Etude des phases de la lune

Etude des phases de la lune
Les phases lunaires sont les différents aspects que nous présente la
lune au fil des différentes nuits.
1- Explication des phases lunaires :
 La lune est éclairée par le soleil ; elle ne produit pas elle-même sa lumière.
 Il y a toujours une moitié de la lune qui est éclairée ( celle qui est face au soleil) et l’autre
moitié qui n’est pas éclairée.
 La lune tourne autour de la Terre vers l’est et met 27 jours et 8 heures en moyenne pour
effectuer un tour complet.
 En fonction de la position de la lune par rapport au soleil et à la Terre, l’observateur verra
une plus ou moins grande partie de la face éclairée de la lune d’où les phases lunaires
observées.
Pour mieux comprendre ce qui se passe, les élèves de l’Atelier d’Astronomie ont réalisé une vidéo
avec une webcam selon le montage ci-dessous:
…la vidéo montrant que c’est bien le changement de position de la lune par rapport au soleil et à
la Terre (du fait de la révolution de la lune autour de la Terre) qui produit ces modifications des
aspects de la lune.
Le tournage de ce petit clip n’a pas été sans danger…  ( voir la vidéo du cinéaste culbuto)
Cette petite application phasesL1_6-0.exe permet aussi de bien visualiser les diverses phases lunaires
et de comprendre qu’elles sont liées à la révolution de la lune autour de la Terre .
2-Noms des phases lunaires :
A partir de la vidéo réalisée et de l’application précédemment citée, les élèves ont complété la partie 1 du
tableau ci-dessous .
Les dessins et noms des phases lunaires sont dans l’ordre où elles se succèdent de nuit en nuit à partir de la
nouvelle lune.
La durée qui s’écoule entre deux phases lunaires identique vaut à peu prés 29 jours et 12 heures
( soient 29,5 jours). La période allant d’une phase lunaire à la même phase se nomme LUNAISON.
La partie 2 sur la période d’observabilité de chaque phase est plus délicate et nécessite quelques
explications supplémentaires ….
3- Observabilité des phases lunaires :
a/ Retard du lever lunaire sur le lever solaire à partir de la nouvelle lune :
 A la nouvelle lune, le soleil et la lune se lèvent quasiment en même temps.
Pour le mettre en évidence, les élèves ont filmé et reconstitué l’instant du lever lunaire
et solaire au moment de la nouvelle lune.
La webcam représente l’observateur terrestre et le globe terrestre bleu est animé par
un élève d’une rotation d’ouest en est, à l’origine du mouvement diurne ainsi que du
lever et coucher des astres d’est en ouest ( sens opposé à la rotation terrestre).
Photo du montage

Voir la vidéo obtenue.

On voit bien sur la vidéo que la lune et le soleil franchissent la ligne horizon en
même temps donc la lune et le soleil se lèvent en même temps à la nouvelle
lune.

La Terre, la lune et le soleil étant presque alignés à la nouvelle lune,
l’observateur terrestre vise en même temps la lune et le soleil et les voit donc se
lever ensemble.
 Au premier croissant (3 à 4 jours après la nouvelle lune), la lune se lève avec du retard
sur le soleil (à peu prés 3 heures) .
Pour le mettre en évidence, les élèves ont filmé et reconstitué les instants du lever
lunaire et solaire au moment du premier croissant.
Photo du montage

Voir la vidéo obtenue.

On voit bien sur la vidéo que le soleil franchit la ligne horizon avant la lune donc
que la lune se lève après le soleil .

