rapidement par photodissociation, entraînant sa perte dans l'espace. Néanmoins, depuis les années 1960, les scientifiques ont émis l’hypothèse que la glace d’eau pourrait être déposée par des impacts cométaires ou générée par la réaction de roches lunaires riches en oxygène avec l’hydrogène du vent solaire. Ces traces d’eau pourraient alors persister dans des cratères froids et ombragés en permanence situés aux deux pôles lunaires. Les modèles informatiques indiquent que jusqu'à 14 000 km2 (5 400 milles carrés) de la surface lunaire pourraient rester dans l'ombre perpétuelle. La disponibilité de quantités d'eau exploitables sur la Lune est un déterminant essentiel pour établir une habitation lunaire rentable, étant donné que le transport de l'eau depuis la Terre entraînerait des dépenses prohibitives.
Des enquêtes ultérieures ont confirmé la présence de signatures d'eau sur la surface lunaire. En 1994, l'expérience radar bistatique à bord du vaisseau spatial Clementine a initialement suggéré l'existence de petites poches d'eau gelées près de la surface. Cependant, des observations radar ultérieures d'Arecibo ont suggéré que ces détections pourraient plutôt représenter des roches éjectées de récents cratères d'impact. En 1998, le spectromètre à neutrons de la sonde spatiale Lunar Prospector a révélé des concentrations élevées d'hydrogène dans le premier mètre de régolithe dans les régions polaires. De plus, les perles de lave volcanique récupérées lors de la mission Apollo 15 contenaient des quantités mineures d'eau à l'intérieur de leur intérieur.
En 2008, le vaisseau spatial Chandrayaan-1, équipé du Moon Mineralogy Mapper, a par la suite confirmé la présence de glace d'eau en surface. Le spectromètre a identifié des raies d'absorption d'hydroxyle dans la lumière solaire réfléchie, indiquant des quantités substantielles de glace d'eau sur la surface lunaire, avec des concentrations pouvant atteindre 1 000 ppm. En 2018, les spectres de réflectance du mappeur, utilisant un éclairage indirect des régions ombragées, ont corroboré davantage l'existence de glace d'eau dans une latitude de 20° des deux pôles. De plus, en 2009, la mission LCROSS a déployé un impacteur de 2 300 kg (5 100 lb) dans un cratère polaire ombragé en permanence, détectant au moins 100 kg (220 lb) d'eau dans le panache éjecté qui en résulte. L'analyse ultérieure des données du LCROSS a affiné cette estimation, indiquant environ 155 ± 12 kg (342 ± 26 lb) d'eau détectée.
En mai 2011, les chercheurs ont signalé des concentrations d'eau allant de 615 à 1 410 ppm dans les inclusions fondues de l'échantillon lunaire 74220, connu sous le nom de « sol de verre orange » à haute teneur en titane d'origine volcanique, collecté lors de la mission Apollo 17 de 1972. Ces inclusions sont issues d'éruptions lunaires explosives il y a environ 3,7 milliards d'années, et leur concentration en eau est comparable à celle trouvée dans le magma du manteau supérieur de la Terre. Bien que cette découverte présente un intérêt sélénologique significatif, elle n'implique pas d'eau facilement accessible, car l'échantillon provenait de plusieurs kilomètres sous la surface, et les inclusions se sont révélées si difficiles à détecter que leur identification a nécessité 39 ans d'analyse à l'aide d'un instrument à microsonde ionique de pointe.
En août 2018, une analyse des données du Moon Mineralogy Mapper (M3) a fourni la première « preuve définitive » de glace d'eau sur la surface lunaire. Les données présentaient des signatures réfléchissantes distinctes caractéristiques de la glace d'eau, la différenciant de la poussière et des autres matériaux réfléchissants. Ces dépôts de glace ont été identifiés aux pôles Nord et Sud, avec une plus grande abondance observée au Sud. Ici, l'eau est séquestrée dans des cratères et des crevasses ombragés en permanence, qui la protègent du rayonnement solaire, permettant ainsi sa persistance sous forme de glace de surface.
En octobre 2020, les astronomes ont signalé la détection d'eau moléculaire sur la surface lunaire éclairée par le soleil par plusieurs engins spatiaux indépendants, notamment l'Observatoire stratosphérique d'astronomie infrarouge (SOFIA).
Système Terre-Lune
Orbite
L'orbite de la Lune est caractérisée par une forme légèrement elliptique, possédant une excentricité orbitale de 0,055. Le demi-grand axe de cette orbite lunaire géocentrique, appelé distance lunaire, mesure environ 385 000 km (239 000 mi), soit 1,3 seconde-lumière, ce qui équivaut à peu près à 9,6 fois la circonférence de la Terre.
La Lune effectue une orbite complète autour de la Terre, par rapport aux étoiles fixes, en 27,3 jours environ ; c'est ce qu'on appelle sa période sidérale. Néanmoins, en raison du mouvement orbital simultané du système Terre-Lune autour du Soleil, la Lune a besoin d'une durée légèrement prolongée de 29,5 jours pour rétablir la même phase lunaire que celle observée depuis la Terre, complétant ainsi un cycle complet. Cet intervalle, connu sous le nom de période synodique ou mois synodique, est communément appelé mois lunaire et correspond à la durée d'un jour solaire sur la Lune.
Le verrouillage des marées établit une résonance spin-orbite de 1:1 pour la Lune, ce qui signifie que sa période orbitale autour de la Terre correspond précisément à sa période de rotation. Ce phénomène explique la visibilité constante d'un seul hémisphère, désigné comme étant le côté le plus proche, depuis la Terre. Malgré cette résonance, le mouvement de la Lune présente de subtiles variations, comme la libration, qui provoquent de légers changements de perspective. Par conséquent, environ 59 % de la surface de la Lune devient observable depuis la Terre au fil du temps et depuis divers emplacements terrestres.
À la différence de la majorité des autres satellites planétaires, le plan orbital de la Lune est orienté plus étroitement vers le plan de l'écliptique que vers le plan équatorial de la Terre. L'orbite de la Lune subit des perturbations complexes et interactives de la part du Soleil et de la Terre. Par exemple, le plan orbital de la Lune précession progressivement, effectuant une rotation complète tous les 18,61 ans environ, ce qui influence ensuite d'autres facettes du mouvement lunaire. Ces effets résultants sont mathématiquement élucidés par les lois de Cassini.
Centre orbital
La Terre et la Lune constituent un système satellitaire caractérisé par un centre de masse commun, appelé barycentre. Ce barycentre est situé à environ 5 000 km (3 100 mi) du centre de la Terre, ce qui correspond à environ les trois quarts du rayon terrestre. En raison de la dissipation de l'énergie de la paire Terre-Lune en rotation via le frottement des marées, ce barycentre migre progressivement vers l'extérieur et devrait éventuellement résider au-delà des limites physiques de la Terre.
Dans un cadre de référence héliocentrique, la Lune orbite autour du Soleil, avec sa trajectoire perturbée par la Terre. Cette observation a incité certains scientifiques à proposer que la Lune puisse être classée comme planète, en citant à la fois un précédent historique et des critères qualitatifs, et en notant que sa masse serait suffisante pour dégager sa trajectoire orbitale autour du Soleil si elle était un corps indépendant. Une telle classification impliquerait que le système Terre-Lune fonctionne comme une planète double. Bien que l'Union Astronomique Internationale, en tant qu'organisme de normalisation faisant autorité, n'ait pas établi de définitions pour les planètes au sein de systèmes binaires ou pour ce qui constitue un système à double planète, un consensus parmi la plupart des scientifiques suggère qu'une telle désignation nécessiterait que le barycentre Lune-Terre soit situé à l'extérieur de la Terre elle-même.
Effets de marée
L'attraction gravitationnelle mutuelle exercée par la Terre, la Lune et le Soleil se traduit par des forces différentielles, avec une traction légèrement plus forte sur les côtés des corps célestes les plus proches les uns des autres, générant ainsi des forces de marée. Bien que les marées océaniques représentent la manifestation la plus couramment observée de ce phénomène, les forces de marée influencent également de manière significative d'autres aspects mécaniques de la Terre, de la Lune et de leur système combiné.
La croûte solide de la Lune subit des déformations de marée d'une amplitude d'environ 10 cm (4 po) sur une période de 27 jours, comprenant trois composantes distinctes : une composante constante attribuée à l'attraction gravitationnelle de la Terre, en raison de leur rotation synchrone ; une marée variable résultant de l'excentricité et de l'inclinaison orbitales ; et une composante fluctuante mineure provenant du Soleil. La composante variable induite par la Terre est une conséquence des variations de distance et de libration, elles-mêmes issues de l'excentricité et de l'inclinaison orbitale de la Lune (dans le scénario hypothétique d'une orbite lunaire parfaitement circulaire et non inclinée, seules les marées solaires seraient présentes). Des recherches scientifiques récentes suggèrent que l'influence gravitationnelle de la Lune sur Terre pourrait jouer un rôle dans le maintien du champ magnétique terrestre.
