LA LUNE
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(voir la conquête de la lune dans le document
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attribuent parfois à l'ombre de la terre sur
la lune
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LA LUNE .Or'
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CARAC TERISTIQUES PRINCIPALES DE LA LUNE
-- Dist ané e 'moyenne T è r tè~Lun è - 384.400 km (356.000 à 407 . 00 0 ) . L'orbit e es t pra ti quement circu l air e , l'excentrici t é de l'orb i t e
étant de 0,055 (l'excentricit é est le rappor t entr e la distanc e qu~
sépare le s deux foyer s de l'e llipse et la longueu r du grand axe de cette el l ip se qui passe aussi par les foyers) .
La dis t anc e Ter re-Lune vaut 60 ray ons terre s t res.
La distanc e es t mesurable par tri angulation, et maintenant
par écho de lumiè r e (laser) .
Diamètre 3475 km soit approximativement 3500 km.
Diamè t r e
1/110 Distance moyenne
A 10% près on voit que le rapport entre le diamètre et la
dis-tance est de l'ordre de 1/100. L'angle correspondant à I/ITO e~ t de
l'ordre de.0,5°. C'est l'angle sous lequel on voit la lune .
- Masse 7,310. 22kg soit 1/81 de la masse de la terre.
L'attraction gr av i t a t i onne l l e à la surface de la lune est 6 fois plus faible qu'à la surface de la terre. Tout le monde a vu les bonds
des astronautes
(!).
La masse de la.Lune est maintenant facile à me s ur e r grâce au mouvement des satellites artificiels qu'on envoie autour.
(Aupara-vant il fallait utiliser le léger mouvement orbital de la Terre autour
du centre de masse du système Terre-Lune). On a même pu mettre en
évi-dence par des sat ellites des irrégularités dans la force
d'attrac-tion de la lune, attribuée à des variations de concentration de masse,
au voisinage de la surface de la lune : ces irrégular i tés sont ap
pe-lées des mascons. Ce pourrait être de grands météor it es enfouis ou
comme on l'a propo s é plus récemment de gr ands amas de lave enfouis. ·
La mas s e volumique de la lune est 3,3g/cm3, 3,3 fois plus dén s e que l'eau. Cette densité est pr och e de celle des roche s à la surface de la terre.
2
-Rév ol ut i on et rotation
-Le plan de l'orbite de la lune aut our de la Terre n' est pas tout à fait con f ondu avec ce lui de la Terre autour du Soleil : ils font un angle de 5°. C'e s t ce qui explique qu' il n'y a pa s éc l i pse (de soleil et de lune) à chaqu e révolution de la lun e autour de la terr e (Rega r der dans les éphéméri des de la Société Astronomique de France, pour connaît r e les éclipses de l'année).
La durée de la révolution (période sidérale, c'est-à-dire évaluée par rapport aux ét oi l e s ) est d'environ 27,3 jours. La durée de révolution apparente de la lune vue par un observat eur terre stre est d'environ 29,5 jours (cal endrier). L' é c ar t est dû au fait que l'intervalle de temps qui sépare l'ob servation de deux pleines lunes successives (période apparent e) est égal au temp s qu'il faut à la lune'pour faire un tour autour de la terre augmenté du temps de parcours supplémentaire pour rattraper l'aligne-ment soleil, terre, lune alors que la terre a tourné autour du
soleil.
La Lune se déplace sur son orbite autour de la Terre à la vitesse de 1km/sec. La période de rotation de la lune sur elle-même est identique à la période de révolution de la lune autour de la Terre. Ainsi la lune présente toujours la même face à un obs
erva-teur terrestre, ce qui est le résultat d'une évolution lente de freinage de la lune par la terre (voir plus loin). En réalité on voit un peu plus que 50% de la surface lunaire à cause de la légère excentricité de l'orbite lunaire qui fait que la lune (loi de Kepler mais aussi action du soleil)ne va pas toujours à la même vitesse autour de la terre; l'axe de rotation de la lune est aussi un peu incliné par rapport à la perpendiculair e au plan de son orbite. On voit ai n s i pre s que 10%de plus de la surface lunaire. Les 40% res-tant n'ont été observé que depuis qu'on a envoyé des satellit es ar -tificiels capables de faire le tour de la lune.
- La température à la surface de la lune peut atteindre un max~ mum de 130°C le jour et de -160°C la nuit. Elle décroît rapidement quand on descend à 2m en sous sol (Appollo 17 - Décembre 1972 : 6SoC à la surface -lSvC à 2,Sm de profondeur au site de TAURUS Littrow).La
3
-- Un e tràdu c ti on des noms des mohtage s, des murs, des go lfes et des
fiss ures est donné e dans le li vret d'accom~agnement de la carte
P~LLWAG sur la lune.
