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Comprendre · Système solaire

La Lune — lumière rasante sur un paysage de ruines

Tout le reste dans cette galerie est de la lumière sans lieu : nébuleuses, amas, galaxies — des surfaces de clarté, à des centaines voire des millions d'années-lumière. Un seul objet possède un paysage. Sur la Lune, on voit des montagnes, des vallées et des cratères comme des formes, à moins d'une seconde de temps de lumière. Les deux entrées lunaires de la galerie sont aussi les plus anciennes prises de vue présentées ici — octobre 2012, un Newton, une caméra planétaire — et forment ensemble une leçon complète sur ce que montre réellement une photographie de la Lune.

La lumière fait tout

La Lune possède deux niveaux d'information, et on ne peut jamais bien en voir qu'un seul. Le premier est la topographie : le long de la limite jour-nuit, le terminateur, la lumière du Soleil arrive si obliquement que chaque rempart et chaque chaîne de montagnes projette une longue ombre — le paysage se dresse en relief comme sous une lampe de bureau. Le second est l'albédo, la clarté du matériau lui-même : basalte sombre, hautes terres claires, éjecta frais d'un blanc éclatant. Il n'apparaît que lorsque les ombres disparaissent — à la pleine lune.

Le même cratère sous deux éclairages. À gauche, le Soleil est bas sur l'horizon : le rempart du cratère projette une longue ombre, dont la longueur permet de calculer la hauteur du rempart. À droite, le Soleil est haut : il n'y a presque pas d'ombre, et seules restent visibles les différences de luminosité du sol — basalte sombre, hautes terres claires, rayons clairs.au terminateur — lumière rasanteà la pleine lune — Soleil hautlongue ombrehauteur du rempartlongueur de l'ombre × hauteur du Soleil = altitude :ainsi furent mesurées les premières montagnes d'un autre mondebasalte sombre des mariarayons clairs et jeunespresque pas d'ombre — il ne reste visibleque la clarté propre du matériau (albédo)
Le même cratère, deux éclairages. À gauche, la lumière rasante transforme les reliefs en ombres — et depuis Galilée, c'est à partir des longueurs d'ombre qu'ont été calculées les premières altitudes de montagnes sur un autre monde. À droite, le relief est éteint ; il ne reste que la carte des matériaux.

C'est précisément ce couple d'opposés que forment les deux entrées de la galerie : une Lune décroissante aux trois quarts, dont le terminateur passe par Clavius, Plato et les Montes Apenninus — et, trois semaines plus tard, une Lune pleine à 99,9 pour cent, sur laquelle les mêmes régions apparaissent plates et blanches, mais où les systèmes de rayons de Tycho et de Copernicus dominent l'image. Qui place les deux côte à côte comprend pourquoi les observateurs lunaires tiennent la pleine lune pour la période la plus ennuyeuse et les quartiers pour la meilleure.

Une biographie en quatre actes — tous au début

L'histoire de la formation aujourd'hui privilégiée est brutale : il y a environ 4,5 milliards d'années, la jeune Terre est entrée en collision avec un corps de la taille de Mars environ — Théia. La Lune s'est agrégée à partir du disque de débris arraché. Elle a commencé comme une sphère incandescente dotée d'un océan de magma global ; en se solidifiant, la roche la plus légère est remontée en surface et est devenue la croûte claire que nous voyons aujourd'hui comme les hautes terres. Puis vint le bombardement : d'énormes impacts ont creusé les bassins d'Imbrium, de Serenitatis et de Crisium — et ce n'est que des millions d'années plus tard qu'une lave basaltique fluide a rempli ces bassins pour former les sombres maria, les « mers ».

Chronologie de l'histoire lunaire sur 4,5 milliards d'années : l'impact de Théia et la formation de la Lune, l'océan de magma qui se solidifie, le Grand Bombardement avec les bassins géants, l'inondation des bassins par le basalte des maria il y a 3,8 à environ 3 milliards d'années — et presque plus rien depuis. Copernicus, il y a environ 800 millions d'années, et Tycho, il y a environ 110 millions d'années, sont de tardives exceptions.il y a 4,5 milliards d'annéesaujourd'huiles basaltes des maria inondent les bassinsimpact de Théiala Lune naît des débrisl'océan de magma se solidifiela croûte légère remonte : les hautes terres clairesGrand Bombardementles bassins géants : Imbrium, Serenitatis, Crisium …Copernicusil y a ≈ 800 MaTychoil y a ≈ 110 Ma —le petit jeune aux rayonsprès de trois milliards d'années : quasi-immobilité géologique —ce que l'on photographie aujourd'hui est une archive
Toute la dramaturgie tient dans la prime jeunesse. Depuis la fin de l'inondation des maria, presque plus rien ne s'est produit — Tycho, le plus récent grand événement de la face visible, est plus proche des dinosaures que de la formation de la Lune, et reste malgré tout d'une ancienneté sans commune mesure avec tout ce qui est humain.

