« Earth Rise », le lever de Terre, un point de vue depuis un vaisseau spatial en orbite
autour de la Lune. Crédit image : NASA

Classée par le magazine Life dans sa liste des « 100 photographies qui ont changé le monde » ou en couverture de Time comme une des « great Images of the 20^th Century », c’est très certainement la photographie la plus célèbre de la Terre : « la photographie environnementale la plus influente jamais prise » a également été reprise par Al Gore dans son film sur le changement climatique : « Une vérité qui dérange ».

Elle a également déjà illustré un article du blog Un autre regard sur la Terre.

La première photo de la Terre prise par l’homme depuis l’orbite d’un autre astre.
La seule ?

Réveillon de noël en orbite

Apollo 8 est la première mission lancée par la fusée Saturn 5. Elle a décollé le 21 décembre 1968 à 12h51 UTC depuis le complexe de lancement 39A du Centre Spatial Kennedy (KSC) en Floride.

Retour au bercail, sans problème, avec un amerrissage le 27 décembre 1968 à 15h51 UTC, au sud d’Hawaï (latidue 8°6′N et longitude 165°1′W), à portée d’hélicoptère du porte-avions USS Yorktown.

Entretemps, Apollo 8, seconde mission habitée du programme Apollo et première mission habitée vers la lune, s’est mise en orbite autour de la Lune le 24 décembre 1968, le jour du réveillon de Noël, à 9h59 UTC.

A bord, les premiers humains à voir la face cachée de la Lune...

Décollage de la fusée Saturn V AS-503 depuis
le complexe de lancement 39 (Pad A) du KSC.
Crédit image : NASA

Après deux premières orbites elliptiques (311 km x 112 km), l’équipage déclenche la procédure LOI-2 (Lunar Orbit Insertion) : un “burn” (propulsion) d’une durée de 11 secondes qui rend l’orbite pratiquement circulaire (113 km x 115 km).

Dans la soirée, les astronautes Frank Borman, Jim Lovell et William Anders survolent ainsi la Lune à une altitude d’environ 113 kilomètres et réalisent des prises de vue. Parmi celles-ci, une photographie en couleurs deviendra Earth Rise.

C’est probablement à l'occasion du vol d'Apollo 8 que les soviétiques, qui connaissent beaucoup de déboires avec leur fusée lunaire N1, comprennent que les américains vont gagner leur pari et être les premiers à poser un homme sur la Lune. Ce sera 7 mois plus tard avec « one small step for a man, one giant leap for mankind » et le premier pas de Neil Armstrong sur la Lune.

La fusée à Paulo

Pour les passionnés, Neil Armstrong était le suppléant de Frank Borman sur la mission Apollo 8. Les deux autres suppléants étaient Buzz Aldrin (qui participera aussi à la mission Apollo 11 et deviendra le deuxième homme à marcher sur la Lune) et Fred Haise (qui participera à deux missions qui portent de mauvais numéros, Apollo 13 et Apollo 19).

Pour la petite histoire, Michael Collins, le troisième homme d’Apollo 11, était initialement le titulaire du poste de pilote du module d’Apollo 8. Victime d’une hernie discale, il est remplacé par Jim Lovell en juillet 1968. Il sera le premier Capcom d’Apollo 8.

Pour être complet, Ken Mattingly, un autre Capcom d’Apollo 8, devait participer au vol d'Apollo 13 en compagnie de Jim Lovell et de Fred Haise. Il dû céder sa place à Jack Swigert parce qu’on craignait qu’il ait attrapé la rougeole…. En avril 1972, il sera le pilote du module de service d'Apollo 16.

De l’orbite terrestre à l’orbite lunaire : course contre la montre et course contre les soviétiques

A l’origine, le survol de la Lune aurait dû être précédé d’essais en orbite terrestre du module lunaire. Inquiets par des renseignements indiquant que l'URSS s'apprêtait à envoyer un équipage en orbite lunaire avant la fin de l’année 1968, alors que la fabrication du module lunaire (LM) prenait du retatd, le gouvernement américain et la NASA décidèrent d’inverser l’ordre des missions à venir : la mission circumlunaire devint l'objectif principal d’Apollo 8. Le test complet avec le LM en orbite terrestre attendrait et peu, tout comme les trois astronautes Jim McDivitt, Dave Scott et Rusty Schweickart, l'équipage d'Apollo 9.

