The Earth and the Moon - Contenu

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  1. Introduction à la Terre
  2. Le jour, la nuit et les saisons
  3. Les lumières du Nord
  4. Introduction à la Lune
  5. La surface de la Lune
  6. Les phases de la Lune
  7. Les éclipses solaires et lunaires
  8. Les marées et leur interaction
  9. Résumé

1. Introduction à la Terre

Terre

La Terre est notre habitat et s'avère la seule planète dans le système solaire réunissant les conditions parfaites pour qu'il y ait de la vie. On pense que la Terre a été formée il y a environ 4,6 milliards d'années, en même temps que notre système solaire. Depuis sa création, elle est unique en son genre. Environ 71 % de sa surface est couverte d'eau, et c'est la seule planète du système solaire ayant de l'eau sous forme liquide. Contrairement aux autres planètes du système solaire, la quantité d'énergie que l'on reçoit du Soleil produit un climat idéal pour la vie. Sur la Terre, il existe diverses conditions atmosphériques attribuables à notre atmosphère et à la constante circulation d'air causée par la rotation terrestre. Notre atmosphère se distingue de celle des autres planètes et joue un rôle primordial dans le maintien de la vie sur Terre. L'air que nous respirons est riche en azote (77 %) et en oxygène (21 %), contrairement au dioxyde de carbone toxique que l'on trouve sur Vénus et sur Mars. La haute atmosphère bloque le passage des rayons néfastes du Soleil tout en laissant la chaleur passer, et le poids de l'air n'est pas assez lourd pour nous écraser, comme l'atmosphère de Vénus le ferait. La Terre est une planète active et elle est en constante évolution depuis sa création; l'épaisse couche terrestre est en mouvement perpétuel (la tectonique des plaques), ce qui provoque les tremblements de terre et les volcans, qui, à leur tour, transforment la surface de la Terre. La biodiversité de notre planète est fantastique et en fait un magnifique lieu de vie.

2. Le jour, la nuit et les saisons

Parce que nous vivons sur la Terre et que nous pouvons l'étudier directement, nous connaissons notre planète comme aucune autre. Mais avant de comprendre quelle place la Terre occupait dans l'Univers et dans le système solaire, les êtres humains ont eu de la difficulté à expliquer les phénomènes comme le jour et la nuit, les marées, les éclipses et les saisons. Il est impossible d'expliquer le cycle des saisons de façon scientifique si l'on ne sait pas que la Terre est en orbite autour du Soleil. Le modèle héliocentrique (le Soleil au centre) de notre système solaire permet d'expliquer les changements de saison. On pense souvent qu'il fait plus chaud durant l'été, car la Terre est plus près du Soleil, mais la distance par rapport au Soleil n'affecte pas nos saisons. Les saisons sont plutôt attribuables au fait que l'axe de rotation de la Terre forme un angle de 23,5 degrés par rapport au plan de l'orbite terrestre autour du Soleil.

En raison de cette inclinaison, l'écliptique et l'équateur céleste sont à un angle de 23,5 degrés l'un par rapport à l'autre. Du fait de sa progression le long de l'écliptique, le Soleil se situe au nord de l'équateur céleste pendant la moitié de l'année, et au sud pendant l'autre moitié. Dans le premier cas, l'hémisphère Nord profite des chaudes températures de l'été, car le Soleil se situe haut dans le ciel. Ainsi, l'hémisphère Nord reçoit le rayonnement solaire de façon plus directe (il y a plus d'énergie, donc plus de chaleur). Les jours sont également plus longs durant l'été; le rayonnement du Soleil direct combiné à l'allongement des jours donnent lieu à un réchauffement des températures. Le solstice d'été se produit lorsque le Soleil atteint le point culminant sur le parcours de l'écliptique; c'est le jour le plus long dans l'hémisphère Nord. L'hiver se produit lorsque le Soleil atteint le point exactement opposé : le Soleil est situé au sud de l'équateur céleste, il est plus bas dans le ciel donc, nous recevons moins d'énergie du Soleil et les jours sont plus courts. Il y a aussi le solstice d'hiver (autour du 21 décembre), où le Soleil atteint le point le plus au sud de l'écliptique. Lorsque l'hiver a lieu dans l'hémisphère Nord, les jours sont plus longs dans l'hémisphère Sud, le rayonnement solaire est plus direct, c'est donc l'été. En plus des solstices, qui marquent officiellement les premiers jours de l'hiver et de l'été, il existe deux équinoxes. Il s'agit de deux points où l'écliptique traverse l'équateur céleste. L'équinoxe de printemps marque le premier jour du printemps dans l'hémisphère Nord (l'automne dans l'hémisphère Sud); c'est le moment où le Soleil traverse l'équateur céleste en se déplaçant vers le nord. L'équinoxe d'automne, qui marque le premier jour de l'automne (le printemps dans le sud), est le moment où le Soleil traverse l'équateur céleste en se déplaçant vers le sud. À ces deux points, le Soleil paraît dans le ciel pendant douze heures; ce sont les deux seuls jours de l'année où le jour et la nuit ont la même durée.