La lune tournant vers l’est autour de la Terre depuis la nouvelle lune, la lune sera
décalée vers l’est par rapport au soleil. L’observateur terrestre visera donc en
premier le soleil puis la lune le temps que sa ligne de visée atteigne la lune plus à
l’est. Il était donc prévisible de voir se lever le soleil avant la lune à la période du
premier croissant.
Chaque jour, la lune s’écarte un peu plus du soleil vers l’est .
Le lever lunaire retarde chaque jour de plus en plus sur l’instant du lever solaire.
b/Calcul du retard quotidien du lever lunaire sur le lever solaire :
 La lune a besoin de 27 jours et 8 heures pour faire le tour complet de la Terre et pourtant
la durée d’une lunaison est plus longue puisqu’il faut attendre 29,5 jours pour retrouver
la même phase lunaire.
 La lunaison est plus longue que la durée de révolution lunaire car il ne faut pas oublier
que la Terre se déplace sur sa propre orbite ce qui entraîne que le soleil dérive (en
apparence) vers l’est.
Ainsi au bout d’une révolution complète de la lune autour de la Terre, la lune ne se
retrouve plus en conjonction avec le soleil comme c’est le cas à la nouvelle lune étant
donné la dérive du soleil vers l’est.
La lune devra donc encore bouger sur son orbite ( et la Terre aussi bouge pendant ce
temps !) vers l’est pour rattraper le soleil et se retrouver dans la configuration de la
nouvelle lune.
 Si on ne s’intéresse qu’au décalage entre la lune et le soleil, il faut faire intervenir comme
durée celle de la lunaison et non celle d’une révolution lunaire autour de la Terre. Or
c’est ce qui nous occupe car on cherche à évaluer le retard du lever lunaire su le lever
solaire qui est directement lié à l’écart angulaire entre les deux astres.
 Si on veut donc faire des calculs simples, il faut raisonner sur la durée d’une lunaison :
La durée qui s’écoule entre la nouvelle lune et la suivante vaut 29,5 jours ( durée de la
lunaison) pour une rotation de 360° .
L’angle â dont a tourné la lune par rapport au soleil vaut donc :
â = 360° / 29,5 jours = 12,2° / jour
Vue de la Terre , la lune s’écarte chaque jour en moyenne vers l’est
par rapport au soleil d’un angle valant 12,2°.
Un observateur terrestre visera la lune plusieurs minutes après le soleil, le temps que la
Terre en tournant sur son axe lui fasse parcourir ses 12,2° qui sépare le soleil de la lune :
La vitesse de rotation de la Terre étant de 15,04°/heure, le temps qui sépare l’apparition
de la lune à l’horizon par rapport à celle du soleil vaut :
12,2 / 15,04 = 0.811 heure soit à peu prés 48 minutes ( et quelques secondes)
En moyenne, le retard du lever lunaire sur le lever solaire augmente
de 48 minutes chaque jour.
c-Fabrication d’un calendrier luni-solaire :
 Voir photo.
 Pour simplifier, la période diurne de la journée a été fixée à 12 heures ( ce qui arrive
seulement deux fois par an aux équinoxes), de même pour la période nocturne.
 Ces 12 heures sont représentées par 18 cm sur le calendrier luni-solaire.
Donc 1 heure est représentée par 18 / 12 = 1,5 cm = 15mm.
Et 1 mm est représente 1heure / 15 = 4 minutes
Les 48 minutes de retard quotidien du lever lunaire sur le lever solaire seront donc
représentés par 12 x 1mm = 12 mm = 1,2 cm.
 Les élèves ont donc tracé sur le calendrier luni-solaire vierge des traits équidistants de
1,2 cm représentant le retard du lever lunaire sur le lever solaire, à partir de la nouvelle
lune.
 Ils ont ensuite construit le calendrier lunaire en bas de page :
un trait représente un nouveau jour ( âge de la lune) de la lunaison et donc une nouvelle
phase lunaire.
d-Utilisation du calendrier luni-solaire :
 Voir photo.
 Pour simplifier, on est parti du principe que la lune est observable à deux conditions :
1- il doit faire nuit.
2-la lune doit être levée.
 En plaçant correctement la vignette de la lune comme expliqué sur la photo, il suffit de
constater quelle portion de la vignette lunaire coïncide avec la période nocturne pour en
déduire quand on peut observer la lune pendant la nuit.
Remarque :
La vignette lunaire correspond à une durée de 12 heures ( on part du principe que la
lune reste levée 12 heures) là aussi dans un souci de simplification.
Exemple d’utilisation( celui de la photo) :
Lorsque la lune est gibbeuse décroissante, on constate que la lune se lève avec beaucoup
de retard sur le soleil et qu’elle se lève même après que le soleil se soit déjà couché.
La lune se lève pendant la nuit, à peu prés 3 heures après le coucher du soleil : on ne
pourra donc pas l’observer dès le début de la nuit mais 3heures après le début de la nuit
jusqu’au lever du soleil.
 Grâce à ce calendrier luni-solaire, les élèves ont pu comprendre et trouver à période de
la nuit on pouvait observer une phase lunaire donnée ; ils ont pu alors remplir la partie 2
du tableau des phases lunaires.