C'est ce qui fait de la Lune quelque chose de particulier : elle est une archive. La Terre a totalement effacé sa propre histoire primitive par le climat, l'eau et la tectonique des plaques — la Lune n'a rien de tout cela et conserve chaque cicatrice. Lire sa photographie, c'est faire de la stratigraphie : ce qui repose sur autre chose est venu plus tard. Les rayons de Tycho reposent sur tout, donc Tycho est jeune ; la lave des maria noie d'anciens anneaux de cratères, donc elle est venue après eux.

Quelques points qu'il faut savoir à ce sujet :

  • Nous voyons toujours la même face — mais pas exactement. Les forces de marée de la Terre ont depuis longtemps synchronisé la rotation de la Lune avec sa période orbitale. Mais le léger balancement de la libration incline vers nous les zones du limbe, tantôt plus, tantôt moins : sur de nombreux mois, environ 59 pour cent de la surface deviennent visibles au total.
  • Elle s'éloigne — de façon mesurable. Les missions Apollo ont laissé sur place des réflecteurs laser sur lesquels on tire encore aujourd'hui depuis la Terre. Résultat : la Lune s'éloigne d'environ 3,8 centimètres par an, et la rotation terrestre ralentit en contrepartie. Les éclipses totales de Soleil sont donc un modèle en fin de série — dans un avenir lointain, la Lune sera trop petite pour cela.
  • La coïncidence des éclipses est un pur hasard. Le Soleil est environ 400 fois plus grand que la Lune et se trouve par hasard environ 400 fois plus loin — c'est pourquoi les deux disques se recouvrent presque exactement dans le ciel. Aucune physique ne l'impose ; nous vivons simplement à l'époque où cela concorde.
  • La Lune « argentée » est sombre comme de l'asphalte. Son albédo moyen est d'environ 0,12 — elle ne réfléchit qu'un bon dixième de la lumière solaire. Elle ne paraît claire que par contraste avec le ciel noir. Et même sa face nocturne n'est jamais totalement sombre : la lumière cendrée est la lumière du Soleil renvoyée par la Terre.
  • La face cachée est un autre monde. Elle n'a presque pas de maria — sa croûte est plus épaisse, la lave a moins souvent percé. Le « visage de la Lune » fait de mers sombres est un phénomène propre à la seule face visible, reconnu comme tel en 1959 seulement, avec les premières images de sonde de la face cachée.
  • La photographie lunaire, c'est le ciel profond à l'envers. Pour les nébuleuses, la lumière manque et l'on expose des heures contre le bruit — comme le décrit l'article sur la nuit. Sur la Lune, la lumière est surabondante ; l'adversaire est la turbulence atmosphérique. On filme donc des vidéos et l'on ne garde, par lucky imaging, que les instants où l'atmosphère se tient brièvement tranquille — c'est ainsi que sont nés les deux panoramas de cette galerie.

Sous notre propre ciel

Deux nuits d'octobre 2012, un Newton de 8 pouces — et les deux cartes de la Lune :

Lune décroissante aux trois quarts — le relief en lumière rasante78 objets — afficher
La carte topographique : la Lune décroissante aux trois quarts, avec le terminateur en rôle principal. Le long de la ligne d'ombre, Clavius, Plato et les Montes Apenninus se dressent en relief sous la lumière rasante ; vers le bord éclairé, le même paysage s'aplatit visiblement.Ma photographie · Moon · voir la fiche galerie
Lune presque pleine — des rayons sur d'anciennes mers92 objets — afficher
La carte des matériaux : la même Lune à 99,9 pour cent, trois semaines plus tard. Plus de relief — mais les mers de basalte sombres, les hautes terres claires et les systèmes de rayons de Tycho et de Copernicus, qui n'atteignent cette netteté que sous un Soleil haut.Ma photographie · Moon · voir la fiche galerie
Montes Apenninus et Rima Hadley — des montagnes nées en un instant6 objets — afficher
Les Montes Apenninus avec la Rima Hadley : une chaîne de montagnes née en quelques minutes — le rebord soulevé de l'impact d'Imbrium. C'est sur l'étroite bande entre la rainure et le front montagneux qu'Apollo 15 s'est posé en 1971.Ma photographie · Moon · voir la fiche galerie
Imbrium en pleine lumière — le même paysage, sans ombres13 objets — afficher
La contre-épreuve de la lumière rasante : la même région d'Imbrium sous un Soleil presque vertical. Le relief a disparu, l'albédo prend le relais — la preuve la plus directe que c'est l'éclairage qui décide de ce que montre une photographie de la Lune.Ma photographie · Moon · voir la fiche galerie
Tycho et les hautes terres du sud — de jeunes rayons sur une croûte ancienne9 objets — afficher
Tycho et ses rayons au-dessus des hautes terres du sud : la page la plus haute et la plus jeune du livre stratigraphique de la Lune. Ce qui repose sur tout le reste est venu en dernier — de la stratigraphie à portée de regard.Ma photographie · Moon · voir la fiche galerie
Clavius au terminateur — le classique des objets-tests3 objets — afficher
Clavius au terminateur, avec sa chaîne incurvée de cratères intérieurs : depuis des générations le classique sur lequel les observateurs testent leur télescope et le calme de l'air. 231 kilomètres de croûte ancienne, rempart contre rempart.Ma photographie · Moon · voir la fiche galerie

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