Les contraintes accumulées générées par ces forces de marée sont responsables de l'apparition de tremblements de terre. Bien que les tremblements de lune soient considérablement moins fréquents et moins intenses que les tremblements de terre, ils peuvent persister pendant des durées allant jusqu'à une heure – une période beaucoup plus longue que les tremblements de terre – en raison de la diffusion des vibrations sismiques au sein de la croûte supérieure sèche et fragmentée de la Lune. La détection de tremblements de lune constitue une découverte inattendue, dérivée des sismomètres déployés sur la Lune par les astronautes d'Apollo entre 1969 et 1972.
La conséquence la plus largement reconnue des forces de marée est l'élévation et la dépression périodiques du niveau de la mer, connues sous le nom de marées océaniques. Bien que la Lune soit le principal moteur des forces de marée, le Soleil exerce également une influence de marée significative, contribuant jusqu'à 40 % à la force de marée de la Lune. L'interaction entre ces forces de marée solaire et lunaire génère les phénomènes de marées de vive-eau et de morte-eau.
Les océans de la Terre présentent deux renflements de marée principaux : l'un positionné du côté de la Terre faisant face à la Lune et l'autre du côté diamétralement opposé. Alors que la Terre subit une rotation axiale, un renflement océanique, représentant une marée haute, reste aligné avec la Lune, tandis qu'une marée haute correspondante se produit du côté opposé. L'attraction gravitationnelle de la Lune, étant plus puissante sur l'eau à proximité, explique la marée directement en dessous d'elle. À l'inverse, la marée du côté opposé peut être attribuée soit à la force centrifuge générée lorsque la Terre tourne autour du barycentre, soit à l'inertie de l'eau lorsque la plus forte influence gravitationnelle de la Lune sur la Terre solide éloigne la planète des eaux les plus éloignées.
Par conséquent, environ toutes les 24 heures, deux marées hautes et deux marées basses sont observées. Étant donné que la Lune orbite autour de la Terre dans le même sens que la rotation de la Terre, les marées hautes se reproduisent environ toutes les 12 heures et 25 minutes, les 25 minutes supplémentaires représentant la progression orbitale de la Lune autour de la Terre.
Dans un scénario hypothétique où la Terre constituerait une planète uniquement aquatique dépourvue de continents, la marée qui en résulterait serait un phénomène hautement prévisible, mesurant environ un mètre d'amplitude. Cependant, les marées océaniques réelles sont considérablement influencées et modifiées par plusieurs facteurs supplémentaires :
- l'interaction frictionnelle entre l'eau océanique et la rotation de la Terre, médiée par la topographie des fonds océaniques
- l'inertie inhérente associée au mouvement de l'eau
- les caractéristiques bathymétriques des bassins océaniques, dont la profondeur diminue à proximité des masses continentales
- l'oscillation résonante de l'eau entre des bassins océaniques distincts
Par conséquent, le timing précis des événements de marée dans la plupart des endroits du monde est principalement dérivé d'observations empiriques, qui sont ensuite élucidées par des cadres théoriques.
Évolution du système Terre-Lune
Les décalages temporels dans les occurrences maximales des marées océaniques et des marées solides génèrent un couple qui s'oppose à la rotation de la Terre. Ce phénomène dissipe le moment cinétique et l’énergie cinétique de rotation de la Terre, ralentissant ainsi sa rotation. Le moment cinétique abandonné par la Terre est simultanément transféré à la Lune via un mécanisme appelé accélération de marée, qui propulse la Lune sur une orbite de plus en plus élevée tout en réduisant simultanément sa vitesse orbitale autour de la Terre. Sur environ 3,2 milliards d'années, ce processus a prolongé la durée d'un mois anormal de 20 jours à sa durée actuelle de 27,55 jours.
Par conséquent, la distance Terre-Lune augmente progressivement et la vitesse de rotation de la Terre diminue simultanément. Les données acquises à partir des réflecteurs laser déployés lors des missions Apollo, grâce à des expériences de télémétrie lunaire, indiquent que le rayon orbital de la Lune augmente d'environ 38 mm (1,5 po) par an, un taux comparable à la croissance des ongles humains. De plus, les mesures de l'horloge atomique révèlent que le jour de la Terre s'allonge d'environ 17 microsecondes chaque année, ce qui nécessite une augmentation progressive de la fréquence des ajustements des secondes intercalaires au temps universel coordonné (UTC).
Cette traînée de marée continue synchronise progressivement la rotation de la Terre avec la période orbitale de la Lune. Ce processus de synchronisation conduit initialement au verrouillage de marée du corps le moins massif au sein du système orbital, un état déjà atteint par la Lune. Théoriquement, dans environ 50 milliards d'années, la rotation de la Terre ralentirait suffisamment pour correspondre à la période orbitale de la Lune, ce qui aurait pour résultat que la Terre présenterait perpétuellement le même hémisphère à la Lune. Néanmoins, le Soleil devrait évoluer vers une géante rouge, un processus qui engloutirait très probablement le système Terre-Lune beaucoup plus tôt.
Si le système Terre-Lune évitait d'être englouti par le Soleil élargi, la traînée atmosphérique de l'atmosphère solaire pourrait induire une désintégration de l'orbite de la Lune. En atteignant une distance orbitale d'environ 18 470 km (11 480 mi), la Lune franchirait la limite de Roche de la Terre. À ce stade, les forces de marée exercées par la Terre provoqueraient la désintégration de la Lune, formant ainsi un système d’anneaux planétaires. Par la suite, la majorité de ces fragments d’anneaux en orbite subiraient une désintégration orbitale, les débris résultants impactant la Terre. Par conséquent, même en l’absence d’engloutissement solaire, la Terre pourrait finir par devenir dépourvue de son satellite naturel.
Orientation lunaire et caractéristiques apparentes
La position apparente de la Lune dans le ciel terrestre varie considérablement, en fonction de la position terrestre de l'observateur et du moment spécifique de l'année lunaire, du mois lunaire et du jour terrestre. Chaque année, la Lune atteint son point culminant à diverses altitudes tout au long de la journée. Notamment, la Lune atteint sa position céleste la plus élevée en hiver et sa position la plus basse en été, une tendance constante dans les hémisphères nord et sud de la Terre, contrastant avec les variations saisonnières d'altitude du Soleil.
Aux pôles Nord et Sud, la Lune reste continuellement au-dessus de l'horizon pendant une durée de deux semaines au cours de chaque mois tropical, qui s'étend sur environ 27,3 jours, un phénomène analogue au jour polaire observé au cours de l'année tropicale. Dans l'Arctique, le zooplancton utilise le clair de lune comme source de lumière pendant de longues périodes lorsque le Soleil reste sous l'horizon pendant plusieurs mois.
L'orientation observée de la Lune dépend de sa position céleste et de l'hémisphère terrestre à partir duquel elle est vue. Depuis l'hémisphère nord, il apparaît inversé par rapport aux observations faites depuis l'hémisphère sud. Parfois, les cuspides d’un croissant de lune présentent une inclinaison vers le haut plutôt que latérale. Ce phénomène spécifique, appelé « lune humide », est observé plus fréquemment dans les régions tropicales.
La distance géocentrique de la Lune fluctue entre environ 356 400 km (221 500 mi) au périgée et 406 700 km (252 700 mi) à l'apogée, ce qui entraîne une variation allant jusqu'à 14 % de sa distance et de sa taille angulaire apparente. Le diamètre angulaire moyen de la Lune est d'environ 0,52°, ce qui se rapproche étroitement de la taille apparente du Soleil § Éclipses. De plus, un phénomène de perception cognitive, appelé illusion de la Lune, fait apparaître la Lune agrandie lorsqu'elle est située près de l'horizon.
Rotation
La rotation synchrone et verrouillée par les marées de la Lune pendant son orbite autour de la Terre garantit que presque le même hémisphère lunaire fait systématiquement face à la planète. L’hémisphère perpétuellement orienté vers la Terre est appelé côté proche, tandis que son antipode est appelé côté éloigné. Bien que souvent qualifiée à tort de « côté obscur », la face cachée reçoit l’illumination solaire avec la même fréquence que la face proche, à savoir une fois tous les 29,5 jours terrestres. La face visible reste éteinte pendant la période allant de la lune noire à la nouvelle lune.