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3. Les lumières du Nord

Aurore boréale

En habitant au Canada, nous avons la chance de voir occasionnellement des aurores boréales. Appelées également lumières du Nord, elles sont causées par l'interaction entre des particules chargées provenant du Soleil et la haute atmosphère. Les particules solaires entrechoquent les molécules d'air, ce qui fait augmenter leur énergie qui est alors convertie en lumière lorsque les molécules reprennent leur état initial. Les gaz de la haute atmosphère deviennent fluorescents comme un tube fluorescent. Selon la quantité d'énergie que reçoivent les molécules d'air, les aurores brillent de différentes couleurs, bien que le vert soit la couleur la plus fréquente. Les particules provenant du Soleil sont chargées (protons positifs et électrons négatifs) et sont ainsi influencées par les champs magnétiques de la Terre. La Terre agit comme un aimant géant et produit un champ magnétique autour de la planète qui inverse les polarités à un intervalle de quelques milliers d'années. Les particules chargées provenant du Soleil deviennent prisonnières de ce champ magnétique et forment alors une accumulation près des pôles de la Terre. C'est pourquoi les aurores sont visibles surtout dans les latitudes boréales. Comme il y a également un pôle Sud, on parle aussi d'aurores australes, ou lumières du Sud. Les particules chargées provenant du Soleil sont souvent relâchées en énormes quantités par les éruptions solaires, attribuables aux groupes de taches solaires complexes (voir le module 2). Par conséquent, le cycle des taches solaires qui s'étend sur 11 ans affecte également les aurores; lorsque le cycle atteint le maximum de taches solaires visibles, nous pouvons nous attendre à voir de magnifiques spectacles de lumière, ici sur Terre.

4. Introduction à la Lune

Lune
*Image © Dave Vandervelde, 2002

La Terre est vivante et colorée, mais notre voisine située le plus près dans l'espace présente un monde sombre et désertique. Toutefois, malgré l'absence de vie apparente, la Lune tient une place importante dans notre ciel nocturne. La pleine lune, haute dans le ciel, domine la nuit par sa brillance, et le croissant de lune juste après le coucher du Soleil offre un spectacle magnifique. Qu'est-ce que la Lune exactement? Comment est-elle apparue et de quoi est-elle composée? Qu'est-ce qui cause sa brillance et sa progression mensuelle à travers les diverses phases de son cycle? De quelle façon influence-t-elle la vie sur Terre?

Il existe plusieurs théories sur l'origine de la Terre, mais la théorie de la collision cosmique est la plus probable. Selon cette théorie, la Lune a été formée après qu'un gros astéroïde ait heurté la Terre, il y a environ 4,6 milliards d'années, éjectant des débris en fusion dans l'espace qui ont refroidi et formé la Lune. Bien que nous ne soyons pas certains de l'origine de la Lune, des simulations de collisions faites à l'aide de puissants ordinateurs, en tenant compte de la densité et de la composition de la Lune, soutiennent cette théorie qui est désormais la plus répandue.

