La Lune, notre voisine dans l'espace (pour les éducateurs)
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La Lune fait partie de notre quotidien, mais il est difficile de se représenter son déplacement dans l'espace et sa position par rapport à la Terre et au Soleil. Pas étonnant alors de ne plus s'y retrouver parfois.
Avez-vous du mal à expliquer les concepts liés à ces mouvements, tels que les phases et les éclipses? C'est normal… et vous n'êtes pas les seuls! Ce n'est pas facile, tant pour les jeunes que pour les éducateurs, de visualiser ces phénomènes en trois dimensions, ce qui est pourtant nécessaire pour bien les comprendre.
Nous abordons ici quelques notions parfois mal comprises en lien avec les phénomènes observables associés aux mouvements de la Terre et de la Lune (!). Nous proposons des éléments qui pourraient accrocher l'attention des jeunes (icône de loupe) et touchons certaines questions que les jeunes se posent fréquemment (?). Bien d'autres questions ainsi que leurs réponses figurent sur la page destinée aux jeunes.
La Lune et la Terre en mouvement
Pour bien visualiser les mouvements de la Lune et de la Terre dans le Système solaire, les jeunes doivent développer leurs habiletés visuospatiales pour être capables de se faire une représentation mentale du système Soleil-Terre-Lune en trois dimensions.
Icône de loupe pour proposer des éléments qui pourraient accrocher l'attention des jeunes : La modélisation est un élément essentiel de l'enseignement de ces concepts et peut se faire de différentes façons : manipulation d'objets, utilisation de son corps pour simuler les mouvements, modélisation virtuelle… Des animations 3D sont fournies un peu plus loin et des activités peuvent compléter l'enseignement de ces concepts.
Commençons par visualiser la Terre et la Lune dans l'espace. La Terre tourne sur elle-même en 23 h 56 minutes. Ce mouvement de rotation est la cause de l'alternance des jours et des nuits. Quand on est face au Soleil, c'est le jour, et quand on est du côté sombre, c'est la nuit. C'est en raison de ce mouvement de rotation que les astres, y compris le Soleil et la Lune, se lèvent à l'est et se couchent à l'ouest. Ce mouvement d'est en ouest est une illusion causée par la Terre qui tourne sur elle-même d'ouest en est.
Icône de loupe pour proposer des éléments qui pourraient accrocher l'attention des jeunes : Une activité motrice permet de démontrer facilement ce principe. Dans cette activité, les jeunes font face à une source lumineuse, puis tournent lentement sur eux-mêmes : quand ils voient la lumière, c'est le jour, sinon c'est la nuit.
La Lune tourne autour de la Terre. Ce mouvement orbital est ce qu'on appelle la révolution. Cette révolution prend 27,3 jours. On dit que la Lune est en orbite autour de la Terre : c'est la gravité de la Terre qui la retient dans ce mouvement. Puisque la Lune a une assez grande vitesse, elle ne tombe pas vers la Terre, mais demeure en orbite.
L'orbite de la Lune est une ellipse, mais elle ressemble à un cercle presque parfait. La distance entre la Lune et la Terre varie légèrement tout au cours de son orbite. En moyenne, la Lune est à 384 000 km de la Terre, soit environ 30 fois le diamètre de la Terre (on pourrait donc placer 30 fois la Terre dans la distance Terre-Lune).
Mouvements de la Terre et de la Lune. Animation créée avec WorldWide Telescope. (Source : Agence spatiale canadienne [ASC].)
Icône de loupe pour proposer des éléments qui pourraient accrocher l'attention des jeunes : Vous pouvez facilement faire un modèle de la distance Terre-Lune en classe. En utilisant un globe terrestre standard (diamètre de 30 cm), la Lune aurait la grosseur d'une balle de baseball. Demandez aux jeunes où ils pensent que la Lune devrait être placée pour que le modèle soit à l'échelle. Ils seront probablement surpris d'apprendre que c'est à neuf mètres, soit environ la longueur d'une classe!
! : point d'exclamation pour aborder quelques notions en lien avec les phénomènes associés aux mouvements de la Terre et de la Lune : Lorsque la Lune est à son plus près de la Terre et que c'est la pleine lune, le terme superlune est parfois utilisé. Par contre, il faut comprendre que la différence de taille dans le ciel est minime et très difficile à remarquer. Plusieurs canulars et photos truquées circulent d'ailleurs à ce sujet dans les médias sociaux. Ne vous laissez pas berner!