Au départ, la Lune possédait une vitesse de rotation plus rapide ; cependant, au début de son histoire géologique, cette rotation a décéléré et est ensuite devenue bloquée dans son orientation actuelle en raison des forces de friction résultant des déformations des marées induites par la Terre. Au fil du temps, l’énergie de rotation axiale de la Lune s’est dissipée sous forme d’énergie thermique, aboutissant à un état de rotation relative nulle entre la Lune et la Terre. En 2016, des planétologues analysant les données acquises lors de la mission Lunar Prospector de la NASA de 1998 à 1999 ont identifié deux régions enrichies en hydrogène, probablement révélatrices d'anciennes glaces d'eau, situées sur des hémisphères lunaires opposés. On suppose que ces zones constituaient les pôles de la Lune il y a des milliards d'années, avant son verrouillage par marée avec la Terre.
Éclairage et phases
Lorsque la Lune tourne autour de la Terre, elle subit une rotation, modifiant son orientation par rapport au Soleil et connaissant ainsi un jour lunaire. Un jour lunaire correspond en durée à un mois lunaire, ou à une seule orbite synodique autour de la Terre, conséquence de son verrouillage des marées sur Terre. Parce que la Lune n’est pas verrouillée par les marées sur le Soleil, des périodes diurnes et nocturnes sont observées sur toute sa surface. Le changement progressif de l'éclairage solaire à travers la surface de la Lune tout au long d'un jour lunaire est perceptible depuis la Terre sous forme d'évolution des phases lunaires, le croissant croissant représentant le « lever » lunaire et le croissant décroissant signifiant la phase « coucher du soleil » vu à distance.
Les nuits lunaires sont plus profondes sur la face cachée et pendant les éclipses lunaires sur la face proche, dépassant l'obscurité d'une nuit terrestre sans lune. Pendant sa période nocturne, la face proche reçoit l'éclairage de la Terre, permettant l'observation potentielle des caractéristiques de la surface lunaire depuis la Terre. Earthshine rend la nuit de la face visible environ 43 fois, et parfois jusqu'à 55 fois, plus lumineuse qu'une nuit terrestre éclairée uniquement par une pleine lune.
La luminosité de la Lune et sa taille angulaire apparente dans le ciel terrestre fluctuent en raison de son orbite elliptique autour de la Terre. Au périgée, son point orbital le plus proche, la Lune est jusqu'à 14 % plus proche de la Terre qu'à l'apogée, son point le plus éloigné, sous-tendant ainsi un angle solide jusqu'à 30 % plus grand. Par conséquent, en supposant une phase identique, la luminosité de la Lune présente également une variation allant jusqu'à 30 % entre l'apogée et le périgée. Une pleine ou une nouvelle lune se produisant à une telle proximité orbitale est appelée « superlune ».
Chacune des quatre phases lunaires intermédiaires persiste généralement pendant environ sept jours (plus précisément, environ 7,38 jours) ; cependant, cette durée peut fluctuer d'environ ± 11 % en raison de la distance géocentrique variable entre l'apogée de la Lune (le point le plus éloigné) et le périgée (le point le plus proche).
L'âge de la Lune est défini comme le nombre de jours écoulés depuis la nouvelle lune la plus récente. Un cycle complet de phases lunaires est appelé lunaison.
L'âge et la phase approximatifs de la Lune pour une date donnée peuvent être déterminés en calculant le nombre de jours suivant une nouvelle lune documentée (par exemple, le 1er janvier 1900 ou le 11 août 1999), puis en divisant cette valeur par la durée moyenne d'un mois synodique (29,53059 jours). Le reste résultant de cette division signifie l’âge de la Lune. Cette méthodologie suppose une orbite parfaitement circulaire et ne tient pas compte du moment précis de la nouvelle lune, conduisant potentiellement à des écarts de plusieurs heures dans les résultats. La précision de ce calcul diminue proportionnellement à l'éloignement temporel de la date de référence choisie.
Les calculs simplifiés conviennent aux applications générales ou décoratives, telles que les horloges à phases de lune. Cependant, des applications plus précises, qui doivent tenir compte de l'apogée et du périgée de la Lune, nécessitent des méthodologies plus complexes.
La libration lunaire permet parfois aux observateurs de percevoir un peu plus que le disque lunaire complet, s'étendant jusqu'à environ 101 %, ou une partie mineure de sa face cachée, atteignant jusqu'à 5 %.
Phénomènes d'observation
Historiquement, la stabilité des caractéristiques observées de la surface lunaire a été un sujet de débat. Actuellement, de nombreuses affirmations de changement sont considérées comme illusoires, souvent attribuées à des variations d’éclairage, à des conditions d’observation astronomiques sous-optimales ou à des représentations graphiques imprécises. Néanmoins, un dégazage intermittent se produit et peut représenter une petite fraction des phénomènes transitoires lunaires documentés. Des hypothèses récentes proposent qu'une surface lunaire d'environ 3 km (1,9 mi) de diamètre ait subi une modification en raison d'un événement de libération de gaz il y a environ un million d'années.
Albédo de surface et vraies couleurs
Les caractéristiques visuelles de la Lune sont déterminées par ses propriétés réfléchissantes et sa composition. Avec un albédo d'environ 0,12, comparable à celui d'un asphalte vieilli, la Lune est intrinsèquement sombre, malgré sa luminosité importante dans le ciel nocturne. Ce faible albédo signifie la réflectivité du régolithe lunaire, une strate de fragments de roche pulvérisés formés par un bombardement météoritique. La diffusion de la lumière par le régolithe contribue à l'amélioration significative de la luminosité de la Lune pendant sa phase complète par rapport à ses quarts de phase.
En l'absence d'interférence atmosphérique, la couleur intrinsèque de la Lune est un gris brunâtre atténué. Cette coloration provient des minéraux silicatés présents dans le régolithe, distinguant les plaines basaltiques plus foncées, connues sous le nom de maria, et les hautes terres plus claires et riches en feldspath. Les maria, produits d'anciennes éruptions volcaniques, possèdent des concentrations élevées de fer et de titane, ce qui leur confère une teinte plus foncée. Lorsqu'elles sont observées depuis la Terre, les conditions atmosphériques peuvent modifier la couleur perçue de la Lune, la rendant rouge lors des éclipses lunaires ou, parfois, bleue en raison de la présence de particules volcaniques.
La Lune présente également une rétroréflexion, un phénomène dans lequel la lumière est diffusée vers son origine, ce qui entraîne une luminosité constante sur l'ensemble de son disque sans assombrissement substantiel de ses membres. Ses dimensions apparentes et son rayonnement fluctuent en fonction de son orbite elliptique ; au périgée, elle peut paraître jusqu'à 30 % plus brillante et 14 % plus grande qu'à l'apogée, un phénomène communément appelé « superlune ».
La couleur perçue de la Lune peut occasionnellement passer au rouge ou au bleu. Lors d'une éclipse lunaire, elle peut apparaître rouge en raison de la réfraction de la lumière du spectre rouge du Soleil par l'atmosphère terrestre sur la surface lunaire. Cette coloration caractéristique conduit à ce que les éclipses lunaires soient parfois appelées « lunes de sang ». De plus, la Lune peut présenter une teinte rougeâtre lorsqu'elle est observée sous un faible angle à travers une couche atmosphérique dense.
À l'inverse, la Lune peut présenter une apparence bleue, en fonction de la présence atmosphérique de particules spécifiques, telles que des cendres volcaniques, un phénomène communément appelé « lune bleue ».
Il est important de noter que les termes « lune rouge » et « lune bleue » désignent également des pleines lunes spécifiques au cours d'une année civile et ne font donc pas exclusivement référence à la véritable lune. présence chromatique du clair de lune rouge ou bleu.
Éclipses
Les éclipses se manifestent exclusivement lorsque le Soleil, la Terre et la Lune atteignent un alignement colinéaire, une configuration appelée « syzygie ». Les éclipses solaires se produisent pendant la phase de nouvelle lune, lorsque la Lune est positionnée entre le Soleil et la Terre. À l’inverse, les éclipses lunaires se produisent à la pleine lune, la Terre étant située entre le Soleil et la Lune. Le diamètre angulaire apparent de la Lune se rapproche étroitement de celui du Soleil, tous deux se trouvant à environ un demi-degré de la Terre. Bien que le Soleil soit sensiblement plus grand que la Lune, sa distance nettement plus grande de la Terre se traduit par une taille apparente équivalente à celle de la Lune considérablement plus petite et plus proche. Les variations de taille apparente, attribuables à leurs orbites non circulaires, sont également remarquablement similaires, bien qu'elles se produisent au sein de cycles distincts. Cette dynamique orbitale facilite à la fois les éclipses solaires totales, où la Lune apparaît plus grande que le Soleil, et les éclipses solaires annulaires, où la Lune apparaît plus petite que le Soleil. Lors d'une éclipse totale, la Lune obscurcit entièrement le disque solaire, rendant la couronne solaire visible à l'œil nu.
