Pourquoi la Lune devient-elle rouge ? La science de la lune de sang

Imaginez-vous dans votre jardin par une nuit claire, les yeux levés vers une pleine Lune. Puis, très lentement, une ombre sombre commence à ramper sur sa face, non comme un nuage passager mais comme un rideau tiré avec soin. Et lorsque la Lune blanche a totalement disparu, elle ne sombre pas dans le noir comme on pourrait s'y attendre. Au contraire, elle s'embrase soudain d'un rouge cuivré profond, telle une braise suspendue dans le ciel. C'est la lune de sang, l'un des plus beaux spectacles que l'on puisse voir à l'œil nu.

La vérité, c'est que ce que vous observez n'est pas seulement un événement rare : c'est une leçon complète de physique jouée pour vous à travers le ciel. La couleur rouge n'est ni un pigment sur la Lune ni une humeur qu'elle prend. C'est le résultat d'un voyage que la lumière du Soleil accomplit à travers l'atmosphère terrestre avant de nous revenir. Laissez-moi vous expliquer précisément comment cela se produit.

Que se passe-t-il réellement la nuit d'une éclipse ?

Une éclipse de Lune ne peut survenir qu'à la pleine Lune, quand la Lune se trouve juste à l'opposé du Soleil vu depuis la Terre. La plupart des mois, la Lune passe un peu au-dessus ou au-dessous de l'ombre terrestre, car son orbite est inclinée d'environ cinq degrés par rapport au plan de l'orbite terrestre autour du Soleil. Mais deux à quatre fois par an, les trois corps s'alignent presque parfaitement, et la Lune glisse droit dans le cône d'ombre de la Terre.

L'ombre de la Terre comporte deux parties : la pénombre extérieure et pâle, où la Terre ne masque qu'une partie du Soleil, et l'ombre intérieure sombre, appelée umbra, où la Terre masque le disque solaire entier. Quand la Lune est totalement plongée dans l'umbra, nous avons une éclipse totale, et seule celle-ci donne la couleur rouge. Une éclipse partielle ne montre qu'une morsure sombre sur le bord de la Lune.

On pourrait d'abord penser qu'une Lune enfouie dans l'ombre terrestre devrait simplement s'éteindre. Voici la surprise : sans l'atmosphère terrestre, la Lune deviendrait effectivement noire à ce moment. Mais la couche d'air qui enveloppe notre planète joue un rôle tout à fait inattendu.

La diffusion de Rayleigh : pourquoi le rouge précisément ?

La lumière blanche du Soleil n'est pas une seule couleur mais un mélange de toutes les teintes du spectre, du violet au rouge. Lorsque cette lumière effleure le bord de la Terre et traverse l'atmosphère, ses ondes heurtent de minuscules molécules d'air comme l'azote et l'oxygène. La règle physique à l'œuvre s'appelle la diffusion de Rayleigh : plus la longueur d'onde est courte, plus elle est dispersée dans toutes les directions.

Les lumières bleue et violette ont les longueurs d'onde les plus courtes ; elles se dispersent donc puissamment et sont rejetées. Les lumières rouge et orange ont des longueurs d'onde plus grandes ; elles se faufilent plus aisément et poursuivent leur route. C'est exactement le même processus qui rend le ciel bleu en journée (le bleu dispersé au-dessus de nous) et le Soleil rouge au coucher (sa lumière débarrassée du bleu).

Assemblez maintenant les pièces. Pendant une éclipse, la lumière solaire traverse le mince anneau d'atmosphère autour du bord terrestre. Le bleu est filtré et dispersé, tandis que la lumière rouge est courbée vers l'intérieur par la réfraction de l'air, se pliant jusqu'à atteindre la surface de la Lune. Voilà pourquoi la Lune luit de cuivre : elle est littéralement éclairée par la seule lumière rouge résiduelle.

La lumière de tous les couchers de soleil à la fois

Voici l'idée qui saisit vraiment le cœur. Si vous vous teniez sur la Lune pendant la totalité, vous verriez la Terre comme un disque noir masquant le Soleil, mais tout son pourtour flamboierait d'un anneau rouge et orange. Cet anneau est la somme de tous les levers et couchers de soleil se produisant sur notre planète en ce seul instant, tous à la fois.

Autrement dit, la couleur qui baigne la Lune n'est que le reflet de milliers d'horizons colorés à la surface de la Terre en cet instant : chaque littoral où le Soleil se lève, chaque ville où le jour s'efface. De là vient la phrase poétique selon laquelle, pendant une éclipse, la Lune « porte la lumière de tous les couchers de soleil de la Terre à la fois ». Ce n'est pas une exagération mais une description scientifique parfaitement exacte.

Pourquoi le rouge diffère-t-il d'une éclipse à l'autre ?

Toutes les lunes de sang ne sont pas également rouges. Parfois la Lune paraît orange vif, parfois cuivre foncé, et parfois elle vire au brun grisâtre au point de presque disparaître. La raison de cette diversité tient à l'état de l'atmosphère terrestre elle-même au moment de l'éclipse.

Quand l'air est pur et clair, la lumière rouge passe aisément et la Lune brille d'un orange vif. Mais lorsque la haute atmosphère est chargée de poussière et de cendres, surtout après de grandes éruptions volcaniques, davantage de lumière est bloquée et l'éclipse devient sombre et lugubre. Après l'éruption du mont Pinatubo en 1991, par exemple, des éclipses ultérieures furent si sombres que la Lune était difficile à voir. C'est pourquoi l'astronome français André Danjon a conçu une échelle en cinq points pour évaluer l'éclat de la Lune durant une éclipse.

Des mythes à corriger

Depuis l'Antiquité, la Lune rouge a suscité la peur, et de nombreuses cultures l'ont liée aux catastrophes et à la fin du monde. Mais rien dans une lune de sang ne signale un danger ou un mauvais présage ; c'est un événement purement géométrique qui se répète selon un calendrier calculable des siècles à l'avance. Observer une éclipse est aussi parfaitement sûr à l'œil nu, contrairement à une éclipse de Soleil qui exige une protection oculaire.

Une autre erreur fréquente consiste à confondre le rouge de la Lune pendant une éclipse avec la teinte rougeâtre qu'elle prend parfois près de l'horizon. La Lune peut sembler rouge à son lever ou à son coucher parce que sa lumière traverse une épaisse couche d'air horizontal, cause semblable mais qui n'est pas une éclipse. Une véritable éclipse se produit lorsque la Lune est haut dans le ciel, à l'intérieur de l'ombre terrestre.

Sources

NASA — pages sur les éclipses lunaires et le phénomène de la lune de sang. Agence spatiale européenne (ESA). Encyclopædia Britannica — articles « Lunar eclipse » et « Rayleigh scattering ». National Geographic — guides d'observation du ciel.