Un soir apparaît un fin croissant, un autre jour une Lune ronde se lève. La Lune n'est pas réellement découpée puis reformée. Sa forme apparente, appelée phase, change avec la portion de sa surface éclairée par le Soleil que nous voyons depuis la Terre. Attribuer les phases ordinaires à l'ombre terrestre les confond avec les éclipses de Lune.
Pour les comprendre, il faut considérer ensemble l'éclairage de la surface lunaire et notre direction d'observation. La question diffère de la formation des cratères ou de la trajectoire d'une sonde. Examinons la position de la Lune par rapport au Soleil et les repères utilisés pour consigner sa forme.
1. L'hémisphère éclairé n'est pas la portion visible depuis la Terre
Le clair de Lune provient principalement de la lumière solaire réfléchie par sa surface. En dehors d'une éclipse, si on simplifie la Lune en sphère, le Soleil en éclaire approximativement la moitié. Cette surface éclairée ne rétrécit pas soudain en croissant lorsque la Lune se déplace autour de la Terre. Comme l'explique la présentation des phases par la NASA, c'est la proportion de cet hémisphère éclairé visible depuis la Terre qui change. La limite entre clair et sombre n'est pas la trace d'un autre astre masquant la Lune.
Imaginez une balle blanche éclairée à l'intérieur par une lampe fixe sur le côté. La tête de l'observateur représente la Terre et la balle la Lune : déplacer la balle change la partie éclairée visible. Si elle passe dans l'ombre de la tête, le modèle représente une éclipse plutôt qu'une phase ordinaire. Il permet d'explorer l'éclairage et le regard, sans reproduire à la même échelle les tailles, distances et inclinaisons réelles.
2. Premier et dernier quartier sont tous deux des demi-Lunes, dans un ordre différent
La nouvelle Lune se trouve près de la direction du Soleil vue depuis la Terre, la pleine Lune presque à l'opposé. Près de la nouvelle Lune, la face tournée vers nous est principalement sombre et difficile à voir à proximité du Soleil. La fraction lumineuse augmente ensuite, passant par le premier croissant, le premier quartier et la Lune gibbeuse croissante jusqu'à la pleine Lune. Elle diminue après celle-ci, passant par le dernier quartier puis le dernier croissant avant la nouvelle Lune. Le changement est continu et non une succession discontinue de huit images fixes.
Aux premier et dernier quartiers, environ la moitié du disque est éclairée. Le premier quartier appartient toutefois à la croissance vers la pleine Lune, le dernier à la décroissance qui suit. Ne notez pas seulement « demi-Lune » : comparez les observations précédentes. Le tableau donne des tendances approximatives aux latitudes moyennes. Les heures réelles de lever et coucher variant avec la saison, la latitude et l'horizon, il ne constitue pas un programme précis d'observation.
| Phase principale | Partie éclairée visible depuis la Terre | Tendance approximative d'observation |
|---|---|---|
| Nouvelle Lune | Presque invisible | Difficile à observer près de la direction du Soleil |
| Premier quartier | Environ la moitié, puis davantage | Favorable le soir après le coucher du Soleil |
| Pleine Lune | Disque presque rond | Se lève généralement au coucher du Soleil et reste visible la nuit |
| Dernier quartier | Environ la moitié, puis moins | Favorable de la fin de nuit au matin |
3. La durée du mois dépend du repère de la révolution
La Lune met en moyenne environ 27.3 jours à faire le tour de la Terre par rapport aux étoiles lointaines : c'est le mois sidéral. Mais le retour d'une nouvelle Lune à la suivante, donc à la même phase, prend en moyenne environ 29.5 jours : c'est le mois synodique. Ces valeurs ne sont pas deux arrondis différents de la même période. Retrouver une position orbitale par rapport aux étoiles et une configuration par rapport au Soleil sont deux choses distinctes.
Pendant ce temps, la Terre et la Lune se déplacent aussi ensemble autour du Soleil. Après un tour par rapport aux étoiles, la direction du Soleil vue depuis la Terre a changé : la Lune doit avancer encore pour retrouver la même phase. Le mois synodique est donc plus long que le mois sidéral. Ces nombres sont des moyennes, pas des durées identiques pour chaque mois synodique. On ne prédit pas non plus l'instant exact de la prochaine pleine Lune en fixant arbitrairement des intervalles calendaires à 29 ou 30 jours.