A côté des essais des modules de commande et de service et du comportement de l’équipage d’Apollo autour de la Lune, les tests de communication à grande distance, la mission Apollo 8 avait également pour objectif de réaliser des images à haute résolution des aires d'alunissage Apollo prévues pour les missions suivantes ainsi que d'autres endroits à intérêt scientifique.

Il n’y avait donc pas de véritable module lunaire (LM) sur Apollo 8. La fusée Saturn était lestée pour compenser. Le vaisseau complet, module de service et module de commande, avait néanmoins une masse de près de 29 tonnes.

Un peu dans la Lune, un photographe amateur devient célèbre. Et tout cas, sa photo…

Si vous êtes photographe amateur depuis un bon moment, vous avez certainement été confronté au même problème que moi avec un appareil argentique : partir en ballade en montagne avec l’intention de faire une série de beaux paysages en noir et blanc et se trouver face à un somptueux lever de soleil avec des nuances de couleurs magnifiques. Problème : l’appareil est chargé avec du noir et blanc…

C’est exactement ce qui est arrivé à William Anders au début de la quatrième orbite du vaisseau Apollo 8 autour de la Lune.

A ce stade de la mission, il était chargé de réaliser une longue série de photographies stéréoscopiques de la surface de la Lune. L’appareil Hasselblad monté sur un des hublots avant était déclenché automatiquement toutes les vingt secondes. William Anders avait un autre appareil qu’il utilisait manuellement pour prendre des photographies de cibles d’opportunité (« targets of opportunity »).

Effectuer un demi-tour en orbite : normal avec la fusée Saturn…

Au même moment, Frank Borman doit faire effectuer au vaisseau Apollo 8 un demi-tour autour de son axe longitudinal, l’avant étant pointé vers la surface de la Lune. Cette manœuvre est bien visible sur la série de photographies suivante (images référence AS08-12-2136 à 2149) avec une orientation qui évolue de 122° à droite jusqu’à 105° à gauche.

Composition des images AS08-12-2136 à AS08-12-2149, prises au moment de la manœuvre de
rotation d’Apollo 8 autour de son axe de roulis. Au centre, légèrement à gauche, le cratère
Meitner avec le fond sombre et la périphérie éclairée. Crédit image : NASA

Pour la petite histoire, le lever de terre était probablement déjà visible au cours des trois orbites précédentes. Aucun des trois astronautes ne l’avait vu car les hublots n’étaient pas correctement orientés. C’est la manœuvre de rotation qui a permis à William Anders de le remarquer :

075:47:30 Borman or Anders (onboard): Oh, my God! Look at that picture over there! Here's the Earth coming up. Wow, is that pretty!

075:47:37 Anders or Borman (onboard): Hey, don't take that, it's not scheduled. (Chuckle.)

Un disque de couleurs dans un environnement en noir et blanc, cela donne effectivement envie de prendre une belle photo.

Le premier lever de terre photographié par William Anders avec l’Hasselblad 70 mm et la pellicule du chargeur E est donc… en noir et blanc :

Earth Rise en noir et blanc. La terre et l’horizon lunaire photographiés le 24 décembre 1968 par
l’équipage d’Apollo 8. Appareil Hasselblad 70 mm, vitesse 1/250 s, film Kodak SO-3400, ISO 40,
chargeur E. Référence image : as08-13-2329. Crédit image : NASA

Ce serait dommage d’en rester là : vite une pellicule couleur pour immortaliser la planète bleue depuis l’orbite lunaire. Voici la retranscription du journal de bord d’Apollo 8 retraçant comment 3 astronautes autour de la Lune cherchent frénétiquement une pellicule couleurs. C’est en anglais mais facile à comprendre, je vous laisse traduire…

075:47:39 Borman: [Laughter] You got a color film, Jim?

