Questions to the experts
Ciel, Terre, Univers
Pourquoi la durée de visibilité de la Lune varie-t-elle autant ?
Comment expliquer simplement les variations importantes de durée de vision de la Lune sur quelques jours ?
Exemple : d'après le calendrier de la Poste la visibilité de la Lune est de 16 heures 42 minutes le 13.6.2002 et de seulement 6 h 58 dans la nuit du 25 au 26 juin 2002 donc 13 jours après.
Les durées indiquées par Dominique Rigaut correspondent effectivement au temps que passe la Lune au-dessus de notre horizon, de jour ou de nuit. Le gros écart observé est lié à l'inclinaison de l'orbite lunaire par rapport à l'équateur, entraînant des variations d'apparition au cours du mois lunaire tout à fait comparables aux variations de la durée du jour au cours de l'année. L'éphéméride lunaire (voir GUIDE DU CIEL 2001/2002) montre que le 12/6/02, la hauteur maximale de la Lune au dessus de l'horizon était de 70°, alors qu'elle n'était que de 20° le 25 du même mois. Il n'en faut pas plus pour faire varier le "jour lunaire" de 16 heures à 6 heures! Il est évident que cet écart s'amplifie quand on se rapproche des pôles et devient peu perceptible vers l'équateur.
Il n'est pas toujours facile d'expliquer "simplement" à des enfants le pourquoi de certains phénomènes d'astronomie, parce qu'ils ne sont pas forcément simples (pour les non-spécialistes en tout cas). Par contre, on peut leur faire sentir une tendance, une loi à partir d'observations et de simulations avec lampes et sphères dans la classe, surtout pour Terre - Lune - Soleil.
La démarche préconisée par La main à la pâte n'est pas de délivrer un savoir encyclopédique, mais d'aider le maître et les élèves à mettre en place une démarche scientifique faite d'interrogations, d'hypothèses, de vérifications et de conclusions, forcément provisoires, mais satisfaisantes si les enfants la découvrent par leur travail. Les enfants (ou les maîtres) plus intéréssés auront alors tout loisir pour approfondir dans un ouvrage ou auprès de spécialistes leurs connaissances, mais alors - à mon avis - ça sort du rôle du réseau des consultants de La main à la pâte.
Chaque fois que l'on a un questionnement sur l'ensemble Terre, Lune, Soleil, les enfants peuvent toujours observer au moins sur une durée d'un mois, et en même temps approcher la solution si on leur propose une maquette de l'éclairement de la Lune et de la Terre par le Soleil : on fait le noir, on met un projecteur assez puissant et qui fait un faisceau aussi parallèle que possible pour simuler le Soleil et une mappemonde + une balle de tennis pour la Terre et la Lune. Un petit bonhomme-légo collé sur la France simulera les enfants de la classe.
Cette approche simple et possible dans une classe permettra en faisant tourner le globe et la Lune (sans se tromper de sens) de déjà appréhender la notion de visibilité de la Lune : quand peut-on la voir en plein jour ?à quelle heure ? sous quel forme ? etc. Pour les observations, par une nuit d'hiver (la nuit est plus longue et c'est plus facile de voir la Lune), on contrôle sur un mois ce qu'on observe : à quelle heure on voit la Lune se lever le soir, et où dans le ciel, à quelle heure elle se couche, et où (quand on y pense ou si on est réveillé).
Dans le même temps, on peut noter sa forme et apprendre les différentes phases. Et on constate que la visibilité n'est pas la même tous les jours, qu'elle a l'air de diminuer à partir de la pleine lune, puis de grandir. En même temps, on essaie de comprendre avec la maquette mais ce n'est pas évident de constater que la durée de visibilité varie au cours du cycle lunaire, même si on fait tout tourner dans le bon sens. Il suffit de sentir une tendance et on peut réfléchir ensemble sur le pourquoi du phénomène : que fait la Lune pendant que la Terre a fait un tour sur elle-même ? Et si l'orbite de la Lune n'est pas "droite par rapport à la Terre" ? et si ?... Et les enfants pourront mettre en place leur conclusion provisoire sur la visibilité de la Lune. Le reste, sur l'inclinaison, la déclinaison positive ou négative, etc., viendra plus tard pour ceux qui sont intéressés.
