Pourquoi nous voyons toujours la même face de la Lune

La Lune tourne une fois sur elle-même en 27.3 jours, le temps qu'elle met à faire un tour autour de la Terre.

Elle tourne bien sur elle-même

On entend souvent que la Lune ne tourne pas sur elle-même, parce que les mêmes plaines sombres nous font face nuit après nuit. Elle tourne pourtant, mais lentement. La fiche de la NASA donne une période de rotation sidérale de 655.72 heures, soit 27.32 jours : exactement le temps de sa révolution autour de la Terre par rapport aux étoiles. Rotation et révolution restant synchronisées, la même face reste tournée vers nous. La NASA compare ce mouvement à celui d'un danseur qui tourne autour de son partenaire sans cesser de le regarder.

Tu peux le vérifier avec une chaise. Fais-en le tour en restant face à elle. À la fin, tu as aussi fait un tour sur toi-même et regardé successivement chaque mur de la pièce. Recommence en regardant toujours le même mur : la chaise voit ton visage, un côté, ton dos, puis l'autre côté. Ce second parcours correspond à une Lune sans rotation. Dans le modèle, désactive « Rotation lunaire » : le point rouge disparaît peu à peu, et les plaines sombres de la petite Lune du panneau passent sur la face cachée.

Comment la Lune s'est retrouvée verrouillée

Cette synchronisation s'appelle rotation synchrone ou verrouillage gravitationnel. Selon la NASA, elle est fréquente : tous les grands satellites du système solaire présentent la même face à leur planète. Pour notre Lune, le processus a commencé tôt. La jeune Lune était chaude, en partie fondue, bien plus proche de la Terre et tournait vite. La gravité terrestre l'étirait légèrement, comme un ballon de rugby, avec un renflement à peu près dirigé vers la Terre. En tournant, ce renflement devait se déplacer dans la roche, toujours avec un léger retard. La gravité le ramenait vers la Terre, et les déformations répétées transformaient l'énergie de rotation en chaleur.

La rotation a ralenti jusqu'à durer exactement autant qu'une révolution. Le renflement n'avait alors plus à se déplacer dans la roche : l'échauffement a cessé et la vitesse de rotation s'est stabilisée. Le même échange, cette fois entre la Lune et les océans terrestres, continue aujourd'hui. Il freine très légèrement la rotation terrestre et éloigne la Lune d'environ 3.8 cm par an. La NASA estime que dans environ 50 milliards d'années, si la Terre et la Lune survivaient à la mort du Soleil, la Terre se verrouillerait elle aussi : seule une moitié du monde verrait encore la Lune. Pluton et son satellite Charon ont déjà atteint cet état.

Un peu plus de la moitié

Au cours d'un mois, nous voyons en réalité environ 59 % de la surface lunaire, selon le studio de visualisation de la NASA. Ce supplément vient de la libration, un lent balancement aux trois causes principales. L'orbite étant elliptique, la Lune avance plus vite près du périgée et plus lentement près de l'apogée, tandis que sa rotation reste régulière. Celle-ci prend donc un peu de retard ou d'avance, révélant une portion du bord est ou ouest. L'axe de rotation de la Lune est incliné d'environ 6.7° par rapport à son orbite : nous regardons parfois un peu au-dessus du pôle Nord, parfois sous le pôle Sud. Enfin, l'inclinaison terrestre donne l'impression que la Lune penche alternativement d'un côté et de l'autre, comme un métronome.