Pourquoi voit-on la Lune en plein jour ?
― La Lune passe presque autant de temps dans le ciel du jour que dans celui de la nuit
« La Lune, ça sort la nuit. » Beaucoup de gens le pensent. Mais sur un mois entier, le temps que la Lune passe dans le ciel diurne est presque le même que celui qu'elle passe dans le ciel nocturne. Si on la voit le jour, c'est la rencontre de deux choses : la Lune ne tourne pas dans le ciel à la même vitesse que le Soleil, et elle est assez lumineuse pour résister au bleu du ciel.
Sur le chemin du retour de l'école, en levant les yeux, on aperçoit dans le ciel bleu une demi-lune blanche et fine.
L'enfant qui marche à côté demande : « Pourquoi la Lune est là alors qu'il fait jour ? On ne voit pas les étoiles, pourtant. »
En effet, c'est curieux. La Lune, comme les étoiles, devrait appartenir au ciel nocturne. Pourquoi elle seule reste-t-elle visible en plein jour ?
Seulement deux raisons
La Lune ne se lève et ne se couche pas aux mêmes heures que le Soleil. Elle se lève environ 50 minutes plus tard chaque jour, si bien que certains jours, elle est déjà dans le ciel en pleine journée.
Le ciel du jour est illuminé par la lumière du Soleil. La plupart des étoiles y sont effacées, mais la Lune, lumineuse sur toute sa surface, reste nettement visible même sur fond de ciel bleu.
« Être dans le ciel » et « être repérable » : il faut ces deux conditions réunies pour voir la Lune en plein jour. Voyons-les dans l'ordre.
La Lune se lève chaque jour 50 minutes plus tard
Le Soleil se lève presque chaque jour à peu près à la même heure. La Lune, elle, fait le tour de la Terre en environ un mois. Sa position, vue depuis le Soleil, se décale donc chaque jour un peu plus vers l'est.
Ce décalage vers l'est retarde l'heure où la Lune se lève. Comme le décalage total d'un jour entier se produit sur un mois, cela représente environ 50 minutes de retard par jour. La durée pendant laquelle la Lune reste dans le ciel est, elle, d'environ 12 heures, à peu près comme le Soleil. Ce qui change, c'est l'heure à laquelle elle apparaît.
Regardez la figure 1. La bande du haut représente le jour, la bande du milieu le temps où la Lune est au-dessus de l'horizon. Vers le premier quartier, la Lune se lève à l'est en milieu de journée et reste dans le ciel bleu jusqu'au soir. En avançant le curseur de jours, on voit la bande de la Lune se décaler vers la droite.
Le chevauchement disparaît presque entièrement à deux moments seulement. D'abord vers la pleine lune : la Lune est alors exactement à l'opposé du Soleil, et se lève juste au moment où le Soleil se couche. Ensuite vers la nouvelle lune : la Lune est tout près du Soleil, trop fine et noyée dans l'éclat solaire. Les autres jours, la Lune se trouve quelque part dans le ciel bleu du matin ou du soir.
Dans la première moitié du cycle, de la nouvelle lune à la pleine lune, on la voit l'après-midi et le soir. Dans la seconde moitié, après la pleine lune, elle reste dans le ciel du matin, à l'ouest. Les jours où l'on aperçoit une Lune blanche en allant à l'école le matin, on est généralement juste après la pleine lune.
La lumière de la Lune s'ajoute à celle du ciel bleu
Être dans le ciel ne suffit pas pour être vu : les étoiles, elles aussi, sont bien présentes le jour, mais invisibles. Ce qui fait la différence, c'est l'écart de luminosité.
Le ciel du jour est lumineux parce que la lumière du Soleil est diffusée dans toutes les directions par l'air. Quand on regarde la Lune, on regarde donc à travers cette couche d'air lumineux. Ce qui arrive à nos yeux, c'est donc « la lumière du ciel + la lumière de la Lune ».
Regardez la figure 2. En direction de la Lune, le ciel devient nettement plus lumineux que le bleu environnant. L'œil humain peut distinguer un écart de quelques pourcents par rapport au fond, donc la Lune se repère sans difficulté. En revanche, même l'étoile la plus brillante, Sirius, n'apporte qu'environ 1/30 000 de la lumière de la pleine lune. Ajoutée à la lumière du ciel, la différence est trop faible pour être perçue.
Parce que la lumière du ciel bleu, placée devant, se superpose à elle. Les taches sombres de la Lune (la fameuse « forme du lapin »), bien visibles la nuit, sont noyées de jour par le bleu du ciel et paraissent délavées, presque bleutées. Cet aspect un peu transparent de la Lune du jour est justement le signe qu'on la voit à travers le ciel bleu.