075:47:46 Anders: Hand me that roll of color quick, will you...

075:47:48 Lovell: Oh man, that's great!

075:47:50 Anders: ...Hurry. Quick.

075:47:54 Borman: Gee.

075:47:55 Lovell: It's down here?

075:47:56 Anders: Just grab me a color. That color exterior.

075:48:00 Lovell: [Garbled.]

075:48:01 Anders: Hurry up!

075:48:06 Borman: Got one?

075:48:08 Anders: Yeah, I'm looking for one.

075:48:10 Lovell: C 368.

075:48:11 Anders: Anything, quick.

075:48:13 Lovell: Here.

075:48:17 Anders: Well, I think we missed it.

075:48:31 Lovell: Hey, I got it right here!

075:48:33 Anders: Let - let me get it out this window. It's a lot clearer.

075:48:37 Lovell: Bill, I got it framed; it's very clear right here. You got it?

075:48:41 Anders: Yep.

075:48:42 Borman: Well, take several of them.

075:48:43 Lovell: Take several of them! Here, give it to me.

075:48:44 Anders: Wait a minute, let's get the right setting, here now; just calm down.

075:48:47 Borman: Calm down, Lovell.

075:48:49 Lovell: Well, I got it ri - Oh, that's a beautiful shot.

075:48:54 Lovell: 250 at f/11.

075:49:07 Anders: Okay.

Pour bien comprendre cet extrait du journal de bord : la série de chiffres est un time code qui indique le temps écoulé depuis le décollage de la fusée Saturn 5. Ici tout se passe à la fin de la 75^ème heure. Au total, la mission Apollo 8 a duré 147 heures, entre le décollage de la fusée Saturn 5 et le « Splashdown », à moins de 4500 mètres (5000 yards) du porte-avion Yorktown. Bravo pour les prévisions de trajectoire !

Lovell parle de C368 : il s’agit d’une pellicule couleur inversible Kodak SO-368 de type Ektachrome. C’est le chargeur B qui sera utilisé pour la photographie en couleurs du lever de Terre.

Enfin, si vous continuez à lire le journal de bord, vous allez beaucoup entendre parler d'un certain Roger : aucun astronaute à bord ne se prénomme ainsi. "Roger" signifie "R" pour "bien reçu"...

Et voici donc la fameuse photo AS08-14-2383, alias Earth Rise, le lever de Terre, la première photo prise par William Anders. La seconde photo, AS08-14-2384, est moins bonne :

Earth Rise en couleurs et en deux versions. La terre et l’horizon lunaire photographiés le 24 décembre
1968 à 15h40 UTC par l’équipage d’Apollo 8. Appareil Hasselblad 70 mm, objectif de 250 mm
de focale, vitesse 1/250 s, ouverture F/5 .6, film Kodak SO-368, ISO 64, chargeur B.
Référence images : as08-14-2383 et as08-14-2384. Crédit image : NASA

Un détail vous étonne ? Vous avez trouvé l’erreur ?

La première photographie de cet article n’est pas le lever de Terre original photographié par les astronautes de la mission Apollo 8 : il s’agit d’un "remake" produit par la NASA à l’occasion du quarante-cinquième anniversaire de la photo Earth Rise.

Remake 45 ans après : LRO célèbre les héros

Cela peut paraître anecdotique mais c’est un travail remarquable, similaire à une enquête de police scientifique, qui a été fait par les experts de la NASA : en utilisant des images récentes de la sonde LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), lancée en juin 2009, et en analysant tous les enregistrements de la mission Apollo 8, ils ont reconstitué exactement les conditions de prises de vue de la photographie Earth Rise.

Le résultat est très instructif et fait l’objet d’une vidéo que la NASA a publié au moment de noël.