La pleine lune parait toujours plus grosse à l'horizon, peu importe qu'elle soit réellement à son plus près de la Terre ou non. C'est une illusion. Pour vous en convaincre, essayez ce truc et invitez les jeunes à le faire quand ils regardent la Lune. Qu'elle paraisse toute petite lorsqu'elle est très haut dans le ciel ou très grosse quand elle se trouve à l'horizon : allongez le bras devant vous et essayez de la couvrir avec votre petit doigt. Ça fonctionne toujours!
! : point d'exclamation pour aborder quelques notions en lien avec les phénomènes associés aux mouvements de la Terre et de la Lune : En se déplaçant autour de la Terre, la Lune se retrouve aussi souvent du côté nuit que du côté jour de la Terre. Contrairement à ce que plusieurs pensent, il est donc possible de voir la Lune en plein jour dans le ciel!
? : point d'interrogation pour toucher certaines questions que les jeunes se posent fréquemment : Vous avez peut-être déjà entendu parler de la face cachée de la Lune. Qu'est-ce que c'est? La Lune montre toujours la même face à la Terre, c'est ce qu'on appelle la face visible. De l'autre côté, il y a une face qu'on ne voit jamais, appelée la face cachée.
Face visible et face cachée de la Lune. Les deux faces montrent des caractéristiques géologiques différentes. (Source : NASA/Goddard/Université d'État de l'Arizona.)
! : point d'exclamation pour aborder quelques notions en lien avec les phénomènes associés aux mouvements de la Terre et de la Lune : Lorsqu'on explique aux jeunes que la Lune présente toujours la même face, ils peuvent penser que celle-ci ne tourne pas sur elle-même. En réalité, elle a bel et bien un mouvement de rotation, mais sa période de rotation est exactement égale à sa période de révolution autour de la Terre (27,3 jours). C'est ce qu'on appelle une rotation synchrone. Plusieurs lunes dans le Système solaire ont une rotation synchrone et montrent toujours la même face à leur planète. La meilleure façon de le comprendre est de le démontrer. Prendre une sphère et la faire tourner sur elle-même (rotation) tout en la faisant tourner autour d'un objet (révolution). On se rend compte que si les deux actions prennent le même temps, c'est toujours la même face qui est visible du centre de révolution.
Il est important de noter qu'il n'existe pas de côté sombre de façon permanente sur la Lune. La face cachée est aussi souvent éclairée par le Soleil que la face visible.
Cette animation montre la différence entre le mouvement réel de la Lune, qui est en rotation synchrone (à droite), et ce qui se passerait si la Lune n'avait pas de mouvement de rotation (à gauche). De la Terre, la face visible reste toujours la même lors d'une rotation synchrone. (Les objets de cette animation ne sont pas à l'échelle et la vitesse de rotation de la Terre est accélérée à des fins d'illustration.) (Source : ASC.)
Les phases de la Lune
Un des phénomènes figurant le plus souvent dans les programmes scolaires est aussi un des moins bien compris : les phases de la Lune. Il est facile d'observer que la Lune semble changer de forme jour après jour. Ce phénomène s'explique bien, mais pas aussi facilement qu'on peut le penser.
! : point d'exclamation pour aborder quelques notions en lien avec les phénomènes associés aux mouvements de la Terre et de la Lune : Chose certaine, l'explication erronée voulant que les phases de la Lune soient causées par l'ombre de la Terre est très courante. Pourtant, l'ombre de la Terre n'a absolument rien à voir avec le phénomène des phases de la Lune. Nous y reviendrons pour parler des éclipses lunaires.
Pour bien comprendre les phases de la Lune, ajoutons le Soleil à notre visualisation de la Terre et de la Lune dans l'espace.
? : point d'interrogation pour toucher certaines questions que les jeunes se posent fréquemment : Comment la Lune brille-t-elle? La réponse à cette question est à la base de la compréhension du phénomène des phases de la Lune. La Lune ne brille pas d'elle-même. On la voit parce qu'elle reflète la lumière du Soleil. Tout comme la Terre ou n'importe quelle sphère placée devant le Soleil, une moitié de la Lune est éclairée et l'autre moitié est dans l'obscurité. Ce sont les côtés jour et nuit de la Lune. Si les jeunes comprennent bien que la Terre a toujours un côté jour et un côté nuit, ils peuvent facilement étendre cette compréhension à la Lune.
Le phénomène des phases de la Lune, depuis l'espace. Animation créée avec WorldWide Telescope. (Source : ASC.)
