Lumière cendrée

La lumière cendrée sur le disque de la Lune.
(Rendu 3D : Celestia).

Description du phénomène.
La partie brillante de la Lune, celle que le Soleil éclaire directement, varie de forme dans le cours d'une lunaison entière, depuis le mince croissant lumineux de la Lune nouvelle et de la dernière phase, jusqu'au cercle entie rque présente l'astre dans son plein.

Mais, outre cette lumière assez éclatante, et dont on vient de voir quelle est l'intensité comparée à celle du Soleil, le disque lumineux offre dans sa partie obscure, à certaines de ses phases, une lueur beaucoup plus faible, connue sous le nom de lumière cendrée. La lumière cendrée est aisée à observer à l'oeil nu. Tout le monde peut la voir quelques jours avant ou après la nouvelle Lune, alors que notre satellite apparaît sous la forme d'un croissant délié. Toute la partie de l'hémisphère tourné vers nous, que ne frappent point les rayons du Soleil, s'aperçoit néanmoins distinctement, de manière à terminer le cercle entier du disque. La lueur est faible et comme phosphorescente. 

La lumière cendrée de la Lune nouvelle apparaît dès que le croissant est visible et ne disparaît guère avant le premier quartier : de même, au décours de la Lune, elle devient visible un peu après le dernier quartier, pour ne disparaître qu'avec notre satellite lui-même. D'après Schroeter et Lalande, c'est vers le troisième jour qui suit ou qui précède la nouvelle Lune, qu'elle est la plus vive.

On remarque que le contour extérieur de la partie brillante du disque paraît sensiblement déborder le contour de la partie que la lumière cendrée rend visible. C'est là une illusion produite par le phénomène optique de l'irradiation qui donne aux objets une dimension apparente d'autant plus grande, qu'ils sont éclairés d'une lumière plus vive.

L'intensité de la lumière cendrée peut être assez forte pour qu'on distingue les plus grandes taches de la Lune, même à l'oeil nu. On peut également voir, dans d'excellentes conditions d'observations, certains cratères, tels que Grimaldi (sombre) et Aristarque (brillant). Mais si l'on a soin d'employer une lunette d'une certaine puissance, un bien plus grand nombre de détails deviennent perceptibles. Grâce aux lunettes, on peut voir aussi la lumière cendrée beaucoup plus longtemps qu'à la vue simple; Schroeter l'a observée trois heures après le premier quartier, mais, ainsi que le rapporte Arago, c'est en se servant d'un grossissement de 160 fois appliqué à un télescope de 2,3 m de focale.

D'où vient la lumière cendrée? 
Les Anciens, qui n'avaient pas de notions bien positives en astronomie physique, la regardaient comme produite par une sorte de phosphorescence de la surface ou du sol lunaire. Mais on va voir que l'explication en est trop simple pour que le moindre doute reste à ce sujet. Selon la plupart des astronomes, c'est Maestlin qui, en 1596, reconnut que la lumière cendrée est la lumière même de la Terre, réfléchie sur la Lune par les phases visibles de notre globe. Mais la même explication, ne l'oublions pas pour la gloire d'un grand peintre, avait été donnée, 100 ans avant Maestlin, par Léonard de Vinci.

De la Lune, en effet, la Terre se voit précisément sous les mêmes apparences que notre satellite vu de la Terre. Mais les phases terrestres sont inverses des phases lunaires. Ainsi la nouvelle Lune correspond à la pleine Terre, de sorte que l'hémisphère obscur de notre satellite reçoit, par réflexion, toute la lumière de l'hémisphère éclairé de la Terre. A la pleine Lune, au contraire, c'est l'hémisphère obscur de la Terre qui est en face de l'hémisphère lunaire éclairé, de sorte que la Terre est alors invisible. Entre ces deux époques enfin, la Lune voit des portions d'autant plus considérables de l'hémisphère lumineux de la Terre, que nous sommes plus voisins de la Lune nouvelle.