Je suis tout a fait d'accord avec les propos de Janet Borg : il faut toujours faire le plus simple possible et c'est une chose très difficile aussitôt que l'on parle de l'orbite lunaire.
Sa réponse est claire et son expérience également, le seul problème est qu'elle ne répond pas à la question qui porte sur la durée de visibilité de la Lune et non pas sur les conditions de visibilité de la Lune en fonction des phases lunaires. Les phases lunaires sont un problème de position relative entre le soleil et la Lune qui n'a aucune corrélation avec la durée de visibilité, ainsi la pleine lune de décembre 2002 est visible pendant 15h 51mn et celle de juin n'est visible que 6h 58mn. Il est hélas impossible d'expliquer ce phénomène sans parler de la hauteur de la Lune au-dessus de l'équateur.
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On peut interpréter cette question de deux manières :
Donc une étoile qui a des coordonnées fixes est toujours levée pendant une même durée quelle que soit l'époque de l'année. Par contre le Soleil, les planètes et la Lune ont des coordonnées qui évoluent au cours du temps. Ainsi le Soleil a une déclinaison positive entre l'équinoxe de printemps et l'équinoxe d'automne (il est au-dessus de l'équateur), donc la durée du jour solaire est supérieure à la durée de la nuit le printemps et l'été (dans l'hémisphère nord). Entre l'équinoxe d'automne et l'équinoxe de printemps, la déclinaison du Soleil est négative (il est sous l'équateur) et la durée du jour est inférieure à la durée de la nuit l'automne et l'hiver. Le jour des équinoxes la durée du jour est égale à la durée de la nuit.
Pour la Lune c'est la même chose, lorsque sa déclinaison (hauteur par rapport à l'équateur) décroît, le « jour » lunaire décroît et lorsque la déclinaison croît le « jour » lunaire croît. Il y a égalité lorsque la déclinaison de la Lune est nulle (Lune dans l'équateur). Le dessin ci dessous, nous montre le trajet journalier du soleil aux différentes saisons, il peut être repris en remplaçant le soleil par la Lune. Plus l'arc de trajectoire au-dessus de l'horizon est long, plus le jour lunaire sera long. Les grandes variations de la durée du jour lunaire proviennent des variatoins rapides de sa déclinaison de la Lune. La déclinaison lunaire peut varier au maximum entre +28° et -28° et au minimum entre +18 et -18° en 27,32 jours.
La Lune des chasseurs
Le tableau ci-dessous nous donne les levers de la pleine Lune à Paris le 28 et 29 mars 2002, la pleine Lune ayant lieu le 28 mars.
Comme on le constate, l'écart entre les deux levers consécutifs de la Lune est très grand : 1h 25,2 mn. Par contre la différence des couchers est très faible : 22,8mn.
Donc au lever de la pleine Lune à Paris au voisinage de l'équinoxe de printemps, la Lune des chasseurs, l'écart entre deux levers de Lune est supérieur à 48 min (valeur moyenne), il est de l'ordre de 1h 15 mn à 1h 30 mn.
La Lune des moissons
Le tableau suivant donne les levers-couchers pour les 21 et 22 septembre 2002, la pleine Lune ayant lieu le 21.
Donc aux levers de la pleine Lune à Paris au voisinage de l'équinoxe d'automne, la Lune des moissons, l'écart entre deux levers de Lune est inférieur à 48 mn, il est de l'ordre de 15 à 35 minutes.
L'explication du phénomène peut être faite à l'aide des deux dessins suivants :
On donne : - les coordonnées équatoriales apparentes topocentriques,
- l'ascension droite en heure, minute et seconde,
- la déclinaison en degré, minute et seconde d'arc,
- les instants des levers couchers de l'astre et l'azimut, ces calculs sont faits pour le centre de l'astre, la réfraction à l'horizon est prise égale à -36,6'. Pays : France Ville : Paris (Ob. nat., S. H., S. L.) Latitude : 48° 50' 11,2" N Longitude : 2° 20' 13,8" E Altitude : 67m
Tous les instants sont donnés en Temps Universel Coordonné (UTC)