Trouvez un horizon et savourez la courbure de la lumière

Lune

Par : Bob King 1er juin 2023 5

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La pleine lune des fraises du 3 juin nous invite à découvrir le pouvoir de réfraction de l'atmosphère terrestre.

Le 3 juin, la Strawberry Moon se lèvera de quelques degrés à l'est d'Antares aux teintes de fraise dans la constellation du Scorpion au coucher du soleil. Je suis peut-être un observateur endurci du ciel profond et des comètes, mais chaque mois, j'ai hâte de voir la pleine lune se lever et inonder le ciel de lumière. Heureusement, j'habite près d'un lac avec une belle vue vers l'est et une place aux premières loges garantie pour ce spectacle récurrent et toujours émouvant. Pendant une bonne partie de l'année, la Lune se lève directement de l'eau, sans être obstruée par des arbres ou des collines au premier plan - des circonstances idéales pour voir les prouesses prismatiques de l'atmosphère terrestre.

La réfraction - ou la capacité de la lumière à se plier - est omniprésente. Il peint des arcs-en-ciel, fait scintiller les étoiles et délivre la précieuse lumière des galaxies lointaines à nos yeux lorsque nous regardons à travers une lunette. La vision humaine serait impossible sans elle.

Le principe est simple. Lorsqu'un faisceau lumineux passe d'un milieu à un autre, sa vitesse et sa direction changent. La lumière ralentit lorsqu'elle pénètre dans un milieu plus dense et accélère lorsqu'elle pénètre dans un milieu moins dense. Le changement de vitesse modifie la direction du faisceau. Lorsque la lumière d'une étoile frappe l'atmosphère terrestre à un angle autre que 90° (directement au-dessus de la tête), sa trajectoire se courbe vers le haut depuis l'horizon en direction du zénith.

La lumière d'une étoile située directement au-dessus ne subit aucune réfraction. Si vous voyez une étoile au zénith, c'est là qu'elle se trouve. Mais baissez progressivement votre regard vers l'horizon, et la réfraction entre de plus en plus en jeu.

Cela commence subtilement. La position d'une étoile à une altitude de 45° se déplace d'à peine 1′ (une minute d'arc) dans la direction du zénith ou vers le haut. Même à 10° d'altitude, la différence n'est que de 5,4′, soit environ un cinquième du diamètre apparent de la pleine Lune. Mais la réfraction augmente rapidement à 9,7′ à 5°, 21,8′ à 1°, 25′ à 0,5° et 33,7′ (plus grande que la pleine Lune) à l'horizon. C'est là que le plaisir commence.

La réfraction augmente avec la densité du milieu. La quantité d'air directement au-dessus est de 1 masse d'air par définition. A 30° au-dessus de l'horizon, il passe à 2 masses d'air avec un effet minimal. Mais le long de l'horizon, nous regardons à travers 40 masses d'air, suffisamment d'air pour réfracter ou "soulever" l'intégralité du disque lunaire avant même qu'il ne se lève. A cet instant, si vous pouviez claquer des doigts et faire disparaître l'atmosphère, la Lune le ferait aussi ! Sur une Terre sans air, nous devrions attendre deux minutes supplémentaires pour chaque lune et lever de soleil. La réfraction retarde également leur temps de prise de la même quantité. C'est pourquoi la lumière du jour est en fait quelques minutes plus longue que la nuit aux soi-disant équinoxes.

La réfraction différentielle explique parfaitement pourquoi la Lune ressemble à un pouf au lever et au coucher. La réfraction atmosphérique à l'horizon est d'environ 34 ′ mais diminue à environ 25 ′ à seulement 0,5 ° au-dessus. La partie inférieure de la Lune, étant plus proche de l'horizon, est "poussée" dans le sommet le moins réfracté. La différence de ~9′ de bas en haut est égale à près d'un tiers de son diamètre.

L'aplatissement est encore plus spectaculaire depuis l'orbite. Les astronautes à bord de la Station spatiale internationale voient la Lune et le Soleil se coucher sur une ligne de visée plus longue que la vue depuis le sol. Des quantités de réfraction plus importantes aplatissent chaque corps davantage en bonbons M&M rouges.

