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Les éclipses solaires, phénomènes à grand spectacle

Document D.Hanon/T.Lombry

Introduction (I)

Pendant des millénaires l'homme a voué un culte au Soleil mais ce n'est que récemment dans la période historique qu'il a consigné ses observations. En 1948, des archéologues ont découvert une tablette d'argile dans la cité d'Ugarit, aujourd'hui en Syrie, décrivant une éclipse totale de Soleil. Selon Teije de Jong de l'Institut d'Astronomie de l'Université d'Amsterdam, il s'agirait de la description de l'éclipse du 5 mars 1222 avant notre ère (ou 5 mars 1223 du calendrier Julien). Cela fait donc plus de 3200 ans que les hommes observent et consignent les éclipses totales de Soleil.

Dans l'Antiquité, les mathématiciens et les astrologues (et oui !) ont mis en évidence la régularité des éclipses, solaires et lunaires. Tous les 18 ans et 11 jours en effet, le Soleil, la Terre et la Lune retrouvent une même position dans le plan de l'écliptique. Les Grecs ont nommé ce phénomène, le cycle du Saros. Il se divise en 223 lunaisons.

Les "savants" qui maîtrisaient les prévisions des éclipses jouissaient d'une grande ascendance sur le peuple; ils appartenaient à la cour des rois et des empereurs. Mais qu'ils viennent à commettre une erreur dans leurs prévisions, en Chine ils risquaient la peine de mort.

A gauche, quand le Soleil épouse la Lune. Dessin de J.Grandville, XIXe.s. A droite les éclipses furent longtemps associées aux malheurs qui s'abattaient sur le monde. Document UCAR.

Dans son ouvrage "L'astronomie et son histoire", Jean-René Roy[1] relate un signe du destin qui frappa les esprits : l'éclipse solaire totale de l'an 584 avant notre ère. Les Mèdes et les Lydiens s'affrontaient sur un champ de bataille quand la lumière du jour s'assombrit et disparu. Les deux armées furent si terrifiées et impressionnées par ce signe des dieux que les guerriers rompirent le combat ! Ainsi, si les éclipses solaires (et lunaires dans une moindre mesure) ont parfois été à l'origine de quelques décès ou à l'inverse à la clémence des chefs de guerre, elles ont toujours impressionné les hommes du fait que depuis l'aube des temps le Soleil a toujours été associé à la vie et au pouvoir.

Dans les pages suivantes nous allons décrire les lois qui président à la manifestation des éclipses solaires afin de mieux comprendre comment se manifestent ces phénomènes à grand spectacle, sous quelles conditions ils se produisent et durant combien de temps. Nous terminons ce tour d'horizon en décrivant les différentes manières de photographier ces phénomènes.

 Eclipse et Transit

Transit de Vénus devant le Soleil. Document http://www.vt-2004.org/

Il ne faut pas confondre une éclipse avec un transit. On parle d'éclipse lorsqu'un astre occulte partiellement ou totalement un autre, lorsque par exemple la Lune passe devant le Soleil ou dans l'ombre de la Terre. L'astre occulteur présente un diamètre apparent voisin de celui de l'astre occulté (la Lune et le Soleil présentent tout deux un diamètre voisin d'un demi-degré).

Pour les planètes inférieures (Mercure et Vénus) ou les satellites des planètes géantes (Jupiter principalement), on ne parle plus d'éclipse mais de transit en raison de la taille minuscule de la projection de leur disque devant leur hôte.

Mercure et Vénus n'éclipsent donc pas le Soleil mais passent en transit devant son disque, tout comme les satellites galiléens passent en transit devant le disque de Jupiter.

A consulter : Le transit de Mercure, Le transit de Vénus.

Les éclipses solaires

Dans l'Antiquité, au moment de l'éclipse totale, on organisait de grands charivaris pour éloigner le monstre qui s'approchait du Soleil. Les Incas sacrifiaient des jeunes gens en pleine vitalité pour préserver la puissance du dieu Soleil, Inti. A cette époque, tous reconnaissaient que le Soleil était la source de toute vie. Les éclipses solaires étaient dès lors considérées comme des évènements catastrophiques.

En ce 3e millénaire, nous avons heureusement évolué sur ce plan. Tous les observateurs qui ont eu la chance d'assister à une éclipse totale vous diront qu'ils n'ont jamais rien vu de pareil. Le spectacle est réellement fascinant et relève presque du prodige !