Le diamètre de la Lune fait environ le quart de celui de la Terre, et sa masse est d'environ 80 fois inférieure. La rotation autour de la Terre s'effectue en 27,3 jours (un mois sidéral), et son parcours est d'environ 384 400 kilomètres. L'orbite de la Lune n'est pas parfaitement circulaire, et sa distance par rapport à la Terre varie pendant le mois sidéral. Lorsque la Lune est le plus près (~ 360 000 km), on dit qu'elle est à son périgée, et lorsqu'elle est le plus loin (~ 410 000 km), elle est à son apogée. Parce que la Terre gravite autour du Soleil durant le mois sidéral, il faut 2 jours et 5 heures de plus à la Lune pour reprendre le même endroit dans le ciel par rapport au Soleil (un mois synodique). C'est pourquoi le cycle lunaire est de 29,5 jours (le temps nécessaire à la Lune pour traverser toutes les phases de son cycle). Il est intéressant de noter que la Lune a une orbite synchrone, ce qui signifie qu'elle fait une rotation sur elle-même dans le même laps de temps qu'il lui faut pour effectuer une orbite autour de la Terre, de sorte que nous voyons toujours la même « face » de la Lune. Comment cela s'explique-t-il? La Terre exerce une force d'attraction sur la Lune, ce qui fait que son côté le plus à proximité demeure toujours face à la Terre. Nous n'avions jamais vu la face cachée de la Lune avant que des sondes spatiales la photographient en 1959. On croit à tort que la face cachée de la Lune est son côté sombre. En fait, le côté éloigné reçoit autant de lumière que le côté visible, mais nous ne pouvons pas le voir depuis la Terre.

5. La surface de la Lune

Lorsqu'on regarde des photographies de la Lune, on distingue des régions sombres et lisses en apparence, et des régions plus accidentées de couleurs pâles. Les régions sombres s'appellent mers et sont formées par des coulées de lave récentes qui ont rempli les régions plus basses et ont, depuis, séché et durci. (Le qualificatif « récent », en parlant de la Lune, peut représenter environ 3 milliards d'années.) Les mers sont couvertes de roches basaltiques très semblables aux roches foncées que l'on trouve dans les régions volcaniques de la Terre. Elles sont principalement composées de fer, de titane et de magnésium. Les régions claires de la Lune s'appellent terras, ou hautes terres; elles sont très accidentées et criblées de milliers de cratères. Riches en calcium et en aluminium, elles sont similaires aux roches que l'on retrouve dans les chaînes montagneuses de la Terre. Les terras sont également formées de falaises et de chaînes de montagnes, bien qu'elles ne soient pas de l'envergure de celles de la Terre. Lorsque des roches ou des particules heurtent notre atmosphère, la friction de l'air ralentit les particules, qui libèrent alors de l'énergie sous forme de chaleur et de lumière (on les appelle aussi météores, voir le module 5). À cause de la chaleur produite, les particules brûlent et se désintègrent. La Lune n'a pas d'atmosphère suffisante pour la protéger, c'est pourquoi des roches la heurtent depuis des millions d'années créant les milliers de cratères que l'on voit aujourd'hui.

Bien qu'elle soit notre voisine la plus rapprochée, la connaissance que nous avions de la Lune était plutôt rudimentaire avant la conquête de l'espace dans les années 1950. Avant les télescopes, nous ne savions pas de quoi étaient constituées les mers et nous ne pouvions pas évaluer la grosseur exacte des cratères criblant sa surface. Les télescopes nous ont livré des connaissances élémentaires à propos de la Lune, mais ce n'est pas avant que les sondes y voyagent et nous rapportent des images de sa surface que nous en avons appris davantage sur notre satellite. Le programme Apollo est le point culminant de notre quête de renseignements sur la Lune. Les États-Unis ont réalisé six missions Apollo avec équipage sur la Lune, et l'étude et l'échantillonnage de la surface qu'ils y ont faits nous ont permis de mieux la comprendre.