4. Une éclipse demande un alignement supplémentaire
Une éclipse lunaire survient près de la pleine Lune lorsque Soleil, Terre et Lune sont disposés de sorte que la Lune entre dans l'ombre terrestre. Cela ne signifie pas que la partie sombre des croissants ou demi-Lunes ordinaires soit cette ombre. Le guide NASA des éclipses lunaires distingue l'éclipse totale, où toute la Lune entre dans l'ombre centrale, l'éclipse partielle, où seule une partie y entre, et l'éclipse pénombrale, dans l'ombre extérieure. Cette dernière peut être peu perceptible ; toute éclipse ne fait pas disparaître complètement la Lune.
Le plan de l'orbite lunaire est incliné d'environ 5 degrés par rapport au plan de l'orbite terrestre autour du Soleil. Même à la pleine Lune, notre satellite passe donc généralement au-dessus ou au-dessous de l'ombre terrestre. La configuration de pleine Lune doit coïncider avec un passage près de la ligne d'intersection des deux plans pour qu'une éclipse soit possible. Déduire d'un schéma plat qu'il y a une éclipse chaque mois confond l'inclinaison omise dans le dessin avec la réalité.
5. Vérifier séparément droite et gauche et les dates du calendrier
À un instant donné, la phase est pratiquement la même partout sur Terre, mais l'orientation apparente dépend du lieu. Les formes familières peuvent sembler renversées entre les hémisphères Nord et Sud ; même au même endroit, leur inclinaison par rapport à l'horizon peut changer. La règle « éclairée à droite signifie croissante » ne s'applique donc pas à toute région ou photographie. Vérifiez une éventuelle rotation de l'image ou inversion optique et comparez aussi l'augmentation ou la diminution de la partie claire sur plusieurs jours.
L'heure de pleine Lune donnée par une éphéméride est un instant précis, alors que la Lune peut sembler presque ronde plusieurs nuits autour de celui-ci. Sa date locale peut différer selon le fuseau. Par exemple, un horaire illustratif de 18:00 UTC correspond à 03:00 le lendemain dans un lieu à UTC+9. C'est une conversion horaire, pas une prévision réelle de pleine Lune. L'activité de calendrier du JPL précise également son fuseau et sa région d'application. Vérifiez l'année, le fuseau et la région d'observation avant d'utiliser un calendrier ou schéma étranger.
6. Séparer les observations des formes prévues dans le journal
Observez la Lune pendant environ un mois en notant date, heure locale, lieu, direction dans le ciel et forme éclairée. Vous pouvez commencer au même endroit après le coucher du Soleil, mais la Lune n'est pas visible à la même heure durant tout le cycle. Lorsqu'elle est invisible, notez nuages, bâtiments ou horaire inadapté. Une case vide ne prouve pas immédiatement une nouvelle Lune. Ne dirigez pas de jumelles ou un télescope vers le Soleil pour rechercher la Lune à proximité.
Imaginons un journal A décrivant un fin croissant à l'ouest un soir puis une Lune plus épaisse à la même heure quelques jours plus tard. Cela correspond à une fraction éclairée croissante, sans mesurer la durée exacte du mois synodique. Si un journal B ne voit pas la Lune un jour puis la voit le lendemain, ce jour vide ne signifie pas qu'elle a disparu. Ces deux journaux sont des exercices fictifs sur les conditions d'observation, sans observation réelle du ciel.
Comme dans le journal d'observation lunaire du JPL, comparer des dessins successifs permet de distinguer répétitions et périodes non observées. Si vous complétez ensuite une journée manquante avec une éphéméride, utilisez des marques différentes pour prévision et observation directe. Distinguez aussi une photo sombre à cause des nuages ou de l'exposition d'une réduction de la surface éclairée. L'ordre des phases seul ne permet de déterminer ni la distance lunaire ni l'heure exacte d'une éclipse.