A gauche, la géométrie d'une éclipse solaire (les proportions ne sont pas respectées). A droite, l'ombre de l'éclipse totale de Soleil du 11 août 1999 photographiée depuis la station Mir. Ci-dessous, photomontage de l'éclipse totale du 21 juin 2001 en Zambie. Documents T.Lombry, Mir/CES et Fred Espenak.

Sur le plan physique, c'est en fait une coïncidence extraordinaire qui est à l'origine du phénomène des éclipses solaires. Le Soleil est environ 400 fois plus grand que la Lune et la distance qui sépare la Lune du Soleil vaut justement à peu près 400 fois la distance de la Terre à la Lune. C'est le rapport de ces deux mesures qui explique pourquoi, de nos jours, le diamètre apparent du disque de la Lune épouse exactement celui du Soleil qui vaut 30'.

Malheureusement nos lointains descendants n'assisteront plus à ce phénomène. En effet, la Lune s'éloigne progressivement de la Terre à raison de 3.5 cm par an. Dans 600 millions d'années la Lune sera 21000 km plus loin et son ombre ne touchera plus la Terre; dans ces conditions nos éventuels descendants ne pourront observer que des éclipses annulaires et partielles.

Configurations et terminologie

Lorsque la Lune s'interpose et s'aligne progressivement entre la Terre et le Soleil, nous pouvons assister à trois types de phénomènes :

- L'éclipse totale où nous discernons les grains de Baily, la couronne solaire et les protubérances émanant de son limbe,

- L'éclipse annulaire qui se produit lorsque la Lune, sur son orbite elliptique, est au plus loin de la Terre. Un fin liseré lumineux apparaît autour de la Lune dont le relief se découpe dans toute sa netteté.

- L’éclipse partielle, quelquefois partie intégrante d’une éclipse annulaire ou totale. L’éclipse totale devient partielle lorsque seule la pénombre de la Lune touche la Terre.

La grandeur ou magnitude d’une éclipse partielle est définie comme le pourcentage du diamètre du Soleil obscurcit au moment du maximum. Pour les éclipses totales et annulaires, la magnitude correspond au rapport entre les diamètres apparents de la Lune et du Soleil. Il est évident que la magnitude d’une éclipse totale sera au moins égale à l’unité.

A consulter : Les Canons des Eclipses Solaires depuis 5000 ans, F.Espenak/J.Meeus

Les phénomènes connexes à l'éclipse

A gauche, l'anneau de diamant qui apparaît aux 2e et 3e contacts. Au centre, les ombres du feuillage en forme de croissant qui apparaissent durant la phase partielle. A droite, l'éclipse annulaire du 10 mai 1994. Documents Fred Espenak (Mr Eclipse), Luis Ré et Sébastien Gauthier. Ci-dessous, photomontage en séquence de l'éclipse annulaire du 3 octobre 2005 photographiée par Pascal Chassang depuis Poble de Tous en Espagne. Photographies réalisées avec un APN Nikon D70 équipé d'un téléobjectif catadioptrique Tamron de 500 mm f/8. Expositions individuelles de 1/500e de seconde à 800 ISO sous filtre solaire objectif (modèle Celestron 8). C'est le genre d'éclipse à laquelle nos descendants assisteront dans quelque 600 millions d'années.

Mathématiquement, compte tenu des mouvements orbitaux du Soleil et de la Lune par rapport à la Terre, chaque année il y a entre 2 et 7 éclipses solaires, contre 3 éclipses de Lune. Compte tenu de l’inclinaison de l’orbite lunaire, égale à 5°08’, la Lune doit obligatoirement se situer en deçà de 1°34’13” dans l’axe Terre-Soleil pour qu’il n’y ait ne fut-ce qu’une éclipse partielle.

A ce propos, le soir près de l’équateur, l’échancrure entame le disque solaire par le bas, tandis qu’au nord du cercle polaire, lorsque l’éclipse a lieu pendant le jour solaire aux environs de minuit, l’ombre de la Lune peut se déplacer vers l’ouest sur la surface de la Terre. La largeur de la bande d’ombre sur le sol sera au maximum de 274 km et s’étendra sur près de 10000 km à travers continents et mers à la vitesse de 2850 km/h, une vitesse que seuls les avions supersoniques peuvent atteindre pour profiter du spectacle pendant une heure ou deux.