La vidéo réalisée par le studio de visualisation scientifique du Goddard Space Flight Center :

elle permet de comprendre comment la photographie Earth Rise a été prise in extremis
par les astronautes d’Apollo 8. Crédit image : NASA

Ernie Wright, le chef de projet de l’équipe du studio de visualisation scientifique du Goddard Space Flight Center, explique qu’ils sont parvenus pour la première fois non seulement à reconstituer la position et l’orientation précise du module de commande d’Apollo 8 (permettant ainsi de savoir par quel hublot on pouvait voir la Terre) mais aussi à synchroniser les images avec les enregistrements audio de bord de l’époque d’Apollo 8.

Une preuve de cette enquête de détective très méticuleux : en écoutant avec attention les bandes son enregistrées à bord d’Apollo 8, Ernie Wright et son équipe ont repéré précisément le bruit du déclencheur des appareils photos.

Cette reconstitution permet également de confirmer que seul William Anders était en position de voir en premier le lever de Terre.

L’étoffe de LRO

La surface de la Lune est reconstruite à partir d’un modèle numérique de terrain sur lequel ont été « drapées » des images de la sonde LRO (l’étoffe d’LRO) :

Le modèle numérique de terrain provient de l’instrument LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter) de LRO.
Les images de la surface ont été acquises par la camera WAC (wide-angle camera) de l’instrument LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera). La résolution est d’environ 100 mètres.
Pour la Terre, la couverture nuageuse correspond bien à celle du 24 décembre 1968 : les données sont celles du satellite météorologique ESSA-7 (Environmental Science Services Administration), lancé le 16 août 1968 sur une orbite héliosynchrone à 1450 km d’altitude. La surface terrestre provient des données de l'instrument MODIS du satellite Terra (Blue Marble). On peut distinguer la côte ouest de l’Afrique, l’Antarctique et l’Amérique du sud.

Ont également été utilisés les caractéristiques de l’appareil Hasselblad et de son objectif, la plan du module de commande Apollo 8 et les dimensions des hublots.

Image de synthèse montrant le lever de terre tel qu’il a pu être vu à travers le hublot du module de commande d’Apollo 8. Crédit image: Ernie Wright / NASA Goddard Scientific Visualization Studio

Le père noël existe, les astronautes d’Apollo 8 l’ont rencontré...

Evidemment, quand les américains vont sur la Lune à noël, une référence à Dieu est incontournable.

Le 24 décembre 1968, pendant une des émissions télévisées retransmises vers la Terre, chacun des 3 astronautes a lu un passage de la Bible (livre de la Genèse). C’est également fidèlement retranscrit dans le journal de bord d’Apollo 8 :

086:06:40 Anders: We are now approaching lunar sunrise, and for all the people back on Earth, the crew of Apollo 8 has a message that we would like to send to you.

086:06:56 Anders: In the beginning, God created the Heaven and the Earth. And the Earth was without form and void, and darkness was upon the face of the deep. And the spirit of God moved upon the face of the waters, and God said, "Let there be light." And there was light. And God saw the light, that it was good, and God divided the light from the darkness. [Pause.]

086:07:24 Lovell: You got it, Frank.

086:07:25 Borman: No, it's your...

086:07:29 Lovell: And God called the light Day, and the darkness he called Night. And the evening and the morning were the first day. And God said, "Let there be a firmament in the midst of the waters. And let it divide the waters from the waters." And God made the firmament and divided the waters which were under the firmament from the waters which were above the firmament. And it was so. And God called the firmament Heaven. And the evening and the morning were the second day. [Pause.]

086:07:59 Borman: Can you hold this camera?

086:08:00 Anders: You want to pass it over here, Jim?

086:08:02 Borman: No, it's perfect right where it is.

086:08:03 Anders: Okay.

086:08:07 Borman: And God said, "Let the waters under the Heavens be gathered together into one place. And let the dry land appear." And it was so. And God called the dry land Earth. And the gathering together of the waters called he seas. And God saw that it was good. And from the crew of Apollo 8, we close with good night, good luck, a Merry Christmas and God bless all of you - all of you on the good Earth.

On sait que les premiers cosmonautes et astronautes qui ont participé à la conquête spatiale devaient avoir un bon moral pour s’asseoir au somment d’une fusée qui souvent volait presque pour la première fois ou au mieux avait réussi ses tests de qualifications.