On considère que Vénus peut, dans de bonnes conditions, être visible à l'œil nu même en plein jour. Mais comme ce n'est qu'un petit point, il faut savoir précisément où regarder pour la trouver. La Lune, elle, se remarque facilement de jour parce qu'elle est à la fois lumineuse et étendue.
En résumé
La Lune se lève chaque jour environ 50 minutes plus tard, si bien qu'en dehors de la pleine lune et de la nouvelle lune, elle se trouve quelque part dans le ciel bleu du matin ou du soir. Et sa lumière s'ajoute à celle du ciel, la rendant nettement plus brillante que son entourage. Être dans le ciel, et pouvoir s'y repérer : voilà pourquoi on voit la Lune même en plein jour.
La Lune n'appartient pas qu'à la nuit.
Sur un mois entier, elle passe presque autant de temps dans le ciel du jour que dans celui de la nuit.
Le mécanisme des phases de la Lune est détaillé dans « Pourquoi la forme de la Lune change-t-elle chaque jour ? », et la raison pour laquelle on ne voit pas les étoiles le jour est expliquée dans « Pourquoi ne voit-on pas les étoiles en plein jour ? ».
- Repérez sur un calendrier ou dans les prévisions météo le jour du « premier quartier », et regardez ce jour-là, vers 15 heures, le ciel du sud-est au sud. Vous devriez apercevoir une demi-lune.
- Le lendemain, regardez au même endroit et à la même heure. La Lune se sera décalée vers l'est et sera un peu plus pleine. C'est le retard quotidien d'environ 50 minutes rendu visible.
- Environ une semaine après la pleine lune, cherchez cette fois le ciel du matin à l'ouest. En allant à l'école ou au travail, il arrive qu'une Lune blanche y soit encore visible.
Ne regardez jamais le Soleil directement. Pour chercher la Lune, cachez le Soleil avec un bâtiment ou votre main avant de balayer le ciel du regard : c'est plus sûr.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les programmes scolairesDu collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeNiveau des sciences au collège
- LycéeNiveau des matières « sciences de la Terre » et « physique » au lycée
- Lycée+Niveau avancé du lycée, ou encadré de manuel
- UniversitéNon enseigné au lycée : matières universitaires spécialisées (astronomie, science de la vision)
- RechercheNon encore établi comme « acquis » même à l'université : sujet actuellement étudié par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Âge de la Lune : nombre de jours depuis la nouvelle lune. Vers le 7e jour : premier quartier ; vers le 15e jour : pleine lune ; vers le 22e jour : dernier quartier.
- Lunaison (mois synodique) : durée entre deux nouvelles lunes successives, environ 29,5 jours. C'est aussi la période que met la Lune, vue depuis le Soleil, pour faire un tour complet du ciel.
- Élongation : angle apparent entre le Soleil et la Lune dans le ciel. 0 degré à la nouvelle lune, 180 degrés à la pleine lune.
CollègeLycéeVérification par le calcul : combien de temps le premier quartier reste-t-il dans le ciel diurne ?
On estime à partir de l'âge de la Lune le temps qu'elle passe dans le ciel diurne. On prend comme repère, vers les équinoxes, une durée du jour et une durée de présence de la Lune au-dessus de l'horizon toutes deux égales à environ 12 heures.
| En symboles | θ = 360° × d ÷ P, T = 12 − θ ÷ 15 |
| En mots | Angle avec le Soleil = 360 degrés × âge de la Lune ÷ lunaison. Durée dans le ciel diurne = 12 heures − angle avec le Soleil ÷ angle parcouru par le ciel en 1 heure |
| D'où vient cette formule | La rotation de la Terre fait tourner le ciel de 15 degrés par heure. La Lune se décale chaque jour vers l'est par rapport au Soleil ; elle se lève donc en retard d'un temps égal à cet angle divisé par 15 degrés, ce qui réduit d'autant le chevauchement avec le jour (cas de la première moitié du cycle). |
| θ | Élongation Soleil-Lune (degrés) |
| d | Âge de la Lune (jours) |
| P | Lunaison, environ 29,5 jours |
| T | Durée de présence de la Lune dans le ciel diurne (heures) |
| Lunaison | environ 29,5 jours |
| Rotation du ciel due à la rotation terrestre | 15 degrés par heure |
| Durée au-dessus de l'horizon pour la Lune et le Soleil | environ 12 heures chacun (vers les équinoxes) |
| Âge de la Lune au premier quartier | environ 7 jours |
| Décalage quotidien vers l'est (degrés) | 360 ÷ 29,5 ≈ 12,2 |
| Angle avec le Soleil au 7e jour (degrés) | 12,2 × 7 ≈ 85,4 |
| Retard du lever par rapport au Soleil (heures) | 85,4 ÷ 15 ≈ 5,7 |
| Durée dans le ciel diurne (heures) | 12 − 5,7 = 6,3 |
| Minutes dans une journée | 24 × 60 = 1440 |
| Retard quotidien du lever de la Lune (minutes) | 1440 ÷ 29,5 ≈ 48,8 |
Si le Soleil se lève à 6h, le premier quartier se lève vers 11h40 et reste dans le ciel bleu environ 6 heures, jusqu'au coucher du Soleil. C'est le même résultat que la valeur initiale du curseur de la figure 1. Comme le lever de la Lune ne retarde en réalité que d'environ 49 minutes par jour, le chiffre rond de « 50 minutes » vient de cet arrondi.
