Comment fonctionne les éclipses : comment les astronomes calculent le jour, l’heure et la trajectoire de l'ombre
La prédiction des éclipses permet de déterminer avec une grande précision le moment où le Soleil, la Lune et la Terre seront alignés, ainsi que les régions depuis lesquelles le phénomène pourra être observé.
Les éclipses ne se produisent pas par hasard. Leur apparition dépend d’une combinaison précise de mouvements célestes que les astronomes peuvent étudier à l’aide de modèles mathématiques. La Lune tourne autour de la Terre en 27,3 jours, mais son orbite est inclinée d’environ 5 degrés par rapport au plan de l’écliptique. C’est pourquoi chaque nouvelle lune ou pleine lune ne provoque pas automatiquement une éclipse. L’alignement nécessaire ne peut se produire que lorsque la Lune passe par certains points précis de son orbite.
Cela explique aussi pourquoi les scientifiques peuvent prévoir à la fois le moment d’une éclipse et les régions de la Terre depuis lesquelles elle sera visible. Pour cela, ils prennent en compte les orbites, les distances entre les astres, les tailles apparentes du Soleil et de la Lune, ainsi que le déplacement de l’ombre de la Lune. Dans le cas des éclipses totales, il est également possible de calculer la trajectoire précise à la surface de la Terre depuis laquelle le Soleil sera entièrement occulté.
Prédiction des éclipses : l’inclinaison de l’orbite lunaire détermine quand elles peuvent se produire
Une éclipse solaire se produit lorsque la Lune passe entre notre planète et le Soleil, masquant une partie ou la totalité de sa lumière. Les régions situées dans l’ombre centrale, appelée ombre ou umbra, peuvent observer une éclipse totale, tandis que celles situées dans la pénombre ne voient qu’une partie du disque solaire occultée. La position exacte de chaque observateur par rapport à l’ombre détermine donc le type d’éclipse qu’il pourra voir.
Lors d’une éclipse lunaire, l’alignement est différent : la Terre se place entre le Soleil et la Lune et projette son ombre sur cette dernière. La Lune ne disparaît pas complètement, mais peut prendre une teinte rougeâtre. L’atmosphère terrestre dévie et filtre une partie de la lumière solaire, en diffusant notamment davantage la lumière bleue et en laissant parvenir une plus grande proportion de lumière rouge jusqu’à la surface lunaire.
L’inclinaison d’environ 5 degrés de l’orbite de la Lune par rapport à l’écliptique explique pourquoi ces phénomènes ne se produisent pas tous les mois. Deux fois par an, les conditions deviennent favorables lorsque la trajectoire de la Lune croise le plan de l’orbite terrestre en des points appelés nœuds lunaires. Autour de ces points s’ouvre une fenêtre d’environ 35 jours durant laquelle une ou même plusieurs éclipses peuvent se produire.
Prédiction des éclipses : les nœuds lunaires sont séparés de 173,3 jours
Cette période est appelée « saison des éclipses » et dure suffisamment longtemps pour qu’une éclipse solaire et une éclipse lunaire puissent généralement se produire. Comme ces 35 jours sont légèrement plus longs que les 27,3 jours nécessaires à la Lune pour effectuer une orbite complète autour de la Terre, une troisième éclipse peut parfois survenir au cours de la même saison.
Le calendrier des éclipses suit également un rythme lié à l’orbite de la Lune. L’intervalle entre deux passages associés aux nœuds lunaires est d’environ 173,3 jours, tandis que ce que l’on appelle « l’année des éclipses » dure 346,6 jours. Cette durée est plus courte que les 365,25 jours de l’année solaire. De plus, l’orbite de la Lune subit une lente rotation appelée précession, ce qui fait que les saisons des éclipses se produisent chaque année deux à trois semaines plus tôt.
Ces chiffres permettent même d’effectuer une estimation simple sans réaliser l’ensemble des calculs astronomiques. Une méthode approximative consiste à compter 173 jours à partir d’une éclipse pour repérer la prochaine période liée aux nœuds lunaires. Toutefois, savoir quand une éclipse se produira ne garantit pas qu’elle sera visible depuis un lieu donné : sa visibilité dépend également de la position géographique et des conditions météorologiques.
Comment les astronomes calculent la trajectoire et l’heure exacte
La mécanique céleste constitue la base de ces calculs. Les astronomes utilisent des modèles décrivant le mouvement de la Terre autour du Soleil et celui de la Lune autour de la Terre, en tenant compte à la fois de l’inclinaison de l’orbite lunaire et de la forme elliptique des deux trajectoires orbitales. À partir de ces données, ils peuvent déterminer le moment précis où l’alignement nécessaire à la formation de l’ombre se produira.
Un autre outil utilisé pour relier des éclipses séparées dans le temps est le cycle de Saros, qui dure environ 18 ans, 11 jours et 8 heures. Après cet intervalle, le Soleil, la Terre et la Lune retrouvent des positions relatives très similaires. Les astronomes babyloniens utilisaient déjà ce cycle il y a plusieurs milliers d’années pour anticiper les éclipses.
Les calculs actuels permettent d’aller beaucoup plus loin. Pour déterminer la trajectoire de totalité d’une éclipse solaire, les astronomes doivent tenir compte de la rotation de la Terre, de la distance entre la Lune et la Terre, ainsi que de la vitesse à laquelle l’ombre se déplace à la surface du globe. Les données provenant des satellites, des observatoires spatiaux, des programmes informatiques et des modèles mathématiques permettent de déterminer l’horaire d’une éclipse à quelques secondes près et d’identifier les régions de la Terre qui se trouveront dans l’ombre totale de la Lune.