Les phases de la Lune, telles que vues de la Terre, sont créées par le déplacement régulier de la Lune autour de la Terre. Selon la position de la Lune, on voit sa partie plus ou moins éclairée. Lors de la pleine lune, on fait face au côté jour de la Lune, alors qu'à la nouvelle lune, on voit son côté nuit. Entre ces deux extrêmes, on retrouve toutes les autres phases.
Les phases de la Lune. De gauche à droite : premier croissant, premier quartier, gibbeuse croissante, pleine lune, gibbeuse décroissante, dernier quartier, dernier croissant. (Source : Scientific Visualization Studio, NASA.)
Au cours d'une période de 29,5 jours, la Lune passe par toutes les phases ci-dessus. Cette période est un peu plus longue que celle de révolution de la Lune autour de la Terre. Pour revenir avec le même alignement Lune-Terre-Soleil, par exemple d'une nouvelle lune à une autre nouvelle lune (la lunaison), il faut tenir compte du déplacement de la Terre autour du Soleil, ce qui rajoute quelques jours à la durée. Ce cycle est à la base de notre calendrier.
Icône de loupe pour proposer des éléments qui pourraient accrocher l'attention des jeunes : Vous pouvez aider les jeunes à visualiser les phases de la Lune en les encourageant à observer une balle lorsqu'ils sont à l'extérieur, par une journée ensoleillée.
! : point d'exclamation pour aborder quelques notions en lien avec les phénomènes associés aux mouvements de la Terre et de la Lune : Certaines phases sont moins connues que d'autres. Une lune gibbeuse, par exemple, représente l'étape entre un quartier de lune (lorsque le disque est éclairé à 50 %) et la pleine lune (lorsque le disque est éclairé à 100 %). Même le terme quartier peut porter à confusion puisqu'on voit la moitié du disque de la Lune éclairée!
Icône de loupe pour proposer des éléments qui pourraient accrocher l'attention des jeunes : Il peut être intéressant pour les jeunes d'observer la Lune le plus souvent possible au cours d'un mois et de tenir un journal d'observation. Cela leur permettra d'observer les changements de jour en jour, autant que possible selon les conditions météorologiques. Ils remarqueront probablement certains détails intéressants, comme le fait que la Lune n'est pas toujours visible à la même heure chaque jour. En commençant à la nouvelle lune, il est possible d'observer les phases croissantes en soirée, du croissant de lune jusqu'à la pleine lune. Les phases décroissantes sont plus difficiles à observer, car elles sont visibles tôt le matin. Pensez à rappeler à vos élèves qu'ils doivent lever les yeux vers le ciel à toute heure du jour!
Selon une croyance populaire, la pleine lune aurait un effet sur les naissances et le taux de criminalité. Plusieurs recherches ont comparé les statistiques avec le calendrier des phases de la Lune. Résultat concluant : la pleine lune n'a pas cet effet.
Les éclipses
Une fois que les phases de la Lune sont bien comprises par vos jeunes, il est alors possible de leur apprendre ce que sont les éclipses, qui se produisent lorsque la Terre, la Lune et le Soleil sont parfaitement alignés.
Éclipses solaires
Les éclipses solaires se produisent quand la Lune se trouve entre le Soleil et la Terre, soit lors des nouvelles lunes. Si l'alignement est bon, la Lune vient cacher le Soleil. Une éclipse solaire dure typiquement quelques heures à un endroit donné sur Terre, à partir du moment où cet endroit entre dans l'ombre de la Lune jusqu'au moment où il en sort. On appelle éclipse totale le moment où le Soleil est parfaitement caché par la Lune. Les éclipses totales durent quelques minutes seulement.
Quand l'alignement n'est pas parfait, on parle d'éclipse partielle puisque seulement une partie du Soleil est cachée par la Lune. On a bien plus d'occasions d'observer une éclipse partielle qu'une éclipse totale. Des éclipses annulaires se produisent aussi, quand le pourtour du Soleil demeure visible tout autour de la Lune lors du maximum de l'éclipse, comme un anneau. Ce phénomène est possible puisque la Lune est parfois un peu plus éloignée de la Terre et parait légèrement plus petite dans le ciel.
Icône de loupe pour proposer des éléments qui pourraient accrocher l'attention des jeunes : Une éclipse solaire est un spectacle que plusieurs décrivent comme unique en son genre. Il y a même des personnes qui voyagent pour en voir le plus grand nombre possible! S'il vous est possible d'en observer une, ne manquez pas cette chance et assurez-vous d'encourager vos jeunes à l'observer aussi! Le , une éclipse solaire totale sera visible à certains endroits dans l'est du Canada, y compris à l'ASC, à Longueuil. Nous ferons connaitre les détails sur cette éclipse avant qu'elle se produise.