LycéeLycée+Le retard du lever de la Lune varie selon la saison
LycéeLa trajectoire de la Lune (orbite lunaire) se trouve presque dans le même plan que celle du Soleil (écliptique). Comme le sens de révolution de la Lune autour de la Terre coïncide avec le sens de rotation de la Terre, la Lune se décale chaque jour vers l'est dans le ciel. Il faut alors que la Terre tourne un peu plus pour que la Lune se lève à nouveau.
Lycée+En réalité, ce retard moyen d'environ 49 minutes varie nettement selon la saison. Vers la pleine lune d'automne, la trajectoire lunaire forme un angle plus faible avec l'horizon, ce qui raccourcit le retard. Le nom japonais donné à la Lune du lendemain de la pleine lune, « izayoi », signifie littéralement « la Lune qui hésite », en référence à ce léger retard de son lever.
UniversitéLa frontière entre luminosité du ciel et visibilité
La lumière du ciel diurne provient de la diffusion de la lumière par les molécules de l'air (diffusion de Rayleigh). La visibilité de la Lune dépend du rapport de luminance entre la surface lunaire et le ciel en arrière-plan, c'est-à-dire du contraste de luminance. L'écart minimal de luminosité que l'œil humain peut distinguer est à peu près proportionnel à la luminosité de fond ; cette relation est appelée loi de Weber (ou loi de Weber-Fechner). Pour une étoile, réduite à un point, la comparaison se fait avec la lumière du ciel contenue dans toute la résolution de l'œil, ce qui rend la condition encore plus stricte.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Lunaison (Wikipédia, japonais) ／ Loi de Weber-Fechner (Wikipédia, japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore totalement élucidé
- Pourquoi la pleine lune est-elle bien plus de deux fois plus brillante qu'une demi-lune ? La pleine lune est nettement plus brillante que ce que sa surface éclairée laisserait prévoir (effet d'opposition). On débat encore de la part respective de l'ombre masquée des grains de poussière lunaire et des effets d'interférence lumineuse.
- Jusqu'où peut-on voir un point à l'œil nu en plein jour ? La limite de visibilité de Vénus de jour varie beaucoup selon la transparence du ciel et l'œil de l'observateur ; aucune frontière nette n'a été établie.
- Jusqu'à quelle finesse peut-on repérer un jeune croissant juste après la nouvelle lune ? La prédiction de la visibilité d'un croissant très proche du Soleil dépend fortement de l'état de l'atmosphère, et des vérifications à partir d'observations continuent d'être menées.
Autrement dit, le contenu de cet article reste lui aussi « une explication dans l'état actuel des connaissances ». La Lune du jour est une porte d'entrée accessible vers l'astronomie, qu'il suffit de lever les yeux pour vérifier soi-même.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Passage de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 3e année : « phases de la Lune », « mouvements des astres » | Âge de la Lune et heure de son lever, figure 1 |
| Lycée | Sciences de la Terre : « mouvement de la Lune » ; physique : « diffusion de la lumière » | Orbite lunaire, écliptique, lumière du ciel bleu |
| Lycée+ | Encadré de sciences de la Terre (variation saisonnière du lever de la Lune) | Izayoi, retard du lever en automne |
| Université | Astronomie, science de la vision | Contraste de luminance, loi de Weber |
| Recherche | Sciences planétaires, optique atmosphérique | Effet d'opposition, visibilité du jeune croissant |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Observation de la Lune de jour, consigne sur le Soleil à ne jamais regarder directement |
- Observatoire astronomique national du Japon, bureau du calendrier (heures de lever et de coucher de la Lune selon le lieu)
- Observatoire astronomique national du Japon (éd.), Rika Nenpyō (『理科年表』, Annuaire des sciences), Maruzen Publishing (mouvement de la Lune, luminosité des astres)
- Lunaison (Wikipédia, japonais)
- M. Minnaert, Light and Color in the Outdoors (luminosité du ciel diurne et visibilité de la Lune)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs données sont des repères approximatifs destinés à faciliter la compréhension du phénomène. L'heure de lever et de coucher de la Lune varie selon le lieu et la saison ; pour des horaires précis, consultez par exemple le bureau du calendrier de l'Observatoire astronomique national du Japon.