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Les Phénomènes Lunaires Transitoires

écrit en collaboration avec la Dr Winifred S. Cameron, NASA-GSFC

Analyse des sites LTP (II)

Ces phénomènes transitoires sont en fait des changements temporaires qui se produisent sur la surface de la Lune et qui ont déjà été observés en l'an 557 avant notre ère, précédant l'invention du télescope !

Parmi les 1353 cas analysés par W.Cameron, une corrélation a pu être établie avec certains phénomènes astronomiques. Statistiquement 201 sites furent reportés au moins une fois; 50 % des sites ont deux rapports ou plus; une douzaine de sites rassemblent 70 % de toutes les observations, tandis que Aristarchus à lui seul représente 30 % des enregistrements.

Ces phénomènes temporaires apparaissent donc en certains endroits bien localisés de la surface de la Lune et ne sont presque jamais des illusions d'optiques. Des observateurs aussi réputés que William Herschel, Wilhelm Struve et E.Bernard ainsi que les équipages d'Apollo XI, XIV, XVI et XVII en ont également observé. La NASA dispose également d'enregistrements polarimétriques, photométriques et spectroscopiques qui tentent à confirmer leur existence. Leur origine par contre fait encore l'objet de bien des polémiques.

Les observations LTP se manifestent par 5 phénomènes :

- Les phénomènes de brillances (Brightenings)

- Les assombrissements (Darkenings)

- Les dégagements de gaz (Gazeous)

- Les colorations rouges, roses, cuivre ou orange (Reddish)

- Les lueurs bleues-violettes (Bluish).

Quelques formations appartiennent à plusieurs catégories. Ainsi la montagne Piton dans Mare Imbrium fut enveloppée dans un "nuage de brume" le 23 septembre 1958. Mais ce type de rapport n'est pas unique. Le 11 et le 21 octobre 1981 M.B.Hobdell nota que la plaine de Platon (183°) brilla soudainement et fut enveloppée d'une brume qui se dissipa peu de temps après. Ce site LTP devient plus brillant au moment du coucher du Soleil sur ses remparts, au 23e jour. Les observateurs surveillent depuis lors de telles apparitions au lever du Soleil (colongitude 3-8° au 8e jour). Dawes est le plus instable, présentant 10.5 % d'anomalie par nuit, soit 2.6 % des mesures individuelles, alors qu'un site LTP présente en général des anomalies une fois toutes les dix nuits.

Origines des phénomènes LTP

Les missions Apollo ont établi que le volcanisme actuel de la Lune est inactif. Seuls quelques légers dégazages se sont produits depuis lors et occasionnellement quelques explosions plus fortes ont été mises en évidence par les détecteurs d'ions (1971) et les compteurs Geiger (1974).

Les rapports LTP révèlent une activité très récente. Ces dégazages sont peu importants mais ils pourraient soulever la poussière lunaire. Ils peuvent se produire à intervalles réguliers, sporadiquement ou épisodiquement.

Si ces gaz existent bien tels qu'on les observe, la question est de savoir qu'elle est l'activité qui peut ainsi les rendre suffisamment brillants pour qu'ils puissent être observés depuis la Terre ?

La seule activité notable à laquelle on pense immédiatement sont les tremblements de Lune imputables en partie à l’attraction terrestre sur l’écorce lunaire. 80 fois plus massive que la Lune, la Terre soulève en effet l’écorce lunaire, étirant l’hémisphère visible de 2 à 3 km par rapport au diamètre moyen. Le stress ainsi accumulé au fil des lunaisons devant se dissiper, à chaque Nouvelle et Pleine Lune et en respect avec les forces de marées, les sélénologues observent cette détente sous la forme d’ondes sismiques. Ces tremblements peuvent soulever la poussière lunaire. Ce réajustement est également à l’origine d’une synchronisation de la rotation de la Lune avec sa durée de révolution autour de la Terre, raison pour laquelle elle nous présente toujours le même visage à quelques balancements près. Mais quelles sont les autres hypothèses ?

