Présentation :

La Lune est le seul satellite naturel de la Terre. Son diamètre est égal au quart de celui de notre planète. Son orbite est légèrement elliptique et elle s'éloigne de la Terre de quelques centimètres par an. Sa surface est assez diversifiée (plaines, chaînes montagneuses atteignant 8 000 m d'altitude) , creusée de très nombreux cratères, de diamètres allant jusqu'à 300 km. La Lune nous présente toujours la même face et est visible depuis la Terre sous les différentes phases qui forment le cycle lunaire de 29 jours et 12 heures.

Origine de la Lune :

L'origine de la Lune n'est pour l'instant connue avec exactitude. Il existe 4 théories expliquant sa formation.

- Formation par fission de la Terre : La Lune se serait scindée de la Terre au début de l'existence de celle-ci. Notre satellite serait donc un morceau du manteau externe terrestre en orbite autour de la Terre. Un des principaux arguments est que la densité lunaire est égale à celle du manteau externe de notre planète. Cependant, pour permettre cette fission, le moment cinétique de la Terre ( contenant encore la masse lunaire ) au moment de la création de la Lune aurait dû être beaucoup plus important qu'il ne l'est actuellement pour le système isolé Terre-Lune, ce qui est contraire à la loi de conservation du moment cinétique pour un système isolé.

- Formation en orbite terrestre : La Lune se serait formée en même temps que la Terre et à proximité, par condensation des particules de la nébuleuse solaire des origines. Elle se serait donc retrouvée naturellement en orbite autour de notre planète. Cette théorie se heurte cependant à la différence de composition entre la Terre et la Lune.

- Formation loin de la Terre : La Lune serait également le résultat de la condensation des particules de la nébuleuse à l'origine du système solaire, mais elle se serait formée loin de la Terre. Les trajectoires respectives de la Lune et de la Terre auraient ultérieurement amené les 2 astres à se rapprocher et la Lune aurait été capturée par le champ gravitationnel terrestre. Cette théorie permettrait d'expliquer les différences de composition entre la Terre et la Lune, mais fait appel à des conditions fortement improbables pour justifier cette rencontre.

- Impact planétaire : C'est actuellement la théorie la plus acceptée. Il y a 4,6 milliards d'années, la Terre aurait été percutée tangentiellement par une planète de la taille de Mars, projetant dans l'espace des fragments de la planète et du manteau externe de la Terre. Ces débris se seraient dispersés en un anneau en orbite autour de la Terre puis se seraient agglomérés progressivement, formant la Lune. Cette théorie permet d'expliquer les différences de composition entre la Terre et la Lune, cette dernière étant formée des matériaux de la Terre et de la planète météorite.

La face cachée de la Lune :

Vue de la Terre, la Lune nous présente toujours la même face, la face visible. Ce phénomène est assez fréquent dans le système solaire, puisqu'il existe aussi pour des satellites de Jupiter, Saturne et Uranus entre autres. La face cachée de la Lune est restée invisible à l'Homme jusqu'en octobre 1959, révélée alors par la sonde soviétique Lunik III. L'existence d'une face visible et d'une face cachée est due à la synchronisation parfaite entre la rotation de la Lune sur elle-même et sa rotation autour de la Terre, les 2 phénomènes durant chacun 27 jours 7 heures 43 minutes exactement. Quand la Lune se déplace d'un certain angle sur son orbite autour de la Terre, elle tourne en même temps du même angle autour de son axe, semblant compenser ainsi la rotation orbitale. Vue de la Terre, la Lune pointe donc toujours la même hémisphère dans notre direction, comme reliée à notre planète par un fil.

Ce phénomène de stabilisation s'explique de manière physique par le phénomène de stabilisation par gradient de gravité. Quand un objet en orbite autour de la Terre présente une dissymétrie de répartition des masses, alors le bilan de la force de gravitation due à la Terre et de la force centrifuge due au mouvement orbital fait que l'objet oriente son côté le plus lourd vers la Terre de façon permanente. Pour la Lune, il existe également une dissymétrie de répartition des masses, due à une plus forte concentration de débris lourds de météorites du côté visible que du côté caché, ces concentrations de masses anormales étant appelées mascons. C'est pourquoi la face visible est constamment orientée vers la Terre.