6. Les phases de la Lune

Les phases de la lune

En observant la Lune pendant plusieurs semaines, on peut remarquer qu'elle se lève à des heures différentes chaque soir et qu'elle suit une progression régulière dans ses diverses phases. Au cours d'un mois synodique, la Lune progresse dans un cycle lunaire et passe de l'obscurité totale (nouvelle lune) à la pleine luminosité (pleine lune). Les phases lunaires sont attribuables au fait que l'orbite de la Lune autour de la Terre fait varier la position de la Lune par rapport au Soleil. Une moitié de la Lune est toujours éclairée par le Soleil, mais la partie que l'on voit varie en fonction de la position de la Lune dans son orbite. Le mois synodique commence à la nouvelle lune. Parce que la Lune est située dans la même partie du ciel que le Soleil, Les phases de la lune son côté illuminé ne fait pas face à la Terre et n'est donc pas visible. À la nouvelle lune, la Lune se lève et se couche en même temps que le Soleil; elle est alors présente dans le ciel durant le jour. Elle progresse ensuite dans ses diverses phases croissantes jusqu'à ce que nous voyions la moitié droite, que l'on appelle le premier quartier de lune, illuminée. Après les diverses phases gibbeuses de la Lune, elle devient pleine environ 15 jours après la nouvelle lune. La Lune se trouve alors dans la partie du ciel opposée au Soleil et est entièrement illuminée. La Lune se lève au coucher du Soleil et se couche à son lever pendant la pleine lune, période durant laquelle elle est haut dans le ciel. La Lune commence ensuite à décroître jusqu'à la prochaine phase appelée dernier quartier, avant de revenir à la phase de la nouvelle lune où recommence un autre mois synodique. Il existe un dicton en anglais qui fait référence à l'existence de deux pleines lunes durant un mois civique. Parce que la pleine lune se produit aux 29 jours, une lune bleue ne peut se produire qu'au 30e ou 31e jour du mois.

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7. Les éclipses solaires et lunaires

Éclipses solaires

Les phases de la lune
Une éclipse solaire

Pendant que la Lune fait le tour de la Terre, elle passe occasionnellement dans son ombre ou projette elle-même son ombre sur la Terre. Ces phénomènes s'appellent respectivement éclipse lunaire et éclipse solaire. Il y a éclipse lunaire lorsque la Lune passe dans l'ombre de la Terre. Comme la Lune doit se situer dans la partie du ciel opposée au Soleil, une éclipse lunaire ne se produit qu'à la pleine lune. Durant une éclipse lunaire, l'ombre de la Terre traverse la face de la Lune; on dirait qu'on y a pris une bouchée. Pendant une éclipse totale, la Lune ne devient pas complètement noire mais luit d'un rouge foncé, car la gravité de la Terre réfracte une petite quantité de lumière du Soleil sur la surface de la Lune. Étant donné que la Terre projette une ombre assez large, les éclipses lunaires se produisent environ deux fois par année et sont visibles à partir de vastes régions sur la Terre; elles durent parfois jusqu'à 100 minutes.

Bien que la fréquence des éclipses solaires ne soit pas très différente des éclipses lunaires, on les voit rarement, car elles sont visibles seulement dans une partie très étroite de la Terre. Pendant une éclipse solaire, la Lune fait obstruction au Soleil et projette son ombre sur la Terre, mais comme la Lune est relativement petite, l'ombre, durant une éclipse totale, ne fait pas plus de 270 kilomètres de largeur. Pendant une éclipse partielle, l'observateur se situe dans une partie de l'ombre (la pénombre), et la Lune ne couvre le Soleil que partiellement. Malgré cela, le Soleil est encore aussi brillant qu'à l'œil nu (ne jamais regarder le Soleil directement, même pendant une éclipse).Éclipse partielle Ce n'est qu'à la totalité, lorsque l'observateur se trouve dans la région centrale de l'ombre de la Lune (le cône d'ombre), que le Soleil s'obscurcit. Les éclipses solaires durent tout au plus sept minutes, et seule la couronne solaire est visible durant ce temps; les étoiles sont également visibles dans le ciel diurne. Une éclipse solaire ne peut survenir qu'à la nouvelle lune, car la Lune et le Soleil se trouvent alors dans la même partie du ciel. Si la Lune est près de son apogée durant une éclipse solaire, elle semble être plus petite qu'à la normale et n'est pas assez large pour couvrir entièrement le Soleil. Il s'agit alors d'une éclipse annulaire, et on peut observer un anneau solaire autour de la Lune. On pourrait penser qu'une éclipse se produit à chaque nouvelle et pleine lune, mais ce n'est pas le cas, car l'orbite de la Lune est légèrement inclinée par rapport au plan de l'orbite terrestre autour du Soleil. Pour cette raison, l'ombre est projetée au-dessus ou en dessous de l'autre corps, et il ne se produit aucune éclipse.

