La face cachée de la Lune

Azkargorta Aretxabala, Jon

Fisikan doktorea. Bilboko Ingeniaritza Goi Eskolako irakasle eta ikertzailea

EHU

Le temps de la Terre pour former une orbite autour du Soleil est d'un an. Le temps que la Terre prend à tourner autour de son axe, par contre, est appelé jour. En un an, il y a environ 365 jours. C'est bien connu. Mais cela a-t-il toujours été le cas ? Pour sa part, la Lune forme une orbite autour de la Terre, une fois par mois, et tourne également sur son axe une fois par mois (27,32 jours). Les deux sont égaux ! Nouvelles En conséquence, la Lune nous montre toujours le même visage. Si nous regardons avec une certaine attention le ciel, nous verrons toujours cette différence : parfois une partie éclairée et une autre sombre... mais toujours la même. Cependant, le Soleil illumine ou "voit" les deux côtés de la Lune, mais nous ne le faisons pas : toujours en regardant vers nous, il y a le même côté de la Lune, qu'il soit illuminé ou non.
La face cachée de la Lune
01/04/2008 Azkargorta Aretxabala, Jon Doctor en physique

(Photo: Fichier)

La Lune existait avant l'apparition de l'homme, et nous a toujours fascinés, pendant des milliers d'années, mais nous n'avons jamais vu son dos.

En 1959, les Soviétiques envoyèrent la mission Luna-3 et réussirent à photographier l'arrière… 50 ans n'ont pas encore été accomplis [1]. Comme nous l'avons dit, de la Terre, vous ne pouvez jamais voir ce dos de la Lune, sinon sur une photo.

En principe, il n'y a pas de relation physique entre la rotation d'un corps et la durée d'une orbite. Alors pourquoi la durée d'un 'jour' de la Lune coïncide avec la durée d'un 'mois' ? Est-ce un hasard? Le caprice de la Lune ?

Il y a une raison et cela concerne les marées. Nous savons que sur terre la mer monte et descend deux fois par jour. Le motif est expliqué en profondeur dans l'article [2], mais ici je vais faire un bref résumé:

À gauche, partie de la Lune que nous voyons. À côté, ce que nous ne voyons pas, c'est-à-dire ce qui cache, regardez-le avec tranquillité et tranquillité, parce que vous ne le verrez jamais dans le ciel de la nuit.
ANDÉN

Comme la Terre attire la Lune, la Lune attire aussi la Terre. Mais en raison de la taille de la Terre, la zone proche de la Lune est plus attrayante que la zone centrale et la mer se rapproche de la Lune. D'autre part, la zone éloignée de la Lune se sent moins attirée que la centrale et la mer s'éloigne de la Lune. En conséquence, la Terre subit une "déformation", avec deux côtés de la marée (G) et deux côtés de la marée basse (B) simultanément sur Terre (Figure 1).

A cela il faut ajouter que la Terre tourne une fois par jour, c'est pourquoi nous avons deux pléamars chaque jour et deux bassins chaque jour.

Comme la Lune crée les marées sur Terre, la Terre les crée aussi sur la Lune. Bon ! Sur la Lune il n'y a pas de mer mais les corps solides sont déformés autant que liquides, mais ils se déforment comme une balle en caoutchouc. La déformation de la terre solide produite par la Lune est de quelques centimètres et nous ne nous en rendons pas compte, mais les sismographes, par exemple, détectent très bien les marées de terre. Car sur la Lune il y a aussi des marées solides et le sol monte et descend chaque fois que la Lune se dérange, c'est-à-dire deux fois par mois.

Comment la Terre affecte la rotation de la Lune

La Terre Déformée par la Lune
La déformation est très augmentée pour être mis en évidence graphiquement. Aussi dans les graphiques des pages suivantes
(Photo: G. Roa)

Si la Lune était entièrement élastique, elle répondrait « tout de suite » à l'attraction de la Terre et sa « déformation » serait alignée sur la Terre, comme le montre la figure 2A. Cependant, dans tout l'univers, il n'y a pas de matériau entièrement élastique, et la friction interne et l'inertie du matériau solide rendent la réponse de la lune plus tard, c'est-à-dire avec un retard, comme dans la figure 2B.