La réfraction atmosphérique n'est pas une constante mais varie en fonction de la température, de l'humidité et de la pression barométrique. C'est pourquoi vous ne verrez jamais les heures de lever et de coucher du soleil indiquées à la seconde près. Dans les bonnes circonstances, la réfraction des températures et des pressions extrêmes peut augmenter la réfraction de 2° ou plus. Dans son livre South!: The Story of Shackleton's Last Expedition 1914–917, l'explorateur polaire Sir Ernest Shackleton décrit la réapparition du Soleil après la date de sa dernière apparition prévue :

"Le soleil, qui avait fait "positivement sa dernière apparition" sept jours plus tôt, nous a surpris en levant plus de la moitié de son disque au-dessus de l'horizon le 8 mai [1915]. Une lueur à l'horizon nord s'est résolue dans le soleil à 11 heures ce jour-là. , qui s'élevait à 2° 37′ à 13h20. La température était de 15° en dessous de zéro Fahr., et nous avons calculé que la réfraction était de 2° au-dessus de la normale. En d'autres termes, le soleil était visible à 120 miles plus au sud que les tables de réfraction ne lui donnaient le droit d'être.

Je n'ai pas spécifiquement recherché les changements dans le degré de réfraction à l'horizon d'un lever de pleine lune à l'autre, mais je suis curieux de savoir si l'observation de routine et le minutage minutieux des levers de lune successifs (ou levers de soleil) pourraient exposer cette variabilité. Même une différence d'un demi-degré devrait être facilement perceptible à l'œil nu. Est-ce que quelqu'un d'autre a déjà vu ça?

Outre les effets bruts de la réfraction au lever et au lever de la lune, des couches d'air de température et de densité différentes le long de la ligne de visée d'un observateur entrent également dans l'acte de réfraction. Chaque couche plie la lumière à un degré variable, ce qui peut effilocher les bords de la Lune, créer des ondulations mobiles sur sa face et déformer considérablement sa forme. Des mirages peuvent également être présents.

À la pleine lune, qui se produit le samedi 3 juin à 23 h 42 HAE (3 h 42 TU le 4 juin), nous avons également la chance d'assister à l'ombre de la Terre et à la ceinture de Vénus alignée avec la Lune montante.

Sachez cependant que depuis de nombreux endroits aux États-Unis, la Strawberry Moon se lèvera très près du coucher du soleil, atténuant son contraste avec le ciel environnant. J'espère que vous prendrez également rendez-vous avec la Lune dans les nuits qui suivent, lorsque les gibbeuses décroissantes se lèveront dans un ciel beaucoup plus sombre. Trouvez un endroit avec un horizon sud-est dégagé et attendez que la Lune se déforme.

Antoine Barreiro

1 juin 2023 à 17h52

Merci Bob. C'est fascinant !

Dans la navigation céleste, vous commencez par mesurer l'angle au-dessus de l'horizon d'un objet céleste (le Soleil ou la Lune pendant la journée ; une planète, une étoile ou la Lune pendant le crépuscule) et notez l'heure, puis vous utilisez les informations de l'almanach nautique pour calculer le point sur la surface de la Terre où l'objet était directement au-dessus au moment de votre observation. Une trigonométrie sphérique supplémentaire vous permet de calculer votre position par rapport à ce point. Tout dépend de la précision de la hauteur observée de l'objet au-dessus de l'horizon, et cet angle est toujours affecté par la réfraction atmosphérique. Vous devez donc ajuster chaque observation pour la réfraction atmosphérique, généralement avec une table standard, parfois avec des corrections supplémentaires pour la température et la pression atmosphérique dans des conditions plus extrêmes. Une règle d'or consiste à toujours utiliser des objets qui sont bien au-dessus de 10 degrés au-dessus de l'horizon ; en dessous de cette réfraction est trop extrême et variable pour fournir une position précise.

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