A partir de 1965, Green, Chapman et de nombreux autres chercheurs s'attachèrent à déterminer les principales causes qui expliqueraient la variété des LTP. Onze hypothèses invoquent des influences extérieures, parmi lesquelles nous pouvons retenir :

1- Un effet des marées terrestres (Green, 1965) et solaires (Chapman, 1967) sur la Lune

2- Un phénomène de thermoluminescence suite aux variations brutales de température (Blizard, Sidran,1968)

3- L'effet des rayonnements ultraviolets issus du Soleil qui provoqueraient une fluorescence

4- Les turbulences produites par le front magnétique du champ magnétique terrestre (G.Cameron, 1964)

5- Des tremblements de la surface lunaire, de préférence aux époques de périgée ou d'apogée

6- Un effet piézo-électrique similaire à ce qui se produit sur terre lorsque des roches soumises à de fortes contraintes émettent un champ électrique qui ionise l'air en faisant apparaître des halos lumineux

D’autres hypothèses moins probables ont été envisagées bien que l'énergie mise en jeu semble trop faible ou le phénomène trop rare pour expliquer les LTP. Ces influences seraient :

7-

Le bombardement météoritique (le 13 mai 1972, Apollo XIV enregistra un impact équivalent à l'explosion de 1000 tonnes de TNT). Ces frappes sont cependant très isolées par comparaison avec l'étendue de la surface lunaire

8-

L'accélération des particules solaires par la magnétopause de la Terre (Speiser, 1965, 1967) et les effets de sa traînée magnétique (Pala, 1964), mais cet effet n'atteint que 30% de l'intensité d'un choc thermique

9-

Un bombardement corpusculaire issu des éruptions solaires (Kopal, 1966), mais il semble que les décharges électriques soient cependant trop faibles pour expliquer les LTP

10-

L'illumination du relief sous une lumière rasante (Greenacre, 1964) qui révélerait la présence de gaz et de poussières expulsés (rare)

11-

Une diffraction spectrale provoquée par des irrégularités de la surface lunaire qui produiraient des aberrations chromatiques. Mais si cet effet existait, les LTP devraient se produire en tout lieu du disque.

12-

Des aberrations chromatiques dues au scintillement de l'atmosphère terrestre, mais ce phénomène est en général bien maîtrisé par les observateurs.

Certains phénomènes LTP sont également provoqués par des effets atmosphériques terrestres, telle que la diffusion de la lumière solaire sur des nuages, lumière qui se réfléchit sur la surface sombre de la Lune d'où résulte un pseudo LTP qui ne fait que réfléter cette illumination. 

Une autre source de confusion avec des LTP est une aberration chromatique qui entoure les détails brillants d'un éclat bleu au nord et rouge au sud. Cet effet résulte d'une dispersion de la lumière près de l'observateur, peut-être provoqué par des couches d'inversion de température. 

Enfin, des points étoilés peuvent apparaître sur la surface lunaire et être assimilés à des LTP. Il pourrait s'agir d'effet de réflexion de la lumière solaire sur les rochers lunaires placés sous un angle particulier avec l'observateur.

Même en éliminant ces trois types de phénomènes non LTP, plus de 40% des observations demeurent inexpliquées.

Les données nécessaires à l'analyse de telles hypothèses sont interdépendantes. Nous retrouvons :

- La distance du LTP au terminateur (cas 2 et 10)

- Les jours écoulés depuis la Pleine Lune (cas 8)

- La phase Theta de la période anomalistique (cas 1)

Ainsi que différents autres paramètres :

- L'éventualité des éruptions solaires (CME, etc)

- L'arrivée de particules formant le vent solaire sur Terre et sur la Lune (indice Kp)

- La soudaineté du phénomène (SC)

- La progression d'une tempête magnétique (MS).

Méthode de surveillance des sites LTP

Lorsque les données sont rassemblées, les sites sont analysés de trois manières :

- Des histogrammes sont tracés en fonction du nombre d'observations et de la phase anomalistique Theta ou selon l'âge de la Lune

- Une mesure du pourcentage de phénomènes observés sur le pourcentage de phénomènes théorique et leur rapport

- Le relevé de l'albedo dans dix zones spécifiques pour déterminer le comportement du site au cours d'une lunaison.