La conclusion est spectaculaire (Figure 3): Quand la Terre attire la Lune, la force du côté A tend à tourner la Lune vers les aiguilles de la montre, tandis que la force du côté B tourne la Lune contre les aiguilles de la montre. La force du côté A est plus grande, car elle est plus proche de la Terre, ce qui fait tourner la Terre vers les aiguilles de la montre, ou ce qui est la même chose, ralentit la rotation de la Lune.

Jusqu'à quand dure cet amortissement ? Car la rotation de la Lune a été progressivement amortie et pendant des milliers d'années, jusqu'à arriver actuellement à une position d'équilibre, c'est-à-dire à une position symétrique, où le point A et le point B sont situés dans la même direction de la Terre. C'est pourquoi, de la Terre nous ne voyons que la zone A de la Lune, parce que la Terre a synchronisé ou "freiné" la rotation de la Lune depuis longtemps.

La plupart des satellites naturels ou « lune » du système solaire, comme notre Lune, sont synchronisés ; les satellites de Mars, Jupiter, Saturne, etc. ont la même période de rotation et d'orbite autour de la planète [3].

La Lune déformée par la Terre. À gauche, il montre que la Lune répond avec un retard à l'attraction de la Terre. A droite, des forces qui provoquent la synchronisation de la Lune avec la Terre.
G. Roa

Le soleil génère également des forces maréales qui ont fait que les rotations de Mercure et de Vénus n'ont pas été entièrement synchronisées, mais si elles sont assez amorties, elles sont les plus proches. Le reste des planètes sont loin et l'effet est plus faible, mais il existe.

Comment la Lune affecte la rotation de la Terre

Si la Terre a paralysé la rotation de la Lune, il est logique de penser que la Lune aura un effet similaire sur la Terre. C'est vrai. La Terre ne montre pas toujours la même différence à la Lune, c'est-à-dire que la Terre n'est pas 'synchronisée', mais elle ralentit.

Comme la masse de la Terre est beaucoup plus grande que celle de la Lune, il faudra passer plus de temps jusqu'à ce que la Terre parvienne à « s'arrêter », mais il est : La durée d'une journée sur Terre était plus courte dans le passé, à savoir la Terre tournait plus vite.

La Lune montre toujours le même visage à la Terre, mais la Terre ne montre pas la Lune.
ESA
Il y a des études paléontologiques qui sont allés loin dans le temps et qui montrent ce résultat [5] : par exemple, les fossiles coralliens ont des anneaux ou des couches de croissance appelés ephitecas. Comme sur les troncs des arbres, chaque anneau montre la croissance du corail pendant un cycle d'un an. Des études plus détaillées ont montré qu'au sein de chaque couche il y a d'autres couches plus fines: ce sont des couches mensuelles, dans lesquelles il y a d'autres couches encore plus fines. Les couches les plus fines ont été considérées comme des indicateurs de croissance quotidienne. On a compté le nombre de couches minces dans une couche annuelle de fossiles coralliens de l’époque dévonienne du Paléozoïque (il y a 400 millions d’années): 400 anneaux. Par contre, dans l'anneau d'un an de coral-fossile de Garai Carbonifère (300 millions d'années) il y a 380 couches. Cela signifie que la Terre tournait 400 fois par an à l'époque dévonienne et faisait 380 tournées par an dans le Carbonifère. Chacun peut faire un petit calcul et voir qu'à l'époque dévonienne le jour de la Terre durait environ 22 heures et à l'époque carbonifère environ 23 heures. Nous savons que cela dure actuellement 24 heures.

Le même résultat a été vérifié avec d'autres méthodes, à savoir que la Terre est de plus en plus ralentie. En fait, avec la précision des montres atomiques, il a été démontré que la durée de la journée est de plus en plus: 2,3 millisecondes par siècle [4].

S'éloigner

Comme indiqué dans le paragraphe précédent, la Lune exerce le même effet que la Terre sur la Lune : amortir la rotation. La figure 4 montre, à gauche, la Terre et les forces de la Lune sur la Terre (A et B). Ces deux forces sont celles qui freinent la rotation de la Terre, comme indiqué dans le paragraphe précédent.

Comme la Lune, la Lune ralentit la rotation de la Terre. La figure suivante montre les forces qui le provoquent.
G. Roa

D'autre part, la partie droite de l'image montre la Lune et les forces que les deux parties de la Terre exercent sur la Lune (A' et B'), qui sont des réactions des précédentes, exactement égales mais opposées.