À mesure que la distance entre la Lune et la Terre augmente progressivement avec le temps, le diamètre angulaire de la Lune diminue en conséquence. Parallèlement, à mesure que le Soleil évolue vers sa phase géante rouge, sa taille physique et son diamètre angulaire apparent dans le ciel augmentent lentement. L’interaction de ces deux changements implique qu’il y a des centaines de millions d’années, la Lune obscurcirait entièrement le Soleil lors des éclipses solaires, excluant ainsi les éclipses annulaires. De même, dans un avenir lointain, la Lune ne suffira plus à couvrir entièrement le Soleil, rendant les éclipses solaires totales impossibles.
Le plan orbital de la Lune autour de la Terre est incliné d'environ 5,145° (5° 9′) par rapport au plan orbital de la Terre autour du Soleil. Par conséquent, les éclipses ne se manifestent pas à chaque phase de pleine et de nouvelle lune. Une éclipse nécessite la proximité de la Lune avec les points d'intersection de ces deux plans orbitaux. La périodicité et la récurrence prévisibles des éclipses solaires (Lune obscurcissant le Soleil) et lunaires (Terre obscurcissant la Lune) sont régies par le cycle saros, qui s'étend sur environ 18 ans.
Étant donné que la Lune obstrue systématiquement une région circulaire du ciel d'environ un demi-degré en largeur angulaire, le phénomène d'occultation associé se produit lorsqu'une étoile ou une planète lumineuse passe derrière la Lune, devenant ainsi obscurcie de l'observation terrestre. Ainsi, une éclipse solaire représente fondamentalement une occultation du Soleil. En raison de la proximité relative de la Lune avec la Terre, les occultations stellaires individuelles ne sont ni universellement observables à travers le globe, ni synchrones dans leur apparition. La précession de l'orbite lunaire se traduit par une variation annuelle des étoiles sujettes à occultation.
Illusion lunaire
Histoire de la compréhension et de l'exploration scientifiques
Observation pré-télescopique (avant 1609)
Certains chercheurs suggèrent que les premières peintures rupestres, remontant à 40 000 ans avant le présent (BP) et représentant des taureaux et des formes géométriques, ainsi que des bâtons de comptage vieux de 20 000 à 30 000 ans, auraient pu servir d'outils pour observer les phases lunaires et suivre le temps à travers les phases croissantes et décroissantes de la Lune. Au cours des époques préhistoriques, divers attributs lunaires ont été reconnus et incorporés aux divinités lunaires, puis documentés et symbolisés avec l'avènement de l'écriture au 4e millénaire avant notre ère. Parmi les premières représentations potentielles de la Lune se trouve une gravure rupestre datant de 3 000 avant notre ère, en particulier Orthostat 47, située à Knowth, en Irlande. Des représentations en croissant de la Lune, souvent associées à la divinité lunaire Nanna/Sin, ont été identifiées à partir du 3ème millénaire avant notre ère.
Enheduanna, reconnue comme la première astronome et poète nommée, une grande prêtresse akkadienne de la divinité lunaire Nanna/Sin et fille de Sargon le Grand (c. 2334 – c. 2279 avant notre ère), a conservé des enregistrements d'observations lunaires dans sa résidence. Le disque céleste de Nebra, datant d'environ c. 1800-1600 avant notre ère, représente la plus ancienne représentation découverte et identifiée de la Lune dans un contexte astronomique aux côtés d'autres éléments célestes, tels que les Pléiades.
L'ancien philosophe grec Anaxagoras (d. 428 avant JC) a postulé que le Soleil et la Lune étaient des corps sphériques massifs, la Lune reflétant l'éclairage du Soleil. Parallèlement, entre le 5e et le 4e siècle avant JC, les astronomes babyloniens ont documenté le cycle Saros de 18 ans pour les éclipses lunaires, tandis que les astronomes indiens ont détaillé l'allongement mensuel de la Lune. L'astronome chinois Shi Shen (fl. 4ème siècle avant JC) a fourni des méthodologies pour prévoir les éclipses solaires et lunaires.
Aristote (384-322 avant JC) a conceptualisé la Lune comme délimitant la frontière entre les sphères terrestres d'éléments mutables (terre, eau, air et feu) et le royaume céleste de l'éther impérissable, un cadre philosophique qui a profondément influencé la pensée pendant des siècles. Archimède (287-212 avant JC) a conçu un planétarium capable de calculer les mouvements de la Lune et d'autres corps célestes du système solaire. Au cours du IIe siècle avant JC, Séleucus de Séleucie a théorisé avec précision que les marées résultaient de l'attraction gravitationnelle de la Lune, leur ampleur étant influencée par l'alignement de la Lune par rapport au Soleil. Au cours du même siècle, Aristarque calcula la taille de la Lune et sa distance à la Terre, estimant cette dernière à environ vingt fois le rayon de la Terre.
Pendant la dynastie Han, les érudits chinois affirmaient que la Lune incarnait l'énergie qi, et leur théorie de « l'influence rayonnante » identifiait correctement l'illumination lunaire comme un reflet de la lumière solaire. Jing Fang (78-37 av. J.-C.) observa en outre la forme sphérique de la Lune. Ptolémée (90-168 après JC) a considérablement affiné les calculs d'Aristarque, déterminant la distance moyenne de la Lune à 59 fois le rayon terrestre et son diamètre à 0,292 diamètre terrestre, des valeurs remarquablement proches des chiffres précis d'environ 60 et 0,273, respectivement. Au IIe siècle après J.-C., Lucien est l'auteur du roman Une histoire vraie, décrivant des protagonistes voyageant vers la Lune et rencontrant ses habitants. L'astronome indien Aryabhata, en 510 après JC, expliquait dans son Aryabhatiya que la luminosité de la Lune résulte de la réflexion de la lumière solaire. Plus tard, l'astronome et physicien Ibn al-Haytham (965-1039) démontra que la réflexion lunaire de la lumière solaire n'était pas spéculaire, comme un miroir, mais plutôt diffuse, la lumière émanant dans toutes les directions de la surface éclairée de la Lune. Shen Kuo (1031-1095) de la dynastie Song a conçu une allégorie comparant les phases de la Lune à une sphère d'argent réfléchissante qui, lorsqu'elle est partiellement obscurcie par de la poudre blanche et vue sous un angle, ressemblerait à un croissant. Tout au long du Moyen Âge, avant l'invention du télescope, la Lune a été progressivement comprise comme un corps sphérique, même si la croyance répandue persistait selon laquelle sa surface était « parfaitement lisse ».
Exploration télescopique (1609-1959)
Le développement du télescope et les premiers rapports ont eu lieu en 1608. Thomas Harriot a produit les premières observations astronomiques télescopiques documentées et une cartographie lunaire rudimentaire au début de l'été 1609, bien que celles-ci soient restées inédites. Parallèlement, Galileo Galilei a commencé à utiliser des télescopes pour l'observation céleste et lunaire. Plus tard cette année-là, il documenta des observations plus complexes et des conclusions cruciales, notamment que la Lune possédait une surface inégale caractérisée par des montagnes et des cratères. Ces découvertes ont ensuite été publiées en 1610 dans son ouvrage fondateur et rapidement acclamé, Sidereus Nuncius.
Dans la seconde moitié du XVIIe siècle, Giovanni Battista Riccioli et Francesco Maria Grimaldi ont établi le système de nomenclature des caractéristiques lunaires qui reste utilisé aujourd'hui. L'ouvrage plus précis de Wilhelm Beer et Johann Heinrich von Mädler de 1834 à 1836, Mappa Selenographica, accompagné de la publication de 1837 Der Mond, représentait la première enquête trigonométriquement précise sur la topographie lunaire. Cette étude approfondie a catalogué les élévations de plus d'un millier de montagnes et a élevé les études lunaires à un niveau de précision comparable à la géographie terrestre. Les cratères lunaires, initialement observés par Galilée, étaient largement considérés comme d'origine volcanique jusqu'à ce que Richard Proctor propose dans les années 1870 qu'ils résultaient d'impacts. Cette hypothèse d'impact a gagné en crédibilité en 1892 grâce aux travaux expérimentaux du géologue Grove Karl Gilbert et a été renforcée par des études comparatives menées des années 1920 aux années 1940. Ces progrès ont finalement conduit au développement de la stratigraphie lunaire, qui dans les années 1950 était devenue un sous-domaine en plein essor de l'astrogéologie.