Ainsi que le souligne avec insistance W.Cameron, bien que témoignant d'un grand intérêt, ce sujet ne rassemble en fin de compte qu'un très petit nombre d'observateurs et leurs derniers rapports date parfois d'il y a dix ans, sinon les plus récents sont vieux de près d'un an.

Aussi, dans le but de rappeler quelques observateurs assoupis et de former de nouvelles vocations, je rappelle dans la page suivante la procédure à suivre pour mesurer l'albedo.

A lire : Méthode de surveillance des sites LTP

Résultats des dépouillements

Les rapports analysés par la NASA sont divisés presque également en trois catégories.

Le premier groupe rassemble les observations faites par un seul observateur, Bartlett, qui publia en 1967 un rapport de 107 observations de phénomènes bleus qu'il appela "lueur violette", mais qui à l'analyse révélèrent des variations.

Ceci forme un ensemble de données relativement homogène et relatif à un même site, en l'occurrence Aristarche, pour un même observateur. Bartlett travaillait toujours avec le même équipement, dans les mêmes conditions d'observation qui peuvent donc être comparées avec l'ensemble hétéroclite des autres groupes d'observations. Ces derniers utilisent en effet des équipements divers, observent dans des conditions autres ou appliquent des techniques particulières de mesure, analogiques ou digitales.

L'exemple d'Aristarche est divisé en trois groupes :

- Bartlett (symbole B dans le catalogue LTP)

- Les autres observateurs (All others)

- et les deux combinés (C).

Par ailleurs 5.6 % des observations LTP coïncident entre les groupes.

Aristarchus. Document NASA/Clementine.

Il faut noter qu'il y a des pics d'observation aux moments des missions spatiales, comme ce fut le cas à l'époque des missions Apollo où des observateurs aux quatre coins du monde furent mobilisés pour observer la Lune. Cela influença bien sûr les pics des périodes anomalistiques (correspondance avec les marées) et les tableaux selon l'âge de la Lune. Ces rapport forment quelque 7 % du catalogue LTP.

Les sites LTP reportés qu'une seule fois sont bien sûr très douteux. Dans la distribution des sites LTP, des épicentres superficiels et des épicentres de profondeur, il est une coïncidence remarquable : c'est le manque de site LTP dans les montagnes, spécialement dans les régions accidentées du Sud-Est de la Lune. La distribution des sites LTP affiche une faveur évidente pour les bords des Terrae et Maria, et la plupart des sites sont associés à des étendues non accidentées et sombres.

On remarque rapidement que les phénomènes Darkenings et Gazeous ont une distribution similaire, ces deux phénomènes ayant des pics prononcés lors des apogées et très peu d'activité aux périgées. Il existerait donc, associé au phénomène Darkenings un milieu qui réduirait cette brillance. Or il n'est pas encore noté de corrélation entre ces deux phénomènes.

Il est aussi intéressant de noter que le phénomène Gazeous présente une chute d'activité à Theta = 0.6, comparativement au phénomène Reddish qui accuse son pic le plus important à Theta = 0.6, durant la seconde moitié de sa période.

Les phénomènes Bluish et Brightenings affichent un comportement similaire. Les Brightenings présentent plusieurs apparences : des flashes inférieurs à 0.25 s ou des apparitions lentes (1 à 5 s) déclinant graduellement.

Dans d'autres sites LTP, l'albedo ne varie pas mais le relief est simplement plus brillant qu'à l'accoutumée. D'autres encore ressemblent à des taches ponctuelles - ce dernier type fut observé par Mme Cameron en 1972 -. Des brillances ponctuelles ont également été observées mais pouvaient résulter d'effets atmosphériques (instrumentaux et géométriques) ignorés de l'observateur.

Enfin, pour un oeil plus sensible au rayonnement bleu, un LTP peut-être classé Bluish et paraître Brightenings à d'autres observateurs selon leur sensibilité rétinienne. Le pic central du phénomène Bluish est à Theta = 0.7 et 1.0, donnant une courbe à double pic, la valeur 0.7 correspondant au minimum dans l'hypothèse d'une influence des marées terrestres. Mais exception faite du phénomène Darkenings, tous les phénomènes ont un pic d'activité à Theta = 0.7. Seraient-ils donc sujets à des effets extérieurs ?