Les forces A' et B' qui soutiennent la Lune ont un composant (et le principal) dans la direction de la Terre, mais ont un autre composant perpendiculaire à cette direction. La force 'A' monte un peu et la force 'B' descend, mais la force 'A' est plus grande parce que la Terre est plus proche que la B. Par conséquent, une autre conséquence des forces maréales est que la lune a une accélération tangentielle ( a t ) ou qu'elle augmente sa vitesse. Si vous augmentez la vitesse, la force centrifuge de votre orbite augmente également, ce qui provoque une augmentation du rayon de l'orbite. Ainsi, au fil des ans, la Lune s'éloigne de la Terre et son 'mois' est de plus en plus long.

Les physiciens disent que l'énergie ne se produit pas ou n'est pas effacée, c'est-à-dire qu'elle est conservée, mais elle est changée d'un type à l'autre : Si la rotation de la Terre et de la Lune ralentit, l'énergie cinétique perdra, même si cette énergie devient énergie potentielle à mesure que la Lune et la Terre s'éloignent.

En fait, l'orbite de la lune n'est ni un cercle ni une ellipse, mais elle grandit progressivement comme une spirale. Des mesures exactes ont montré que la lune s'éloigne presque quatre centimètres par an [6].

(Photo: Fichier)
Jusqu'à quand durera ce ralentissement de la rotation de la Terre ? Et jusqu'à quand la lune sera-t-elle éloignée de la terre ? On estime que la lune continuera à s'éloigner jusqu'à ce que la distance actuelle augmente de soixante pour cent. D'ici là, la rotation de la Terre sera ralentie et la durée du jour sera la même que le mois de la Lune, et les deux seront d'environ cinquante-cinq jours [7] (le jour de cette phrase est la durée du jour actuel). À ce moment-là, la déformation de la Terre et celle de la Lune sera symétrique par rapport à la direction entre les deux, c'est-à-dire la Terre, vue depuis la Lune, montrera toujours le même visage et maintiendra l'autre secrètement, mais jusqu'à ce que cela arrive il faudra des milliards d'années.