Missions lunaires initiales (1959-1976)
Après la Seconde Guerre mondiale, les premiers systèmes de lancement ont été développés, atteignant à la fin des années 1950 des capacités qui ont permis à l'Union soviétique et aux États-Unis de déployer des engins spatiaux dans l'espace. La Guerre froide a considérablement stimulé le développement rapide et étroitement surveillé de ces systèmes de lancement par les deux nations, culminant avec la « Course à l'espace » et sa phase ultérieure « Course à la Lune », qui ont intensément accéléré les efforts d'exploration lunaire et l'intérêt public.
Suite au vol spatial inaugural de Spoutnik 1 en 1957, pendant l'Année géophysique internationale, le programme Luna de l'Union soviétique a atteint plusieurs objectifs novateurs. Après trois missions infructueuses sans équipage en 1958, Luna 1 est devenue le premier objet fabriqué par l'homme à échapper à l'attraction gravitationnelle de la Terre, dépassant la Lune le 4 janvier 1959. Plus tard cette année-là, Luna 2 est devenu le premier objet fabriqué par l'homme à atteindre la surface de la Lune par impact intentionnel. À la fin de 1959, Luna 3 a réalisé une autre première en atteignant la face cachée de la Lune, normalement obscurcie, et en prenant ses premières photographies. En 1966, le vaisseau spatial Luna 9 a exécuté avec succès le premier atterrissage en douceur sur la Lune, et Luna 10 est devenu le premier véhicule à orbiter autour de la Lune.
En réponse à la déclaration d'intention du président John F. Kennedy en 1961 visant à réaliser un alunissage avec équipage d'ici la fin de la décennie, les États-Unis, menés par la NASA, ont lancé une série de missions sans équipage, comprenant le programme Ranger du Jet Propulsion Laboratory, le programme Lunar Orbiter et le programme Surveyor, conçues pour caractériser la surface lunaire en prévision des expéditions humaines. Parallèlement, le programme Apollo avec équipage progressait. Après une série d'essais orbitaux sans équipage et avec équipage du vaisseau spatial Apollo, et motivé par la perspective d'un alunissage humain soviétique, Apollo 8 a réalisé la première mission humaine sur l'orbite lunaire en 1968. Notamment, la mission Zond 5 de l'Union soviétique avait transporté les premiers organismes terrestres, deux tortues, autour de la Lune trois mois auparavant, et Zond 6 transportait ensuite des tortues.
L'atterrissage initial de l'humanité sur la Lune, et en effet sur n'importe quel corps céleste extraterrestre, s'est produit à 02h56 UTC le 21 juillet 1969, lorsque Neil Armstrong, commandant de la mission américaine Apollo 11, a marché sur la surface lunaire. Cet événement, largement considéré comme l'apogée de la course à l'espace, a été retransmis en direct via la caméra Apollo TV à environ 500 millions de téléspectateurs dans le monde, constituant jusqu'à présent la plus grande audience télévisée pour une retransmission en direct. Au même moment, la mission robotique de retour d'échantillons Luna 15 de l'Union soviétique était en orbite lunaire, marquant, aux côtés d'Apollo 11, l'opération simultanée sans précédent de deux missions extraterrestres.
Au cours des missions Apollo 11 à 17, à l'exclusion d'Apollo 13 qui a avorté son alunissage prévu, un total de 380,05 kilogrammes (837,87 lb) de roches et de sols lunaires ont été collectés en 2 196 échantillons distincts. Lors de chaque atterrissage d'Apollo, des ensembles d'instruments scientifiques étaient déployés sur la surface lunaire. Plus précisément, des stations d'instruments de longue durée, intégrant des sondes de flux thermique, des sismomètres et des magnétomètres, ont été établies sur les sites d'atterrissage d'Apollo 12, 14, 15, 16 et 17. Bien que la transmission directe de données vers la Terre ait cessé à la fin de 1977 en raison de contraintes budgétaires, les réseaux de rétroréflecteurs passifs à cubes de coin de télémétrie laser lunaire de ces stations restent opérationnels. Apollo 17, lancée en 1972, constitue la dernière mission en équipage sur la Lune. Par la suite, Explorer 49 en 1973 a représenté la dernière sonde lunaire américaine dédiée jusqu'en 1994.
L'Union soviétique a maintenu son programme d'exploration lunaire robotisée jusqu'en 1976, déployant notamment Lunokhod 1, le premier rover télécommandé sur une surface extraterrestre, via Luna 17 en 1970, et récupérant avec succès 0,3 kg d'échantillons de roche et de sol grâce à trois missions de retour d'échantillons Luna : Luna 16 en 1970, Luna 20 en 1972, et Luna 24 en 1976.
Le Traité sur la Lune et une période d'exploration lunaire réduite (1976-1990)
Après la dernière mission lunaire soviétique en 1976, l'exploration lunaire a considérablement diminué pendant quatorze ans. Pendant cette période, l'astronautique a réorienté son objectif principal vers l'exploration des planètes internes (par exemple, le programme Venera) et externes (par exemple, Pioneer 10, 1972) du système solaire, ainsi que vers le développement et l'exploitation continue d'actifs en orbite autour de la Terre. Ces actifs comprenaient des satellites de communication, des satellites d'observation de la Terre (par exemple, le programme Landsat, 1972), des télescopes spatiaux et notamment des stations spatiales (par exemple, le programme Saliout, 1971).
La négociation du Traité sur la Lune en 1979 et sa ratification ultérieure en 1984 ont constitué la seule activité significative liée à la Lune jusqu'en 1990.
Reprise de l'exploration lunaire (1990-présent)
En 1990, la mission Hiten – Hagoromo, qui représente la première mission lunaire dédiée depuis 1976, a atteint avec succès la Lune. Lancé par le Japon, il s'agissait de la première mission lunaire ne provenant ni de l'Union soviétique ni des États-Unis.
En 1994, les États-Unis ont recommencé leurs missions lunaires dédiées avec le vaisseau spatial Clementine, marquant leur première tentative de ce type depuis 1973. Cette mission a produit la première carte topographique quasi mondiale de la Lune et la première imagerie multispectrale mondiale de sa surface. Par la suite, la mission Lunar Prospector en 1998 a détecté des concentrations anormales d'hydrogène au niveau des pôles lunaires. Cette découverte est attribuée à l'existence probable de glace d'eau dans les mètres les plus élevés du régolithe dans des cratères ombragés en permanence.
Les années suivantes ont marqué le lancement de missions lunaires par une nouvelle cohorte de nations activement engagées dans l'exploration spatiale. De 2004 à 2006, le premier vaisseau spatial de l'Agence spatiale européenne (ESA), SMART-1, a atteint avec succès la Lune, menant ainsi la première étude complète des éléments chimiques présents sur la surface lunaire. Le programme chinois d'exploration lunaire a atteint sa première présence lunaire avec l'orbiteur Chang'e 1 (2007-2009), qui a généré une carte photographique complète de la Lune. En 2008, la mission indienne Chandrayaan-1, y compris sa sonde d'impact lunaire, a réussi à atteindre, orbiter et percuter la Lune, faisant de l'Inde la cinquième et la sixième nation à atteindre ces jalons. Cette mission a produit une carte chimique, minéralogique et photogéologique à haute résolution de la surface lunaire et a confirmé l'existence de molécules d'eau dans le sol lunaire.
Le 18 juin 2009, les États-Unis ont lancé le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) et l'impacteur LCROSS. La mission LCROSS s'est terminée par un impact délibéré et largement observé dans le cratère Cabeus le 9 octobre 2009. À l'inverse, le LRO reste opérationnel, acquérant des données altimétriques lunaires précises et des images haute résolution.
La Chine a avancé son programme lunaire en 2010 avec Chang'e 2, qui a réalisé une cartographie de surface à haute résolution sur un durée de huit mois. En 2013, le programme a déployé Chang'e 3, comprenant un atterrisseur lunaire et le rover Yutu (chinois : 玉兔 ; lit. 'Lapin de Jade'). Cette mission représentait le premier déploiement d'un rover lunaire depuis Lunokhod 2 en 1973 et le premier atterrissage en douceur sur la Lune depuis Luna 24 en 1976, faisant ainsi de la Chine le troisième pays à réaliser un tel exploit.
En 2014, la mission Manfred Memorial Moon, la première sonde financée par des fonds privés, a effectué un survol lunaire.
Au début En 2019, la mission du rover chinois Chang'e 4 a accompli l'exploit sans précédent d'alunir sur la face cachée de la Lune.