Déroulement de l'éclipse solaire du , avec la Lune qui cache le Soleil et son ombre qui tombe sur la Terre. Animation créée avec WorldWide Telescope. (Source : ASC.)
! : point d'exclamation pour aborder quelques notions en lien avec les phénomènes associés aux mouvements de la Terre et de la Lune : Il est intéressant pour les jeunes de se rendre compte que les éclipses totales du Soleil sont le résultat d'une grande coïncidence. Bien que la Lune soit en réalité environ 400 fois plus petite que le Soleil, elle est environ 400 fois plus proche de nous que notre étoile. Les deux effets se compensent parfaitement, alors les deux nous paraissent de la même taille dans le ciel. Cet heureux hasard crée un spectacle extraordinaire!
La Lune et la Station spatiale internationale passent devant le Soleil durant l'éclipse solaire de . (Source : NASA.)
Attention!
Il ne faut jamais regarder le Soleil directement sans protection adéquate puisque sa lumière est si intense qu'elle pourrait endommager la vue de façon permanente. C'est pourquoi il faut faire très attention quand vient le temps d'observer une éclipse solaire. Par une journée ensoleillée normale, tout le monde sait qu'il ne faut pas fixer le Soleil du regard. C'est dangereux. C'est exactement la même chose quand il y a une éclipse solaire : il ne faut jamais l'observer à l'œil nu.
Icône de loupe pour proposer des éléments qui pourraient accrocher l'attention des jeunes : Heureusement, il existe plusieurs façons d'observer les éclipses solaires de façon sécuritaire pour ainsi profiter du spectacle. La plus connue est probablement l'utilisation de lunettes à éclipses. Ce sont des lunettes spéciales qui bloquent plus de 99,997 % de la lumière du Soleil. Attention : elles sont très différentes des lunettes de soleil habituelles, qui ne bloquent pas assez la lumière intense. Il est très dangereux d'observer une éclipse solaire directement avec des lunettes de soleil ordinaires.
Une autre façon d'observer une éclipse solaire est de projeter la lumière du Soleil sur une surface, comme celle d'une boite à éclipses. On observe alors la projection de la lumière du Soleil sur cette surface plutôt que le Soleil directement. Ce genre de boite peut d'ailleurs être facilement fabriquée en classe ou à la maison.
Éclipses lunaires
Les éclipses lunaires se produisent quand la Terre se trouve entre le Soleil et la Lune, soit lors des pleines lunes. Lorsque l'alignement est bon, l'ombre de la Terre tombe sur la Lune et celle-ci s'assombrit. Une éclipse lunaire dure quelques heures, à partir du moment où la Lune entre dans l'ombre de la Terre et jusqu'au moment où elle en sort. La phase où elle se trouve complètement dans l'ombre de la Terre s'appelle éclipse totale. Parfois, l'alignement n'est pas parfait et l'éclipse reste partielle tout du long.
Au moment de l'éclipse totale, la Lune parait rougeâtre. C'est dû à une petite portion de la lumière du Soleil qui a traversé l'atmosphère de la Terre avant de se rendre jusqu'à la Lune. L'atmosphère de la Terre absorbe et diffuse (« disperse ») surtout la lumière bleue (c'est ce qui fait que le ciel est bleu!). La lumière qui atteint la Lune a été « filtrée » par l'atmosphère et est rouge.
Déroulement d'une éclipse lunaire, vu de différentes perspectives. Animation créée avec WorldWide Telescope. (Source : ASC.)
Icône de loupe pour proposer des éléments qui pourraient accrocher l'attention des jeunes : Invitez les jeunes à imaginer la vue qu'un astronaute sur la Lune aurait lors d'une éclipse lunaire. Cet astronaute verrait une éclipse solaire puisque la Terre bloquerait complètement le Soleil!
? : point d'interrogation pour toucher certaines questions que les jeunes se posent fréquemment : Les jeunes se demandent souvent pourquoi il n'y a pas des éclipses chaque mois, quand le Soleil, la Terre et la Lune sont alignés. C'est parce que l'inclinaison de l'orbite de la Terre et celle de l'orbite de la Lune ne sont pas tout à fait les mêmes. La plupart du temps, lors des nouvelles lunes et des pleines lunes, l'alignement n'est pas parfait à tous les égards. Il n'y a donc pas d'éclipse.
Prochaine fois où il sera possible de voir une éclipse au Canada
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