21 décembre 2010 : éclipse du solstice, un phénomène rare et, plus fréquent mais très instructif, le solstice d’hiver vu par le satellite Météosat.

Il est extrêmement rare qu’une éclipse totale de Lune coïncide avec un solstice d’hiver. C’était le cas mardi 21 décembre 2010. La dernière coïncidence entre éclipse totale, pleine Lune et solstice d’hiver date de 1 638.

J’étais trop jeune en 1638. Cette année, l’épaisse couverture nuageuse dans les Pyrénées ne m’a pas davantage permis de voir l’éclipse. L’éclipse était visible au coucher de Lune en France là où la météo le permettait. L’image ci-dessous a été publiée comme « image du jour » sur le site de la NASA.

Image de l’éclipse de Lune du 21 décembre 2010. Crédit image : NASA / Bill Ingalls

Au cours d’une éclipse de Lune, la Terre vient s'intercaler entre la Lune et le Soleil et l’ombre de la Terre masque progressivement la Lune. Ne parvient alors à la surface de la Lune que la lumière diffusée à travers l’atmosphère terrestre. Comme pour un coucher de soleil où la lumière solaire, très basse sur l’horizon, traverse une épaisseur d’atmosphère plus importante, les composantes bleues et vertes de la lumière sont absorbées. Seul le rouge orangé parvient jusqu’à la Lune. L'éclipse est plus ou moins sombre en fonction de la transparence de l'atmosphère.

Atmosphère… Atmosphère…

L'effet de la dispersion sur la coloration du soleil est plus marqué près de l'horizon qu'au zénith : la lumière a alors un plus long trajet à travers l'atmosphère et rencontre donc plus de particules. Au lever (et au coucher) le soleil, près de l'horizon, paraît plus rouge parce que la composante bleue de la lumière a été dispersée.

Je vous renvoie aux liens proposés à la fin de cet article (voir « en savoir plus ») pour avoir toutes les explications sur les éclipses et pour voir les images ou les vidéos qui ont été faites par les amateurs ou les professionnels.

Pour la même raison, à haute altitude, l'air se raréfie et la dispersion est moins forte. L’œil perçoit davantage la lumière directe (et moins la lumière indirecte, celle diffusée par l'atmosphère) : le ciel paraît plus sombre avec un bleu plus profond.

Pour les amateurs, une éclipse partielle de Soleil observable depuis la France sera visible le 4 janvier 2011 au lever du jour.

Pour ma part, je vous propose également quelques images du satellite européen Météosat acquises le 21 décembre entre 6h00 UTC et 18h00 UTC. Elles ont le mérite de donner un moyen très pédagogique de s’intéresser à l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre.

Le solstice d’hiver vu par le satellite européen Météosat

Trois images acquises par le satellite européen Météosat le 21 décembre 2010.
De gauche à droite : image acquise à 6h00 UTC, 12h00 UTC et 18h00 UTC. Credit image : Eumetsat

La plan de rotation de la Terre autour du Soleil est appelé plan de l'écliptique. Comme les autres planètes, la Terre tourne également autour de son axe de rotation, ce qui entraîne l’alternance des jours et des nuits.

L’axe de rotation de la Terre n’est pas perpendiculaire au plan de l’écliptique : il est d’environ 66°30’. On mentionne plus souvent l’angle complémentaire, proche de 23°, entre le plan de l’écliptique et le plan de l’équateur.

Le satellite Météosat est un satellite géostationnaire : il est en orbite à la verticale de l’équateur et, en tournant à la même vitesse relative et dans le même sens que la rotation de la Terre autour de son axe, il paraît fixe.

Les trois images ci-dessus, du lever au coucher du soleil, permettent de « voir » l’inclinaison de l’axe du rotation de la Terre par rapport au plan de l’écliptique.

Serez-vous capables de vérifier la mesure angulaire avec vos élèves ? Quel rapport avec Eratosthène ?

En savoir plus :

• Sur le site de la revue Ciel et espace, un article sur l’éclipse totale de Lune du 21 décembre 2010.
  
• Sur le site Maxisciences, un lien vers une vidéo de l’éclipse de Lune du 21 décembre 2010.
• Un article répondant à la question « Pourquoi le ciel est-il bleu ? »
• D'autres articles du blog Un autre regard sur la Terre avec un regard sur... la Lune : Mardi 24 août à 17h05 UTC : c'est presque l'apogée d'une petite pleine lune... mais toujours pas de nuit des deux lunes en 2010 ! et Un satellite artificiel observe notre satellite naturel : La lune vue par le satellite Ikonos
  
• Les activités astronomie de Planète Sciences.
  

Suggestions d'utilisations pédagogiques en classe :

• Sur une des images ci-dessus, mesurer l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre. Attention : tenir compte de la forme sphérique de la Terre.
• Travail sur la rotation de la Terre autout du soleil et les saisons.
• Travail sur les éclipses : partielle ou totale, de Lune ou de soleil...
• Travail sur la lumière et l'atmosphère : absoption, diffusion, etc.
• Plus proche des applications en télédétection, les fenêtres de transparence de l'atmosphère.