En 2019 également, l'Inde a lancé avec succès sa deuxième sonde lunaire, Chandrayaan-2.
En 2020, la Chine a exécuté sa première mission robotique de retour d'échantillons, Chang'e 5, qui a réussi à récupérer 1 731 grammes de matière lunaire sur Terre.
Les États-Unis ont lancé des plans pour un retour sur la Lune en 2004. Par la suite, avec la signature des accords Artemis menés par les États-Unis en 2020, le programme Artemis a été créé, visant à ramener des humains sur la Lune dans les années 2020. Un nombre croissant de pays ont approuvé ces accords, qui ont stimulé un discours renouvelé concernant le cadre international et les efforts de collaboration pour les activités lunaires, en s'appuyant sur le Traité sur la Lune existant et le concept de Village Lunaire dirigé par l'ESA.
En 2022, la Corée du Sud a lancé avec succès Danuri, sa première mission lunaire, depuis les États-Unis. En 2023 et 2024, l’Inde et le Japon ont réalisé des alunissages en douceur, devenant ainsi les quatrième et cinquième pays à le faire, après l’Union soviétique et les États-Unis dans les années 1960, et la Chine dans les années 2010. Notamment, le Smart Lander japonais destiné à enquêter sur la Lune a fait preuve de résilience en survivant à trois nuits lunaires. En 2024, l'atterrisseur IM-1 a marqué une étape importante en tant que premier atterrisseur de construction commerciale à atteindre avec succès la surface lunaire.
Le 3 mai 2024, la Chine a lancé Chang'e 6, qui a effectué un autre retour d'échantillon lunaire depuis la face cachée de la Lune. Cette mission comprenait également un rover chinois chargé d'effectuer une spectroscopie infrarouge de la surface lunaire. De plus, le Pakistan a déployé un orbiteur lunaire, ICUBE-Q, en conjonction avec la mission Chang'e 6.
En 2024, Nova-C 2, iSpace Lander et Blue Ghost ont tous été lancés vers la Lune.
La NASA a l'intention de lancer son survol lunaire avec équipage Artemis II en avril 2026, ce qui constituera la première mission lunaire avec équipage depuis l'ère Apollo. L'équipage, composé de Christina Koch, Victor Glover et Jeremy Hansen, comprendra la première femme, personne de couleur et citoyenne non américaine à voyager dans l'espace lointain et à proximité de la Lune. Après Artemis II, la NASA prévoit de ramener des humains sur la Lune avec l'atterrissage d'Artemis IV au pôle Sud lunaire en 2028, ce qui sera le premier atterrissage lunaire en équipage depuis le programme Apollo.
Futur
En plus du programme Artemis en cours et de ses services commerciaux de charge utile lunaire, la Chine fait progresser son ambitieux programme Chang'e, en déclarant des missions conjointes avec le programme russe Luna-Glob, qui a été confronté à des défis. Les initiatives lunaires chinoises et américaines visent à établir une base lunaire permanente avec leurs partenaires internationaux d’ici les années 2030. Cependant, les États-Unis et leurs collaborateurs ont d'abord l'intention de déployer une station orbitale Lunar Gateway dans les années 2020, qui servira de point d'étape aux missions Artemis pour déployer le système d'atterrissage humain et établir des camps de surface temporaires.
Contrairement à la nature exploratoire des missions Apollo, le programme Artemis vise à établir une présence humaine durable sur la Lune. Pour atteindre cet objectif, la NASA collabore avec les leaders de l'industrie pour développer des infrastructures essentielles, notamment des systèmes de communication avancés. Une démonstration de la connectivité 4G est prévue pour 2024 à bord d’un atterrisseur Intuitive Machines Nova-C. En outre, un accent important est mis sur l'utilisation des ressources in situ, une composante essentielle des initiatives lunaires de la DARPA. La DARPA a sollicité des partenaires industriels pour formuler une stratégie architecturale lunaire sur une décennie, destinée à faciliter l'émergence d'une économie lunaire.
Interaction et présence humaine
Les premières sondes extraterrestres, faisant partie du programme Luna, ont atteint la Lune en 1959, un an seulement après le vol orbital inaugural et l'aube de l'ère spatiale. Par la suite, de nombreuses sondes robotiques et missions humaines ont été envoyées sur la surface lunaire. La première habitation humaine sur la Lune a eu lieu en 1969, dans le cadre du programme Apollo avec équipage, qui a terminé ses missions en 1972.
Une présence humaine continue sur la Lune a été maintenue grâce aux restes d'impacteurs, de sites d'atterrissage et d'orbiteurs lunaires opérationnels. Certains atterrisseurs et orbiteurs ont établi une infrastructure lunaire limitée, facilitant l'observation et la communication continues. Parmi les exemples de missions actives à long terme figurent le Lunar Reconnaissance Orbiter, lancé en 2009, qui étudie la Lune pour des missions potentielles, et l'atterrisseur Chang'e 3, lancé en 2013, dont le télescope lunaire ultraviolet reste opérationnel. Depuis les années 1970, cinq rétroréflecteurs ont été déployés sur la Lune, permettant des mesures précises des librations physiques via la télémétrie laser.
L'activité humaine croissante dans l'espace cislunaire et sur la surface lunaire, impliquant notamment des missions sur la face cachée de la Lune ou dans ses régions polaires, nécessite une infrastructure lunaire robuste. Pour répondre à cette exigence, des orbiteurs ont été déployés sur des orbites lunaires ou aux points de Lagrange Terre-Lune depuis 2006. Il s'agit notamment de satellites relais comme Queqiao et Queqiao-2, qui utilisent des orbites très excentriques pour assurer une communication continue, et du projet Lunar Gateway, conçu comme la première station spatiale extraterrestre.
De nombreuses missions sont planifiées par diverses agences et entités privées pour établir une présence humaine durable sur la Lune, avec la Lunar Gateway, intégrée au système. Programme Artemis, représentant le projet le plus avancé actuellement en développement.
Impact humain
Bien que la Lune possède la catégorie d'objectif de protection planétaire la plus basse, des inquiétudes concernant sa dégradation potentielle en tant qu'environnement scientifique vierge ont été soulevées. L’astronomie lunaire, si elle était réalisée, nécessiterait un environnement dépourvu de pollution physique et radiofréquence. Malgré l'absence d'atmosphère substantielle sur la Lune, la circulation automobile et les impacts génèrent des nuages de poussière qui peuvent se propager de manière étendue, contaminant potentiellement l'état original de la Lune et ses attributs scientifiques uniques. La chercheuse Alice Gorman soutient que, malgré la nature inhospitalière de la Lune, la qualifier de « morte » néglige sa dynamique inhérente, exigeant ainsi que les activités humaines durables reconnaissent l'écologie lunaire en tant que participant actif.
L'incident impliquant le crash de l'atterrisseur Beresheet en 2019 et sa charge utile de tardigrades, souvent appelé « l'affaire Tardigrade », a été cité comme une illustration de l'insuffisance des mesures de protection planétaire et de l'absence de réglementations internationales complètes.
La prolifération des débris spatiaux dans l'environnement circumlunaire, au-delà de l'orbite terrestre, apparaît comme un défi potentiel, en particulier compte tenu de la fréquence croissante des missions lunaires et des risques associés à ces efforts. Par conséquent, la gestion des déchets lunaires a été identifiée comme une préoccupation majeure à laquelle les futures missions lunaires, en particulier celles opérant à la surface, doivent répondre.
Des restes humains ont été transportés vers la Lune, un service proposé par des entités privées telles que Celestis et Elysium Space. Étant donné le statut sacré ou important de la Lune dans de nombreuses cultures, la pratique des enterrements spatiaux a suscité des critiques de la part des dirigeants des communautés autochtones. Par exemple, Albert Hale, alors président de la nation Navajo, a publiquement critiqué la NASA en 1998 pour avoir envoyé les cendres incinérées du scientifique Eugene Shoemaker sur la Lune.
En plus des vestiges accidentels de l'activité humaine, plusieurs installations et artefacts permanents ont été délibérément placés sur la Lune, notamment l'œuvre d'art du Moon Museum, les messages de bonne volonté d'Apollo 11, six plaques lunaires et le Mémorial des astronautes déchus.
Astronomie depuis la Lune
La Lune a servi de plate-forme pour les observations astronomiques et terrestres. Depuis la surface lunaire, la taille apparente de la Terre varie de 1° 48′ à 2°, ce qui est trois à quatre fois plus grand que la taille apparente de la Lune ou du Soleil vus de la Terre, soit à peu près l'équivalent de la largeur de deux petits doigts tenus à bout de bras. Les observations lunaires ont commencé en 1966 avec Lunar Orbiter 1 capturant les premières images de la Terre depuis la Lune. Une photographie d'importance culturelle notable, intitulée Earthrise, a été prise par Bill Anders lors de la mission Apollo 8 en 1968. Par la suite, en avril 1972, la mission Apollo 16 a déployé le premier télescope lunaire dédié, la caméra/spectrographe ultraviolet lointain, qui a documenté diverses images et spectres astronomiques.