Vou s trouv erez une discu s s ion simp le (lisibl e par les élè v es) des ca r act ér is ti ques, de la sur fa c e de la lune et de le urs origi n e s
dan s le li vre t HALLWAG.
Une autr e excellent e analy s e es t donn ée dans l'ouvra ge de JASTROW ("La Lun e pierre de Ro set te de s planè tes " p. 76 ) . On y voi t en parti culier l'affron tement "vivant" des deux thé ories de la "lune chaude" et de "la lun e froi de " .
Etude physi qu e de la lune -Ce qu'on voit.
A regarder la surface de la lune (document élèv e ) on remarque
trois aspects importants du paysage: les "me r s " , les "cratèr es", les montagnes (ces trois aspects sont simul t an ément présents da ns la
photographie lunaire mon t r an t de près le cratère Ar ch i mèd e au bord de la mer - on voit même que ce dernier cratère est rempli de lave -des pluies ou MARE IMBRI~1. Les grandes surfaces sombres visibles
à l'oeil nu sont appe l ée s les mer s à cau s e de leur appa r en c e , mai s bien sûr il n'y a pas d'eau. Elles occupent environ 25%de la sur-face lunaire. Le reste est couvert de montages relativement brillan-· tes (dans les Ape nnins, la hauteur peut at t e i ndre 5500m). On peut
demander aux élèves $'ils pens ent que la surface des mer s est bien
25%de la sur~a c e.totale (phot o graphi e centrale). En réalité sur la face visible la proportion est de 40% et sur la face cachée il y a très peu de mer (10%) ce qui est surprenant et ce que les Russes
vont prochainement étudier.
Les cratè r e s ont toutes le s ta il l e s dep uis plusieurs cent ai n es
de km (cela peut s'évaluer sur la carte) jusqu'au mm. On voit aussi
des sortes de ra yons , lignes brillante s qui s'écartent de grands cratèr es comme ce lui de Kepler (HALLWAG). Ces rayons peuvent s'a l -lon ger sur plusieurs ce nta in es de ki lomèt res et donn e nt l'id ée qu ' i l s'agit de matériau éjec t é du crat èr e au nlomen t d'un iIT~a c t ou d' un e explosion.
4
-On vo it aussi des fiss ure s , sor t e s de longue s vallées , comme
cel l e d'ARIAEDAUS au Sud du crat èr e Jul e s Cés ar. On voit également
de s dômes, ou pet it es mon tages ressemb lant à des monté'gnes analogues
sur terre et pr obabl emen t d'o ri~ine volc anique .
Il Y a de la pous sière à la surfac e de la lun e. Elle est con
s-tituée en partie de pet i t e s perles de verr e qui sont probab l ement
des gout t e s solidi f iée s de matéria ux en fusion 60US l ' imp act d'un météo ri t e . Mais la couch e n'e st pas trop jmportan te ( que l que s centi -mètres ) permettant l'alun i s sage. Au-des s ous on trouv e un e couch e pl u s épaisse (que l que s mèt res) de bl oc s de roches cas sé s (r e golit he s). En
dessous enf i n on trouv e le sol roch e ux de la lune affleur an t par fois
dans le fond du crat èr e.
La nature des roch e s à·la surface de la lune est suffisamment
différente des roches terrestres pour élimin er tout doute sur la
possibilité que la Terr e et la Lune ne firent un jour qu'un seul bloc. (Il y a aussi des raisons dynamiques) . .
On trouve de s roches appel é es brèch es qui sont des fragments
de roches et de miné raux collés ensemble dans une matr ice à grains fins. Elles ont été constituées à partir de roches préexistantes, fragmenté e s, mélangé es et finalement collé es sous l 'effet d'impact météoritiqu e et peut êt r e d'activité volcan ique.
On trouve aussi des Basaltes, roches vo l c a n ique s : 90% des fr a
g-ments pr él ev és par les mi s s i on s Apollo sont d'origine basal t i que (relation avec le cours de Géolo gie de 4e). Il est probabl e que les basaltes ont dû être fondus à un momen t à l'intérieur de la Lune
(r a d i o a c t i v i t é natur elle) et qu'ils ont migré vers la surface en relation avec l'ori gi ne des dépr essions des mer s par des impacts de météorit e s. Les basalt es ont formé des cou lées de lave peu épaiss es,
coulant de fa ço n tur bul ente be a ucoup plus fac i l emen t que sur ter re,
avec un refro idi s s effien t final ra pi de (gra ndes surfa c es pl a n es des me r s ) .