Sur l'ensemble des observations LTP nous observons :

- 28 % se produisent durant les deux jours qui entourent la Pleine Lune

- 22 % apparaissent endéans les 24 heures qui suivent le lever du Soleil

- 20 % des LTP sont perturbés par la magnétopause terrestre 

- 13 % se produisent au périgée.

Pour le travail pratique d'observation, on ne doit pas s'attendre à plus d'observations aux époques proches de la Pleine Lune qu'à d'autres moments. La raison est que la quantité de détails visibles chute fortement et rend l'observation peu intéressante pour la plupart des observateurs. D'où la surprise de voir un quart à un tiers de toutes les observations se faire en deux jours environ, ce qui influence la détermination de l'origine des phénomènes.

De manière générale, par ordre d'influence, nous pouvons classer les différents sites LTP comme suit :

- Aristarche : le lever du Soleil, la traînée géomagnétique, les éruptions solaires, le front géomagnétique, les marées, l'illumination rasante

- Pour tous les sites : le lever du Soleil, les éruptions solaires, la traînée géomagnétique, les marées, le front géomagnétique et l'illumination rasante.

En pourcentage du nombre d'observations enregistrées selon les différentes hypothèses, nous trouvons :

- Aristarche : la traînée géomagnétique, les marées, le lever du Soleil, les éruptions solaires et l'illumination rasante.

- Pour tous les sites : la traînée géomagnétique, le lever du Soleil, les marées, les éruptions solaires et l'illumination rasante.

W.Cameron précise que "des éventuelles anomalies sont exceptionnellement rares dans les sites non LTP servant de comparaison, telle que la plaine avoisinante ou les épicentres sismiques. Il faut en conclure que les sites LTP se produisent réellement en certains endroits de la Lune, où l'activité est temporairement anormale et n'est donc plus régie par l'idée d'antan, où ils pouvaient avoir lieu en tout point de sa surface".

Appel aux amateurs

 Si le sujet vous passionne, sachez que l'ALPO Lunar section a créé un groupe d'étude qui collecte toutes les anomalies LTP depuis 1972 coordonné par David O. Darling. Au total quelque 200 sites sont surveillés quotidiennement par une petite centaine d'observateurs, parmi lesquels se trouvent des astronomes professionnels, ceux-ci recoupant les rapports des amateurs.

Si cette activité vous tente, l'ALPO vous assignera 4 LTP, un détail non LTP de comparaison, un site d'épicentre sismique et un rapport d'observation. C'est la seule façon de couvrir les 200 sites suspects. Si vous maîtrisez bien la technique vous pouvez aussi demander plus de sites à surveiller.

Cartes sélénographiques type

et rapport d'observation de l'ALPO

Il est souhaitable que cette activité qui avait pris un si bel essor dans les années 1970 reprenne vitalité et rassemble aujourd'hui un nombre grandissant d'amateurs enthousiastes. La colonisation de la Lune est proche, c'est une raison supplémentaire pour s'y intéresser à nouveau.

La Lune n'est donc pas aussi froide et désolée qu'on le dit. Ces types de phénomènes prouvent qu'il reste de quoi meubler quelques soirées en observant la Lune, même si tout semble avoir été mis à nu par les multiples missions Apollo, Luna et autres Clementine.

Pour plus d'informations

NASA TR R-277 technical report (html)

Lunar Transient Phenomena Catalog Extension (PDF), W.Cameron, 2006, NASA

Lunar Transient Phenomena, NASA

Transient Lunar Phenomena Studies, Arlin P. Crotts

Transient Lunar Phenomena: Regularity and Reality (PDF), Arlin P. Crotts, 2007

Lunar Photo of the Day (LPOD)

Photographic Moon Book, Alan Chu (PDF)

ALPO Lunar section

Anomalies (IOTA)

Lunar (ARC/NASA)

NASA-GSFC

The Lunascan project.

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