La Lune est largement reconnue comme un emplacement optimal pour les télescopes astronomiques. Sa proximité avec la Terre est avantageuse et certains cratères polaires offrent des environnements perpétuellement sombres et froids, ce qui les rend particulièrement adaptés aux télescopes infrarouges. De plus, la face cachée de la Lune offre une protection naturelle aux radiotélescopes, les protégeant ainsi des interférences radio terrestres. Bien que le sol lunaire présente des défis pour les composants mobiles des télescopes, il peut être combiné avec des nanotubes de carbone et des époxy pour fabriquer des miroirs allant jusqu'à 50 mètres de diamètre. De plus, un télescope zénithal lunaire peut être construit de manière économique en utilisant un liquide ionique.
L'activité humaine accrue sur la surface lunaire devrait augmenter la circulation atmosphérique de la poussière lunaire, diminuant ainsi les conditions favorables à l'astronomie de surface, à moins que des stratégies d'atténuation efficaces ne soient mises en œuvre pour contrôler la dispersion de la poussière.
Habitation lunaire
La présence humaine sur la Lune impliquait des groupes de deux individus, avec des séjours pouvant durer jusqu'à trois jours. Au total, douze individus ont résidé sur la surface lunaire au cours de six missions, utilisant toutes le module lunaire Apollo comme habitat de surface. Au cours de ces expéditions, certains astronautes ont passé collectivement jusqu'à une journée à mener des activités extravéhiculaires sur la surface lunaire.
Les défis associés à l'exploration de la surface lunaire incluent l'adhérence de la poussière lunaire aux combinaisons spatiales et aux outils, qui a ensuite été transportée dans les habitats. Les astronautes ont rapporté avoir goûté et senti la poussière, décrivant son odeur comme semblable à celle de la poudre à canon, un phénomène appelé « arôme d'Apollon ». Ces fines particules sont également reconnues comme une source potentielle de problèmes de santé.
En 2019, au moins une graine de plante a germé avec succès lors d'une expérience menée à bord de l'atterrisseur Chang'e 4. Cette graine, ainsi que d'autres petits organismes, avaient été transportées depuis la Terre au sein de son microécosystème lunaire désigné.
Cadre juridique
Malgré le déploiement de fanions de l'Union soviétique par les atterrisseurs Luna et la plantation symbolique de drapeaux américains par les astronautes d'Apollo sur leurs sites d'atterrissage, aucune nation n'affirme sa souveraineté sur une quelconque partie de la surface de la Lune. De même, les revendications de propriété privée, qu'elles soient partielles ou totales, ne sont pas reconnues comme légitimes.
Le Traité sur l'espace extra-atmosphérique de 1967 désigne la Lune et l'ensemble de l'espace extra-atmosphérique comme la « province de toute l'humanité ». Ce traité exige que la Lune soit utilisée exclusivement à des fins pacifiques, interdisant expressément les installations militaires et les armes de destruction massive. Un nombre important de nations sont signataires de ce traité. L’Accord sur la Lune de 1979 a ensuite été établi pour définir et réglementer davantage l’exploitation des ressources lunaires, en empêchant l’appropriation unilatérale par une seule nation et en reportant ces activités à un cadre réglementaire international encore non spécifié. En janvier 2020, 18 pays avaient signé et ratifié cet accord, dont aucun ne possédait de capacités indépendantes de vols spatiaux habités.
Depuis 2020, plusieurs pays se sont alignés sur les États-Unis par le biais des accords Artemis, qui constituent un défi pour le cadre du traité existant. Les États-Unis ont en outre précisé, via un décret présidentiel intitulé "Encourager le soutien international à la récupération et à l'utilisation des ressources spatiales", que "les États-Unis ne considèrent pas l'espace extra-atmosphérique comme un 'bien commun mondial'" et qualifient l'Accord sur la Lune de "tentative ratée de restreindre la libre entreprise".
Étant donné la ratification par l'Australie du Traité sur la Lune en 1986 et des Accords Artemis en 2020, un débat scientifique a émergé sur la possibilité d'harmoniser ces deux cadres. Par conséquent, un Accord de mise en œuvre du Traité sur la Lune a été proposé. Cet accord vise à remédier aux lacunes perçues du Traité sur la Lune et à l'aligner sur d'autres instruments et accords juridiques, tels que les Accords Artemis, favorisant ainsi une acceptation internationale plus large.
Compte tenu de l'intérêt commercial et national croissant, notamment concernant les territoires de prospection, les législateurs américains ont introduit fin 2020 des réglementations spécifiques visant à conserver les sites historiques d'alunissage. Parallèlement, divers groupes d'intérêt ont plaidé pour la désignation de ces sites comme sites du patrimoine mondial et zones protégées d'importance scientifique, contribuant ainsi au cadre juridique régissant l'accessibilité de la Lune et les revendications territoriales potentielles.
En 2021, un collectif composé « d'avocats, d'archéologues de l'espace et de citoyens concernés » a formulé la Déclaration des droits de la Lune. Cette déclaration s'appuie sur des précédents établis par le mouvement des Droits de la Nature et sur le concept émergent de personnalité juridique pour les entités non humaines dans le domaine spatial.
Coordination et régulation
La prolifération des activités humaines sur la Lune nécessite une coordination renforcée pour garantir la sécurité et la viabilité des opérations lunaires internationales et commerciales. Les discussions ont porté sur un large éventail de questions, allant d'une large coopération à des efforts de coordination spécifiques, tels que l'établissement potentiel d'un système horaire lunaire standardisé.
Le Traité sur la Lune préconise, et un Accord de mise en œuvre a proposé, l'établissement d'un cadre réglementaire international ou soutenu par les Nations Unies pour les activités humaines sur la Lune ; cependant, cela reste une question controversée. Les efforts lunaires actuels sont multilatéraux, comme en témoignent le programme Artemis dirigé par les États-Unis et la Station internationale de recherche lunaire dirigée par la Chine. Pour favoriser une coopération et une coordination internationales plus larges, plusieurs organismes ont été créés, notamment le Groupe de travail international sur l'exploration lunaire (ILEWG), la Moon Village Association (MVA) et le Groupe international de coordination de l'exploration spatiale (ISECG).
Importance culturelle et sociétale
Chronométrage
Tout au long des époques préhistoriques, les sociétés humaines ont méticuleusement observé les phases de la Lune ainsi que ses phases croissantes et décroissantes cycliques, utilisant ces modèles célestes pour la tenue de registres chronologiques. Certains chercheurs affirment que les anciens bâtons de comptage, en particulier les os entaillés datés au carbone 20 000 à 30 000 ans, représentent les premières tentatives de suivi des phases lunaires. L'énumération systématique des jours entre ces phases a finalement conduit à la conceptualisation des cycles lunaires en mois et, potentiellement, des phases individuelles en semaines.
Étymologiquement, les termes pour « mois » dans diverses langues reflètent souvent une corrélation directe entre cette période temporelle et la Lune. Par exemple, les mots anglais mois et lune, ainsi que leurs équivalents dans d'autres langues indo-européennes, comme le latin mensis et le grec ancien μείς (meis) ou μήν (mēn), tous deux signifiant « mois » — proviennent de la racine proto-indo-européenne (TARTE) de lune, *méh§2122§nōt. Cette racine elle-même dérive de la racine verbale de la TARTE *meh§2526§-, signifiant « mesurer », « indiquant ainsi une conception fonctionnelle de la Lune, c'est-à-dire le marqueur du mois » (comparez les termes anglais mesure et menstruel). Illustrant ce phénomène dans une famille linguistique différente, la langue chinoise utilise le caractère identique (月) pour la lune et le mois, un lien encore plus évident dans les symboles du mot semaine (星期).
Ce système de chronométrage lunaire a historiquement conduit au développement de calendriers luni-solaires divers, mais dominants. Le calendrier islamique du VIIe siècle est un excellent exemple de calendrier purement lunaire, dans lequel les mois sont traditionnellement délimités par l'observation visuelle du hilal, ou du premier croissant de lune, apparaissant au-dessus de l'horizon.