Comment il est apparu, un mystère encore
Si au lieu d'avancer dans le temps nous reculons, les calculs nous montrent qu'il y a deux milliards d'années la distance Terre-Lune était beaucoup plus petite, plusieurs fois plus longue que le rayon terrestre. Ce calcul soulève une vieille question des scientifiques: Quelle est l'origine de la Lune?
Diverses théories ont servi à comprendre l'origine de la Lune. Une première théorie dit que la lune et la terre étaient deux corps et que la lune s'est séparée de la terre parce que la terre tournait trop vite [8]. Cette théorie explique pourquoi les pierres provenant de la lune et les pierres terrestres ont une antiquité géologique similaire. La datation des pierres de lune a montré qu'elles avaient environ 4,5 milliards d'années, comme les pierres terrestres, de sorte que les deux ont le même âge. Cette théorie explique aussi pourquoi la densité de la lune (3,3 g/cm 3 ) est similaire à celle de la surface terrestre, mais pas semblable à celle du noyau terrestre. Cependant, cette théorie a plusieurs trous: il faut une rotation très rapide pour distribuer ainsi la Terre (environ 3 heures) et en plus le plan de l'orbite de la Lune serait près du plan de l'équateur terrestre, comme la plupart des satellites naturels du reste des planètes (au maximum 1º ou 2º), mais l'orbite de la Lune a une inclination très élevée par rapport à l'équateur (environ 24º). Par ailleurs, la proportion de masse de la lune par rapport à la terre est très élevée (1:81). Tous les satellites naturels du système solaire ont des proportions de masse très petites par rapport à leur planète (environ 1:10 000) et celle de la lune, qui est la plus grande du système solaire.
Une deuxième théorie dit que la Lune a pris naissance ailleurs, qu'elle faisait une autre orbite autour du Soleil et qu'en passant à côté de la Terre, elle a été prise totalement ou partiellement par la gravité de la Terre [9]. Cette théorie explique pourquoi la proportion magique de la lune est beaucoup plus grande que celle des autres satellites naturels et pourquoi ils ont des compositions différentes. Le titane, le vanadium et d'autres métaux légers sont beaucoup plus abondants sur la surface de la Lune que sur la Terre, tandis que le fer est beaucoup plus petit que sur la Terre. Cette théorie explique aussi pourquoi l'orbite de la lune a un si petit angle (environ 5°) par rapport à l'elliptique, bien inférieur à l'équateur terrestre. Cependant, cette théorie a aussi des lacunes : il n'est pas facile d'attraper un corps dans l'espace, car des angles et des distances très précis sont nécessaires et une grande perte d'énergie est nécessaire dans une certaine période de temps. Peut-être que la Lune s'est brisée quand elle était proche de la Terre et qu'une partie est tombée en elle et l'autre est tombée en orbite. Les chances de ce phénomène sont faibles, mais il est possible.
(Photo: QUAI)
Une troisième théorie soutient que les deux ont surgi simultanément dans la même région de l'espace ou très près, mais qu'ils ne sont pas arrivés à se réunir [10]. Cette théorie évite cet événement peu probable de capture aléatoire, mais n'explique pas pourquoi ils ont des compositions si différentes. Si les deux naissent ensemble et dans la même région de l'espace, ils devraient avoir des compositions similaires.
La quatrième théorie qui s'impose aujourd'hui est une combinaison des précédentes, c'est-à-dire un protoplanétaire (Theia) de taille similaire à Mars a subi un violent choc avec le protolor il y a 4,5 milliards d'années [11]. Ce terrible choc a laissé beaucoup de déchets autour de la Terre qui pendant des millions d'années se sont condensés jusqu'à former la Lune. Cela peut expliquer pourquoi la masse de la Lune est si grande par rapport à la Terre, pourquoi elle a une orbite si inclinée par rapport à l'équateur et moins inclinée par rapport à l'écliptique, pourquoi elle a une composition si différente et pourquoi elle a un âge similaire à celui de la Terre. Cependant, les conditions d'un tel choc doivent être très concrètes et spéciales (masses, vitesses et angles des deux planètes), et si elles ne sont pas exactement remplies dans les moindres détails, les conséquences de la collision sont très différentes: les deux corps peuvent rester collés, coller une partie et l'autre peut s'échapper ou attirer, mais peut s'échapper sans heurts.
Dans les calculs, il n'est pas difficile d'établir des conditions préalables au choc pour obtenir les effets souhaités. Ainsi, les modèles mathématiques peuvent simuler et reproduire presque tous les événements. Mais quelles sont les chances que toutes ces conditions se produisent à la fois?
La vérité est qu'il y a encore beaucoup de mystères autour de la Lune.
Références:
[1] Barandiaran, M. e Irazabalbeitia, I.
"Petit pas pour un homme...", Elhuyar Zientzia eta Teknika, 01/11/1989. http://www.zientzia.net/elhuyar.asp
[2] Susaeta, T.
"Marea gora, marea behera", Elhuyar Zientzia eta Teknika, 01/02/1999. http://www.zientzia.net/elhuyar.asp
[3] "Tidal locking", Wikipedia, the free encyclopedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_locking
[4] Ocean Tides and the Earth's Rotation, IERS Special Bureau for Tides http://bowie.gsfc.nasa.gov/gfc/tides/intro.html
[5] Trefil, J.S.
Un scientifique au bord de la mer , Editorial Planeta, 1989. Chapitre 5, "L'autre face de la lune", pp. 66-80.
[6] Measuring the Moon's Distance, Apollo Laser Ranging Experiments Yield Results, LPI Bulletin, 72. nº Août 1994 http://sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/SEhelp/Apollo Laser.html
[7] Gladman, B. et al.,
"Synchronous Locking of Tidally Evolving Satellites", Icarus 122: 166, (1996), pp. 166-192.
[8] Binder, S.A.
"On the origin of the moon by rotational fission", The Moon, Vol. 11, septembre-octobre 1974, pp. 53-76.
[9] USA Mitler
"Formation of an iron-poor moon by partial capture, or: Yet another exotic theory of lunar origin", Icarus, vol. 24, février 1975, pp. 256-268.
[10] Stevenson, D.J.
"Origin of the moon - The collision hypothesis", Annual review of earth and planetary sciences, vol. 15 (A88-18742 06-91), 1987, pp. 271-315.
[11] Canup, R.; Asphaug, E.,
"Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation",
Nature 412 (2001): 708-712.
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