Pourtant, quand on pense aux étapes critiques qui ont été franchies par l’équipage d’Apollo 8, le jour de noël, on se dit que le père noël doit exister.

Avec Apollo, le père noël ne passe pas par la cheminée : Il passe par la tuyère…

Au moins deux étapes du vol à proximité de la Lune ont définitivement convaincu l’équipage d’Apollo de l’existence du Père Noël… et de la qualité du travail des ingénieurs de la NASA.

D’abord, 69 heures, 8 minutes et 16 secondes après le lancement, le SPS (Service Propulsion System), le moteur principal du module de service, devait être allumé pour une impulsion d’une durée précise assurant l'injection en orbite lunaire: trop courte, Apollo 8 ratait la Lune et partait sur une orbite très elliptique. Trop longue, collision possible avec la Lune… Comme le dit Lovell : « Longest 4 minutes I ever spent ». J'espère que les astronautes portaient un first layer...
Ensuite, un peu plus de deux heures après la fin de la transmission télévisée de la lecture de la Genèse en orbite autour de la Lune, Apollo 8 devait faire une manœuvre d’injection vers une trajectoire de retour vers la Terre. C’était une des étapes les plus risquées du vol : l’allumage du système de propulsion se faisait derrière la Lune, sans communication avec la Terre. En cas de problème, l’équipage d’Apollo 8 serait resté définitivement bloqué en orbite lunaire avec quelques jours de réserve d’oxygène.

Le profil de mission d'Apollo 8 et une photographie de John Houbolt qui a été l'avocat de la méthode
de rendez-vous en orbite lunaire (LOR pour Lunar Orbit Rendez-vous), Initialement jugée risquée
par les responsables de la NASA, le principal avantage de cette méthode est de réduire énormément
la masse à satelliser : 45 tonnes au lieu 70 tonnes pour la trajectoire en vol direct. Finalement
retenu par la NASA, ce choix est certainement une des raisons de la réussite du programme Apollo.
Crédit image : NASA

Heureusement, là aussi, tout s’est bien passé… Voici un nouvel extrait du journal de bord. Les échanges entre les membres de l’équipage étaient enregistrés en permanence.

Public Affairs Officer - "At 88 hours, 51 minutes, we show Loss Of Signal with the spacecraft. Our next communications with Apollo 8 should come in about 37 minutes. We are now about 28 minutes prior to our Trans-Earth Injection maneuver."

Public Affairs Officer - "This is Apollo Control Houston at 89 hours, 19 minutes into the flight. We are now less than 30 seconds to the scheduled time of ignition for the maneuver to start Apollo 8 on its course back to Earth… That will be a 3-minute and 18-second burn nominally. It will increase the spacecraft velocity by about 3,522 feet per second or some 2,395 miles per hour. Following the maneuver, The spacecraft should have a velocity of about 8,800 feet per second - some 6,000 miles per hour. And here in Mission Control, it is relatively quiet, as it has been since we lost communications with the spacecraft as they went over the Moon's horizon. At this point, flight controllers here in Mission Control, as with the rest of the world, now they are waiting."

089:19:02 Lovell: MARK.

089:19:03 Anders: Ullage!

089:19:06 Anders: Proceed when you need to.

089:19:12 Lovell: Proceed.

089:19:13 Borman: I'm proceeding.

089:19:16 Anders: Two valves. Good shape - -

089:19:21 Borman: Two valves.

089:19:22 Anders: Four valves.

089:19:32 Lovell: Pressure's holding.

089:29:43 Anders: It's looking real good.

089:19:45 Borman: Pressure...

Public Affairs Officer - "This is Apollo Control Houston. We now show less than 30 seconds until reacquistion. We will stand by for the first words from the Apollo 8 crew as they come over the lunar horizon, and into acquisition."

Public Affairs Officer - "Our station at Honeysuckle reports that we do have a radio signal from the spacecraft. Having a bit of trouble locking up at this point, to the point where we can get voice communications from the crew."