Les plus v i.ei Lles roches de la"Terre (bouclier canadien) datènt
de 3,6 mi l l iar d s:d 'année s ; l'epoque de la for ma t i on de la Ter r e es t évalu é e à 4,6 mi lliards d'ann ées (en se fondant sur l'âge des mé
5
-d'anné es (t ou s le s chronomètres sont ba s é s sur des désintégrations radioactive s , l'uran i um en plomb par exemple) .
Il apparait égal ement que .la lune se se r ait formée il y a 4,6 milliards d'a nnées (b r è ch es) et les roches ba s alti qu es (lav e) aurai e nt entre 3,3 et 3,7 mil l iard s d'ann é es et se serai ent donc cri stall i s ées un milliar d d'années après le déb ut de la lun e, au cours d'une forte activi té man gétique de la lune (d' or i gine météor i t i qu e ou radioactive) On peut dir e que l'~ss entiel de l.~act iv i té géo16gique de la lun e
(f or ma t i on des mers, remplis sage par de la lav e) a eu li eu pendant le pr emier milliard d'ann ée s et qu'avant, la lune n' a été simplement soumis qu'à un bo~~ ard ement mé té or i t i que constant (en tre autre éro-si.on mêté or i tique )
Il sembl e bien que la lune n':a:itj amais été fondue compl ètement (seulement superfi ci ellement par l'activité magn é t i que du début) .
El le n'a pas comme la te rre un noyau centr a l en partie li qu i de.
Elle n'a pas rejeté à sa surface du matér iaux. lége r s (la densité des
·r och e s en surf ace est la même qu e la. densité moyenne ) . El le n'est
pas non pl u s parfait ement sphériq ue : 3 ray ons iné gaux le "l-ongde son
axe, vers la terre, le long de l'orbite. De telles inégali t és
(l Km de différence) seraient disparues avec un intérieur liquide.
Remarque sus la consti tu tion de la Terre (pa r cornpar a 1.son av ec la lune).
L'in t érieur de la terr e est ai n s i cons ti tué :
- Une crout e sol i d e, moin s dense que le reste et d'épaIs s eur environ 35 Km.
- Un man t e a u d'env iron 3000 Km d'épais s e ur fait de roches soli- · des.
- Un noy au cen t r a l de 340 0 Km de rayon dont la pa r ti e extér ie ure es t liqu i d e et la partie int er n e (2 10 0 Km) probablement solide. Ce
coeur est probablement composé de fer , matériel beaucoup plus dens e que
les roc h es de surfa c e) . Ce fa~t que le mat é r i a u cen t r a l soit le plus lourd suggèr e qu'à un ce rt ain moment tout e notre terr e fut li qui de et chaude de tel le sorte que le s matér iaux le s pl us lou r d s pu i s sen t s'enfonc e r et le s pl us lé ger s rester à la surfac e . Ce sont des cou
-r
ants
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l
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ui
son
t res
ponsabl es du magné
t i sme
terrestre , le noy a u solide étant à tro p hau t e tempé r a t ur e pour cons6
-tituer un aima n t solide.
Ce sont des roches du man t e au qui émergen t len t emen t le long
d' une lign e sous marine et qui se dispersen t lat&ralement de pa rt
et d'au t r e provoquant ainsi la dérive des continents . (L ' Amér iq ue ·
Latine se sépare de l'Af ri~ue) Cet élargissement du font des mers
doit provenir d'un mouv ement des roches solides à l'intérieur du manteau. Il peut donc y av oir soit écartement de s blocs conti nenta ux
qui "flottent à la surface du mant eau" soit rencontres qu i produisent des mont a gne s (e xempl e de l'Himal a y a ). Les vol cans proviennen t de fract ure s de la crou t e sou s l'e f f et de trop fortes déformati ons . Le ma gm a des vo l cans (la lave ) ne pr ov i ent pas du noy au cen t r a l de la ter r et mais simplement de poches local e s pe u profondes.
Origine du sy st ème Ter r e ~Lune .
Il Y a quatre pos sibilités comme ~our l'origine de la lune.
1) Formée ailleurs elle a été captur é e par la terr e.
C'est peu vraisemb l ab le ma i s ce n' e s t pas excl u . La lun e aur ai t en
effet eu un e haute pr ob abilité de s'écraser sur la terre plut ô t que
de se mettre en orbite.
~
2) Issue de la te r r e après sépa r a t i on d'avec la terre .
Ceci fut pro po sé par DAR\HNt mais est en contradictiont entre autret
avec l'idée d'une lune froidet et aussi avec les différenc e s de
composition chimique.
3) For mé e à côté de la ter r e dans une opérat i on ana logue à cell e
de la formation de la·ter r e . Ega lemen t impro b ab l e à caus e de la lune
froide.