Etant donné l'alignement Terre-Soleil à l'époque des éclipses totales, il y a également une éclipse de Lune deux semaines avant ou deux semaines après une éclipse totale de Soleil.

Les effets de bord

A l'écart de la ligne de centralité, l'éclipse dure moins longtemps (ligne noire) mais les effets de bords (ligne bleue) tels que les grains de Baily persistent plus longtemps. Ces effets connexes sont les plus longs à 95% de la distance à la ligne de centralité. A cet endroit distant de quelques kilomètres du centre, l'éclipse dure un tiers du temps qu'elle dure le long de la ligne de centralité mais les effets connexes sont beaucoup plus spectaculaires. Document Tom Van Flandern.

La ligne médiane est appelée ligne de centralité. La clarté du jour diminuera déjà sensiblement (5%) 10 minutes après le début de la phase partielle. Environ une heure après le premier contact, un instant avant la totalité et durant celle-ci, la lumière solaire passera à travers les vallées et les échancrures dispersées sur le bord lunaire, formant une sorte de collier de perles orangées et brillantes assez spectaculaire dénommé les grains de Baily. Un instant plus tard, vous serez au milieu de la phase totale. Si vous êtes seul il règnera un grand silence... et dame Nature se présentera sous vos yeux auréolée de tout son éclat; c’est l’étonnant spectacle du "Soleil noir" pour utiliser l’expression consacrée. L'émotion que l'on éprouve à cet instant est un mélange d'allégresse et d'excitation. On éprouve un bonheur intense et une nervosité sans commune mesure.

Dans l'Antiquité, selon l'auteur Barry Hetherington, c'est l'historien byzantin Leo Diaconus qui vécut au Xe siècle qui aurait été le premier observateur à décrire la couronne solaire lors de l'éclipse totale du 22 décembre 968 à Constantinople (Istanbul). Voici comment il l'a décrit :  "On a pu voir le disque du Soleil, sombre et sans lumière, ainsi qu'une faible brillance ayant la forme d'un mince anneau encerclant le bord du disque".

C'est également au Moyen-Âge que remonterait l'observation à l'oeil nu des premières protubérances avec l'observation de l'éclipse totale du 1 mai 1185 décrite dans la "Chronique de Novgorod" : "Le soir s'est produit une éclipse du Soleil. Le temps s'est assombri et les étoiles sont apparues. Le Soleil a pris l'apparence de la Lune et de ses cornes sont ressorties quelques chose ressemblant à des braises ardentes".

Le Soleil noir

Ci-dessus, deux images très différentes de l'éclipse du 11 juillet 1991 photographiée au Mexique. A gauche, une image composite (cf. details) réalisée par Chuck Vaughn (AA6G) au moyen d'une lunette Astro-Physics Starfire de 178 mm f/9 portée à f/6 sur film Fuji Velvia 50. A droite, une image réalisée par Francisco Diego de l'UCL. Ci-dessous, deux images de l'éclipse du 11 août 1999. A gauche, une image prise depuis la Turquie par Haruki Kamiyama avec un téléobjectif de 125 mm f/3.8. A droite, une image composite prise depuis la France par Luc Viatour au moyen d'un télescope Vixen de 100 mm F/D10 équipé d'un boîtier Nikon FE2 muni d'un film Fuji Velvia 50.

Parmi les effets que l'on observe au sol, citons les ombres volantes et les ombres du feuillage en forme de croissant sur lesquels nous reviendrons un peu plus loin. Il existe également un troisième phénomène que l'on mentionne peu souvent car les gens ont plutôt la tête en l'air à ce moment là... Lorsque le Soleil ne forme plus qu'un fin croissant quelques minutes avant et après la totalité, les ombres projetées au sol par les objects (télescope, etc) changent d'apparence. En pleine lumière leurs contours sont relativement estompés en raison du diamètre apparent du Soleil. Mais lorsque celui-ci prend une forme similaire à celle de l'étroite fente d'un spectroscope, l'ombre qu'il porte sur les objets devient excessivement nette, comme si elle était coupée au couteau. Cela vaut la peine d'être photographié et comparé avec une image prise dans des conditions normales.

Deuxième partie

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[1] J.R.Roy, “L’astronomie et son histoire”, Masson, 1982, p59.


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