089:31:30 Mattingly: Apollo 8, Houston. [No answer.]

089:31:58 Mattingly: Apollo 8, Houston. [No answer.]

089:32:50 Mattingly: Apollo 8, Houston. [No answer.]

089:33:38 Mattingly: Apollo 8, Houston.

089:34:16 Lovell: Houston, Apollo 8, over.

089:34:19 Mattingly: Hello, Apollo 8. Loud and clear.

089:34:25 Lovell: Roger. Please be informed there is a Santa Claus.

089:34:31 Mattingly: That's affirmative. You're the best ones to know.

Santa Claus, c’est le Père Noël !

Au final, la réussite de la mission Apollo 8 est une très bonne nouvelle à la fin d’une année 1968 très "chahutée" avec la fin du Printemps de Prague, l’assassinat de Martin Luther King et celui de Robert Kennedy (5 ans après celui de son frère JFK qui avait lancé le programme Apollo en 1961), l’offensive du Têt au Vietnam…

Un extrait de la série de photographies couleurs prise avec la pellicule qui a immortalisé le lever de
terre en couleurs. Copie d’écran du catalogue des images Apollo sur le site du Lunar and
Planetary Institute. Crédit image : NASA.

Quelques chiffres pour finir : en orbite autour de la Lune avec Kepler.

Quelle était la vitesse d’Apollo 8 quand il était en orbite circulaire autour de la Lune ? En combien de temps le vaisseau parcourait-il une orbite complète ?

Une bonne occasion d’appliquer les lois de Kepler, en particulier la troisième…

Elle dit que pour un astre donné, le rapport entre la puissance cube de l’altitude et le carré de la période orbitale est une constante. Ici, ce rapport est égal au produit de la constante de gravitation universelle multipliée par la masse de la Lune divisée par 4π².

Je vous laisse faire les calculs… Et le dessin suivant devrait rendre les choses plus claires, même avec la face cachée...

A 113 kilomètres d’altitude au-dessus de la surface de la Lune, le vaisseau Apollo 8 tourne ainsi à une vitesse d’environ 1630 mètres par seconde. Pour les anglo-saxons, cela fait 5340 pieds par seconde. Ce chiffre est cohérent avec les vitesses données par le Public Affairs Officer dans le commentaire concernant la manœuvre de retour vers la Terre (voir plus haut).

Apollo 8 boucle ainsi une orbite lunaire en 119 minutes soit pratiquement deux heures.

Sur Terre, cette période orbitale est celle d’un satellite en orbite à 1650 kilomètres d’altitude.

Vitesse et période orbitale du vaisseau Apollo 8 en orbite autour de la Lune. Rendez-vous avec le
père noël et la troisième loi de Kepler. Crédit image : Gédéon

En savoir plus :

Sur le site de la NASA, le journal de bord de la mission Apollo 8 pour la journée du 24 décembre 1968, le jour où a été prise la photo Earth Rise, avec, en particulier, un extrait de la bande son (dans cette version, le bruit de fond a été filtré) des discussions à bord au moment où la photographie a été prise.
Sur le site de la NASA, le rapport de la mission Apollo 8, en anglais.
Sur Youtube, une vidéo expliquant comment les images de la sonde LRO ont été utilisées pour reconstruire la célèbre photographie Earth Rise.
Sur Youtube, un petit tour de la Lune avec les images de la sonde LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter).
Sur le site de la NASA, les pages sur la mission LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) et la description des instruments.
Sur le site de la NASA, la retransmission TV à Noël et la lecture du livre de la Génèse.
Sur le site de la NASA, des explications plus complètes sur la reconstitution des conditions de prise de vue de la photographie Earth Rise à partir des données de LRO.
Sur le site du Lunar Planetary Institute, le catalogue des photographies de la mission Apollo 8.
Sur le blog Un autre regard sur la Terre :
- Un autre article sur la photographie Earth Rise.
- Un article sur Neil Armstrong et la mission Apollo 11.
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- Une pleine Lune en relief avec le satellite Pléiades
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