La pleine lune revêt une importance particulière, étant mise en évidence et célébrée dans de nombreux calendriers et cultures, illustrée par la fête bouddhiste du Vesak. La pleine lune qui se produit près de l'équinoxe d'automne du sud ou du nord est souvent appelée lune des récoltes et est commémorée par diverses festivités, y compris la fête de la lune des récoltes dans le calendrier lunaire chinois, qui constitue la deuxième célébration la plus importante après le nouvel an lunaire luni-solaire chinois.
De plus, l'association du temps avec la Lune s'étend aux contextes religieux, comme l'illustre l'ancienne divinité temporelle et lunaire égyptienne, Khonsu.
Représentation culturelle
Au-delà de la simple observation depuis les époques préhistoriques, l’humanité a cultivé des perceptions complexes de la Lune. Tout au long de l'histoire, la Lune a été caractérisée et associée de diverses manières, allant de l'incarnation d'un esprit ou d'une divinité, servant d'influence astrologique, à son intégration en tant que composant fondamental dans de nombreuses cosmologies.
La longue histoire de l'observation humaine de la Lune est documentée à travers des représentations remontant à 40 000 ans avant le présent (BP) et dans des documents écrits du 4e millénaire avant notre ère, coïncidant avec les premières formes d'écriture. Enheduanna, reconnue comme la première astronome et poète nommée, une grande prêtresse akkadienne dédiée à la divinité lunaire Nanna/Sin et fille de Sargon le Grand (c. 2334 – c. 2279 avant notre ère), a méticuleusement cartographié la Lune. mouvements et œuvres poétiques composées célébrant son essence divine.
Crescent
Le croissant (🌙) a servi de symbole persistant dans diverses cultures pour représenter la Lune, en particulier ses phases, avec des preuves remontant à au moins 3 000 avant notre ère. Ses origines pourraient s'étendre encore plus loin, potentiellement liées aux représentations de cornes de taureau dans les peintures rupestres datant de 40 000 BP. Dans divers systèmes d'écriture, comme le chinois, le croissant a évolué vers le caractère 月, signifiant la Lune. De même, dans les hiéroglyphes égyptiens anciens, le symbole 𓇹 désignait la Lune et était phonétiquement associé à l'ancienne divinité lunaire égyptienne Iah, qui était également liée à d'autres divinités lunaires comme Khonsu et Thot.
Dans l'iconographie mésopotamienne, le croissant fonctionnait comme l'emblème principal de Nanna/Sîn, l'ancienne divinité lunaire sumérienne. Cette divinité était vénérée comme le père d'Inanna/Ishtar, la déesse associée à la planète Vénus (représentée par l'étoile à huit branches d'Ishtar), et d'Utu/Shamash, la divinité solaire (symbolisée par un disque, parfois à huit rayons) ; ces trois personnages étaient fréquemment représentés à proximité. Nanna/Sîn, aux côtés d'autres divinités lunaires telles que Iah et Khonsu de l'Égypte ancienne, Mene/Selene de la Grèce antique et Luna de la Rome antique, est typiquement représentée comme une divinité à cornes, souvent ornée de couvre-chefs ou de couronnes en forme de croissant.
La configuration spécifique d'un croissant et d'une étoile, connue sous le nom d'étoile et de croissant (☪️), provient de l'âge du bronze, symbolisant soit le Soleil et la Lune, soit la Lune et la planète Vénus. en conjonction. Cet emblème fut ensuite associé à la déesse lunaire Artémis. Grâce au patronage d'Hécate, une triple divinité connue sous les épithètes trimorphos/trivia, qui incorporait des aspects d'Artémis/Diane, le symbole fut adopté par Byzance. Plus tard, dans la vénération mariale, la Vierge Marie (Reine du Ciel) fut représentée sur un croissant et ornée d'étoiles, succédant ainsi aux déesses antérieures. Par la suite, l'application héraldique de l'étoile et du croissant s'est considérablement développée, le symbolisme de Byzance pouvant potentiellement influencer le dessin du drapeau ottoman, en particulier l'intégration du croissant turc avec une étoile. Ce motif est depuis devenu un symbole largement reconnu pour l'Islam (en tant que hilal du calendrier islamique) et pour de nombreux États souverains.
Autres associations
Diverses cultures ont interprété les caractéristiques distinctives de la Lune, en particulier ses hauts plateaux plus lumineux et ses mers plus sombres, comme formant des figures abstraites. Ces interprétations incluent l'Homme dans la Lune (par exemple, Coyolxāuhqui) et le Lapin de Lune (par exemple, le Tu'er Ye chinois, ou dans les mythologies amérindiennes, un aspect de la déesse maya de la Lune, potentiellement liée à Awilix, ou Metztli/Tēcciztēcatl).
Certaines divinités lunaires sont parfois représentées traversant le ciel dans un char, par exemple l'Hindou Chandra/Soma, la grecque Artémis (associée à Séléné) et Luna, l'ancienne homologue romaine de Séléné.
Dans l'alchimie occidentale, la Lune est symboliquement liée à l'argent, contrastant avec l'association de l'or avec le Soleil.
Dans la tradition islamique, le miracle connu sous le nom de division de la Lune (arabe : انشقاق القمر) établit une association entre la Lune et le Prophète Mahomet.
Représentation dans la culture moderne
Les perceptions modernes de la Lune ont été profondément façonnées par les progrès de l'astronomie basée sur les télescopes et les vols spatiaux ultérieurs, qui ont facilité l'interaction humaine directe avec la surface lunaire, notamment grâce aux atterrissages lunaires d'importance culturelle. Ces nouvelles idées ont inspiré une gamme de références culturelles, reliant les contemplations romantiques de la Lune avec des genres spéculatifs comme la science-fiction qui explore des thèmes lunaires.
Actuellement, la Lune est de plus en plus considérée comme un site potentiel d'expansion économique dans l'espace, comme en témoignent les missions axées sur la prospection des ressources lunaires. Cette évolution a suscité un nouveau discours public et critique concernant la relation culturelle et juridique de l'humanité avec le corps céleste, en particulier dans le contexte du colonialisme, comme l'explique le poème de 1970 « Whitey on the Moon ». Par conséquent, la nature intrinsèque de la Lune a été soulignée, en particulier dans les arguments en faveur de la conservation de la Lune et de sa désignation comme bien commun mondial.
En 2021, le 20 juillet, commémorant la date du premier alunissage en équipage, a été officiellement désigné comme la Journée internationale de la Lune.
L'effet lunaire
L'effet lunaire postule une corrélation non fondée entre des phases particulières du cycle lunaire d'environ 29,5 jours et des altérations comportementales ou physiologiques chez les organismes terrestres, y compris les humains. Historiquement, la Lune a été liée aux concepts de folie et d’irrationalité ; en effet, les termes folie et lunatique proviennent de la désignation latine de la Lune, Luna. Des philosophes anciens tels qu'Aristote et Pline l'Ancien affirmaient que la pleine lune pouvait provoquer la folie chez les individus prédisposés, théorisant que le cerveau, étant en grande partie composé d'eau, serait influencé par les forces de marée de la Lune ; cependant, l’attraction gravitationnelle de la Lune est insuffisante pour exercer un tel effet sur un individu. Les partisans contemporains de l'effet lunaire affirment fréquemment une augmentation des admissions dans les hôpitaux psychiatriques, des incidents de la route, des homicides ou des suicides pendant une pleine lune, mais plus de 37 enquêtes ont réfuté ces affirmations. Bien que les cycles lunaires influencent manifestement la culture humaine, aucune preuve empirique solide n'établit un lien entre ces cycles et la biologie humaine.
Un inventaire complet des satellites naturels.
- Liste des satellites naturels
- Sélénographie, discipline scientifique dédiée à l'étude des caractéristiques et de la morphologie de la surface de la Lune.
- Méthodologies de chronométrage dans un environnement lunaire.
Notes explicatives supplémentaires.
Références
- Une collection d'images et de vidéos concernant la Lune, fournie par la NASA.
- Une présentation vidéo intitulée "La Lune en 4K" (NASA, avril 2018).
- Ressource permettant de déterminer les données de lever, coucher et phase lunaires pour des coordonnées géographiques spécifiques.
Ressources cartographiques spécialisées.
- Carte géologique unifiée de la Lune, produite par l'United States Geological Survey.
- Moon Trek, un navigateur intégré facilitant l'accès aux ensembles de données et aux cartes lunaires.
- L'Atlas lunaire consolidé.
- Représentations du globe zoomables en trois dimensions :
- Rendu 3D de la Lune disponible via Google Maps, analogue à Google Earth.
- Section dédiée à la Lune de World Wind Central.
- Représentations cartographiques et vues panoramiques des sites d'atterrissage de la mission Apollo.
- Mission terrestre.
- Une image détaillée illustrant la région polaire nord lunaire.