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Éclipse lunaire

8. Les marées et leur interaction

Outre la beauté du spectacle qu'elles offrent, les éclipses n'influencent pas notre vie sur Terre, contrairement aux fluctuations quotidiennes du niveau d'eau qui affectent des millions de personnes vivant au bord des océans. Les marées sont causées par l'attraction gravitationnelle entre l'eau des océans et le Soleil et la Lune. Les deux astres exercent en effet une attraction sur les océans et provoquent un gonflement de marée (l'influence de la Lune est environ deux fois plus grande que celle du Soleil). Il y a environ deux marées hautes et deux marées basses par jour, et lorsque la marée est haute à un endroit de la côte, elle est basse sur une autre côte, environ au quart du parcours autour de la Terre. Comme les marées sont attribuables au Soleil et à la Lune, il y a deux sortes de marées qui dépendent de l'orientation du Soleil et de la Lune. Au moment de la nouvelle et de la pleine lune, la force d'attraction du Soleil et celle de la Lune se conjuguent et produisent les plus grandes fluctuations des eaux, que l'on appelle marées de vives-eaux. La marée de mortes-eaux se produit quand la Lune se trouve à ses premier et dernier quartiers; le Soleil et la Lune sont à angle droit l'un par rapport à l'autre et provoquent de petites fluctuations. En plus de l'incidence de l'orientation du Soleil et de la Lune, la distance par rapport à la Lune influence le niveau des marées. Au périgée, l'attraction gravitationnelle de la Lune est d'environ 40 % supérieure à celle de l'apogée. Les plus grosses marées du Canada surviennent dans la baie de Fundy, en Nouvelle-Écosse. Si la Lune est à son périgée durant une marée de vives-eaux, le niveau de l'eau à la marée haute peut être d'environ 16 mètres plus haut que le niveau d'une marée basse à un endroit appelé bassin Minas. L'endroit et la forme du rivage, combinés à la profondeur des eaux, expliquent pourquoi de telles variations se produisent dans la baie.

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9. Résumé

Notre planète est la seule à offrir des conditions de vie idéales. La surface de la Terre est couverte d'eau, et la croûte terrestre est en mouvement constant que l'on appelle tectonique des plaques. L'atmosphère de notre planète se distingue de par sa composition en azote et en oxygène; elle est source de vie et entraîne de fantastiques changements climatiques. La Terre et la Lune sont des planètes voisines, mais constituent deux mondes bien distincts. La Terre foisonne de vie et est en perpétuelle évolution, tandis que la Lune présente un monde sombre et désertique, sans mouvement.

La surface de la Lune est entièrement composée de roches, et la Lune est privée d'une atmosphère et d'un champ magnétique. Malgré le fait qu'il n'y ait pas de vie ni d'évolution, elle affecte notre vie sur Terre. Dans une constante progression à travers ses diverses phases, la Lune illumine notre ciel nocturne, et sa beauté a inspiré les civilisations pendant des millénaires. La Lune est aussi la principale cause des marées qui surviennent le long des côtes océanes, et nous nous émerveillons toujours devant une éclipse. La croyance veut que la Lune soit née de la Terre; nous sommes peut-être plus liés à elle que l'on pense. Bien que la Terre et la Lune semblent être très différentes et sans lien, notre monde serait tout autre sans la présence de cette dernière.