En fait 59% de la surface lunaire sont visibles depuis la Terre, en raison du phénomène de libration. L'orbite de la Lune autour de la Terre est légèrement elliptique. Sa vitesse orbitale est donc variable : elle est plus rapide au périgée ( point de l'orbite le plus proche de la Terre ) et plus lente à l'apogée ( point le plus éloigné ). Son mouvement autour de la Terre est donc régulièrement déphasé par rapport à sa rotation sur elle-même, ce qui permet d'apercevoir une portion supplémentaire de la surface lunaire à l'est et à l'ouest. De plus l'axe de rotation de la Lune sur elle-même n'est pas tout à fait perpendiculaire à son plan orbital ( 6,5° d'écart ), permettant de voir jusqu'à 6,5° au-dessus des 2 pôles lunaires.

Les phases de la Lune :

Le cycle lunaire, aussi appelé lunaison, dure 29 jours 12 heures et 44 minutes et correspond à la durée que met la Lune pour se retrouver dans une même position par rapport au Soleil. Cette période est supérieure à la durée de rotation de la Lune autour de la Terre, car notre planète se déplace en même temps autour du Soleil ; la Lune doit donc parcourir une portion d'orbite supplémentaire pour revenir à sa position initiale. Au cours du cycle lunaire, la Lune passe successivement par des états appelés phases lunaires, correspondant à l'aspect de la face visible de la Lune vue depuis notre planète. Une moitié de la Lune est toujours exposée au soleil, tout comme une moitié de la Terre est éclairée pendant que l'autre moitié est dans l'obscurité de la nuit. Lors de la nouvelle Lune, qui marque le début du cycle lunaire, la Lune est plus proche du Soleil que la Terre et les 3 astres sont dans un même plan. La Lune nous présente donc sa face visible non éclairée par le Soleil ( et non sa face cachée ), donc très sombre vue de la Terre. La surface éclairée de la Lune croît alors ( on parle de la croissance de la Lune ), visible successivement en croissant, en premier quartier, gibbeuse et enfin pleine, 2 semaines après la nouvelle Lune. Le premier quartier correspond au moment où les axes Terre-Soleil et Terre-Lune sont perpendiculaire. La Lune est alors visible sous forme d'un demi-disque lumineux. Lors de la pleine Lune, Terre, Lune et Soleil sont à nouveau dans un même plan, mais la Lune est plus loin du Soleil que la Terre. La totalité de sa face visible est alors éclairée et elle apparaît comme un disque lumineux parfait. Le cycle se poursuit ensuite avec les phases du déclin de la Lune, symétriques à celles de la croissance : Lune gibbeuse, dernier quartier, Lune en croissant. Le cycle s'achève avec la nouvelle Lune puis un nouveau commence.

Eloignement de la Lune :

La Lune s'éloigne de la Terre de quelques centimètres par an. Ce phénomène est dû au décalage entre le renflement océanique terrestre (effet de marée) et la position de la Lune. En effet, la Lune, par attraction gravitationnelle, exerce une force sur la Terre, qui se traduit entre autre par la formation du renflement océanique, entraînant le ralentissement de la rotation de la Terre. Réciproquement, le renflement océanique, qui précède la Lune dans sa rotation autour de la Terre, exerce une force sur notre satellite, qui a alors tendance à s'éloigner. Ce phénomène s'explique physiquement par la conservation du moment cinétique total du système isolé Terre-Lune. Le moment cinétique d'un objet en rotation est égal au produit de la masse de l'objet par sa distance au centre de rotation et par sa vitesse de rotation. La vitesse de rotation de la Terre diminue, son moment cinétique diminue donc également. Cette diminution est compensée par une augmentation du moment cinétique de la Lune, permettant de conserver un moment cinétique total constant pour le système Terre-Lune. Cela se traduit par une augmentation de la distance Terre-Lune. Cet éloignement se prolongera jusqu'à ce que la vitesse de rotation de la Terre et celle de la Lune autour de la Terre soient égales. La Lune deviendra alors géostationnaire et le phénomène de marée terrestre disparaîtra.

Quelques donées :

Rayon : 1737,4 km
Rayon de l'orbite autour de la Terre : 384 401 km
Température du noyau : 1 600°C
Température moyenne : -23°C ( -153°C la nuit et +107°C le jour)
Composition de l'atmosphère : absence d'atmosphère
Période de révolution autour de la Terre : 27 jours 7 heures et 43 minutes
Période de rotation sur son axe : 27 jours 7 heures et 43 minutes

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