Comme d'ailleurs la surface apparente de notre globe vu de la Lune est environ treize fois plus considérable que le disque lunaire, il est aisé de comprendre que le clair de Terre donne aux nuits de la Lune une lumière bien supérieure à celle de nos clairs de Lune. L'intensité serait même treize fois plus forte, si la surface extérieure des deux astres était douée du même pouvoir réfléchissant.

Ainsi la lumière cendrée n'est pas autre chose que la lumière du Soleil, réfléchie une première fois de la Terre à la Lune, une seconde fois de la Lune à la Terre.

Les variations d'intensité de la lumière cendrée.
On a souvent dit que l'intensité du reflet lunaire est plus forte pendant la période du décours que dans les premiers jours de la Lune nouvelle. Galilée l'avait remarqué; depuis, de nombreux observateurs ont confirmé l'exactitude du fait. A quoi tient cette différence? Voici une première explication souvent adoptée :

Quand la Lune, à la fin de son cours, apparaît à l'Est, l'hémisphère éclairé de la Terre qui, tourné vers notre satellite, éclaire sa partie obscure et produit la lumière cendrée, contient une grande étendue de terres, l'Europe orientale, l'Afrique et surtout l'Asie; les mers y occupent une moindre étendue relative. Au contraire, lorsque c'est à l'Ouest que nous voyons paraître la Lune, alors nouvelle, l'hé misphère qui lui envoie sa lumière est en grande partie composée des océans Atlantique et Pacifique. Or on sait que les mers absorbent une quantité de lumière beaucoup plus forte que les terres, de sorte que le premier des deux hémisphères, vu de la Lune, doit être notablement plus lumineux que l'autre : il éclaire donc avec plus de force les régions obscures de notre satellite. La répartition très variable des masses nuageuses, très réfléchissantes, conduit cependant à  tempérer le phénomène, qui peut avoir aussi des causes locales, selon l'état de l'atmosphère du lieu d'observation, différent en début et en fin de nuit.

On a explique aussi, peu-être avec plus de vraisemblance, que cette différence pouvait provenir de la Lune même, dont l'hémisphère oriental renferme une plus grande étendue de taches sombres que l'hémisphère occidental, et par conséquent est doué d'un pouvoir réfléchissant plus considérable. Cette opinion n'est pas contradictoire avec la première et il est très possible que la différence d'intensité observée provienne de plusieurs de ces causes à la fois.

La couleur de la lumière cendrée.
La qualification de lumière cendrée indique pour cette lueur une couleur généralement grisâtre. Cependant divers observateurs lui ont assigné une teinte vert d'olive, qui n'était peut-être qu'accidentelle. Arago, l'un de ces derniers, penchait à croire que cette teinte est due à un effet de contraste produit par le voisinage du croissant lumineux, dont la couleur est d'un jaune orangé. Mais il se demandait néanmoins si le phénomène de coloration dont il s'agit ne pouvait être attribué à la teinte bleu-verdâtre réfléchie sur le disque lunaire par l'atmosphère terrestre. S'il en était ainsi, l'explication de Lambert, également rapportée par Arago, mériterait a fortiori d'être prise en considération. Voici les paroles qu'Humboldt cite aussi dans son Cosmos :

« Le 14 février 1774, je vis que cette lumière, bien loin d'être cendrée était couleur d'olive [...]. La Lune était verticalement au-dessus de la mer Atlantique, tandis que le Soleil dardait ses rayons à plomb sur les habitants de la partie australe du Pérou. Le Soleil répandait donc sa plus grande clarté sur l'Amérique méridionale, et si les nuées ne l'interceptaient nulle part, ce grand continent devait réfléchir vers la Lune une quantité assez abondante de rayons verdâtres, pour en donner la teinte à la partie de la Lune que le Soleil n'éclairait pas directement. Telle est la raison que je crois pouvoir alléguer de ce que je vis couleur d'olive la lumière de la Lune qu'on appelle communément cendrée. Ainsi la Terre, vue des planètes, pourra paraître d'une lumière verdâtre. »

La lumière cendrée sur le disque de la Rhéa, photographiée par
la sonde Huygens. La lumière provient ici de Saturne.
(Image : Nasa / JPL).