4) For mé e par l'a gglomér a ti on d'un grand nombre de petits satel
-lites captur és préal abl ement par la terre . Là aus s i dans une certaine
me s ur et on se heurte au fait de la lune froid e.
Au tot alt au cu n e hypot hè se n'e s t pl ei nement satis f ai s ante, ma~s les hypot h è s e s 1 et 4 senmlent les moin s défavorabl es .
7
-L'histoire de la lune pour ra it alors êtr e la su i vante ("Le
Monde" 20. 12 .72 ) .
Tout commence ave c la nêbuleu se ga ze use pr~curs eur du syst ~me solaire il y a 4,6 mi l lia r d s d'~nn~es (d iam~tre s total env ir on une année lumièr e). Ce t te n~buleu se s'est conden sée pour donne r soleil et
plan~te. Au bout d'enviro n 100 mi lli on s d!ann~es la lune es t const i
-tuée mais sa sur faec es t fondue sur une pr ofon de ur de 100 Km e.nvi ron
(l'énergi e grav i ta tiünn~l le de la consti t u t ion de la lun e a provoqu~
cet échauff ement ). On·c onnai t cett e premiè re pha se fon du e par l'étud e
d'échant i l l ons (Apo l lo 12 et 14) qu i da tan t de 4 millia rds d'ann é e s
témoign ent déj à de 2 cristallis at i ons.
La solidificati on de la cro ute (vers 4, 4 mi l l iar ds d'a nné es)
s'accompa gne d'un e différen c iat ion chimique des matériau x. Les
con s t i t uant s qui se sol i d i f i en t les premiers cons t i tuent les monta -gnes. Une couc h e fondue (pauvr e en calcium et alumin ium) mai s riche en ma t é r iaux radioacti f s va s'enf on c e r le n tement (IOO-SOO Km) .
Pendant ce temps le s météor i te s fr a ppen t la surface sol i d e , et cer
-tains tr ès gr o s mé téor ite s cré ent les mer s. La cron te es t bouivers é e,
la"s u r fa ce localement fondue, mais la lav e qUI. vient comber le s mers provient de la couch e liquide erifouie. Les basa lt e s des me r s ont des
âges allant de 3,7 à 3,2 milliards d'année s. Depuis l 'évolution de
la surfac e lun a i r e ser ait trè s lente (mi née par des bombardement s
micromété oritique s) .
Même s~ une telle descri p ti on attend enc or e une con f irmat i on
(suivre les infor mat i ons) (elle n'attend pas les critiques car corrme
toute théorie scient i fiq ue en cours d'éiaboration el le es t fort ement
soumise au débat et à la critique) plus personne ne doute par exemple
de l'origin e mété ori ti que des crat ères et un e brèv e dis cussion peu t port er sur ce poin t avec les élève s .
De même ceux-ci son t en général dés i reux de con naî t re la vie,
l'origin e , l 'évolu t i on du sys tè me plan é taire les incite r à de s
lecture s da n s ce sen s qui pui s sent alime nter de courte s discuss ions
Evolution du
s
ys t ème
Ter ~e-LuneLe sy
s t ème
Terre-Lune
évo l ue
et c
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mar
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un corps sur l'
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Sur
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(voir NUFFIELD
A
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l
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L
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peu
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donc dans
une pos ition
en
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fai
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la lune agit sur les deux
renfl
ements
d'une m
ani ère
in
égale et a don
c
tendinc
e
à ralentir
l
a terre
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i l l i èm e
de secondes p
ar
sièc
le )
c'est;..à
-dire
il.augmenter
la duré
e
du jour terrestr
e
.
Il y a de cela
envi
.
r on
350
millions d
'
annèee ,
le
j
our
'
é t a i t donc plus court d'environ deux
heures
.
O
n peut le
vé~ifier.C
er t
a
i n s
c
or a ux
m
ontrent
des bandes
annuelles de
365
a
nn
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i ni s corre
s pondant
à la cr
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j
ou
r
na
l i
èr e. D
e s
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coraux
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siles
è~ untype
a
nal og ue et datant
de c
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époque m
ont rent
400
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22
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t
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c
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j
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ist
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,
l
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a
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o • • •e
n sens inv
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a
te
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l
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du
s
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l
a
lun
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l
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p t i que
(
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nul
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e l
a
pro
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e
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a tion
d
u
mo
ment
c
i né t i qu
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n
(
un
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pré
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)
de l
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e rotation
d
e
l
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u
n
cône de demi angle
a
u somment
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3, 5°.
La période de cettc
"pré
-c
ession
(
d
e
s équi
nox es
qui s
e
fait pour un
e
foi
s
dans le s
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oppose