En première approximation, on peut considérer que la Lune obéit aux lois de Kepler et qu'elle gravite autour de la Terre en décrivant, en 27 j 7 h 43 min environ, une orbite elliptique, inclinée de 5° 9' sur l'écliptique, dont le demi-grand axe vaut 384 400 km et l'excentricité 0,0549. Mais ces valeurs ne sont que des valeurs moyennes, compte tenu des nombreuses inégalités qui affectent l'orbite de la Lune.

A ces variations s'ajoutent un grand nombre d'inégalités dans le mouvement de la Lune dues aux influences du Soleil et aux configurations du système Soleil-Terre-Lune. Les plus importantes sont ce qu'on appelle l'évection et la variation. On observe aussi une très lente accélération séculaire du mouvement de la Lune, due principalement à un ralentissement de la rotation de la Terre autour de son axe sous l'effet des marées, qui produit une augmentation de la longueur du jour. De ce fait, la Lune s'éloigne de la Terre d'environ 2 m par siècle.

Comme tous les astres, la Lune tourne sur elle-même, mais cette rotation s'accomplit exactement dans le même temps que la révolution sidérale, ce qui vaut à la Lune de tourner toujours la même face vers la Terre. Ce synchronisme résulte de la forme non sphérique du globe lunaire : l'hémisphère lunaire qui fait face à la terre est légèrement aplati, et l'hémisphère opposé légèrement surélevé par rapport au rayon moyen (1738 km), l'écart n'étant toutefois que de 4 km environ. Le grand axe s'est orienté jadis dans la direction de la Terre suivant un processus de stabilisation bien connu et utilisé pour la mise en place de certains satellites artificiels (stabilisation par "gradient de gravité"), et c'est autour de l'axe le plus court que s'effectue la rotation.

Observée à l'œil nu, la surface de la Lune apparaît parsemée de taches sombres. Celles-ci correspondent à de vastes plaines, légèrement déprimées, plus ou moins ondulées et bordées de montagnes. Appelées mers par les premiers observateurs, qui avaient cru y voir des étendues d'eau liquide, elles conservent de nos jours cette dénomination. Certaines possèdent une forme circulaire ou ovale bien délimitée (mer des Crises, mer de la Sérénité, etc.) ; d'autres, au contraire, présentent un contour irrégulier (Océan des tempêtes, mer des Pluies, etc.) et se ramifient en golfes, caps, lacs ou marias. On en dénombre 22 sur l'ensemble de la Lune, mais la face arrière n'en compte qu'une minorité -la principale étant la mer de Moscou, révélée pour la première fois en 1959 par les clichés de Luna 3 -, de sorte que la plupart sont visibles de la Terre, certaines en partie seulement (mer Australe, mer Marginale, mer Orientale, mer de Smyth). Cette dissymétrie tient sans doute à la différence d'épaisseur de l'écorce entre les deux hémisphères lunaires.

On appelle continents les régions claires de la surface lunaire. Ce sont des zones extrêmement accidentées, saturées de cratères. Les formations montagneuses, parfois groupées en véritables chaînes, y sont nombreuses, particulièrement en bordure des mers. Certains sommets atteignent des altitudes élevées, le record étant détenu par les monts Leibniz, près du pôle Sud, qui culminent à 5200 m au-dessus des régions environnantes (on ne dispose pas sur la Lune, pour la mesure des altitudes et des profondeurs, d'un niveau général de référence comparable au niveau moyen des mers utilisé sur la Terre). Les montagnes lunaires s'apparentent aux massifs terrestres anciens : dépourvues de pics et d'aiguilles, elles présentent toujours des sommets arrondis et des formes douces.

Les formations les plus caractéristiques du relief lunaire sont des dépressions circulaires ou polygonales, creusées par des impacts de météorites : les cratères ou cirques (ce dernier terme désignant plus particulièrement les cratères les plus vastes, bordés de remparts montagneux). Les plus grands dépassent 200 km de diamètre, mais les plus petits discernables de la Terre n'excèdent pas 1 km, et l'exploration spatiale en a révélé une multitude dont les dimensions s'expriment en mètres, voire en centimètres. L'astronome Julius Schmidt, au XIX^è siècle, en dénombra plus de 30 000, mais l'on estime aujourd'hui que la seule face visible de la Lune en renferme dix fois plus dont le diamètre dépasse 1 km.

Outre des cratères, on observe à la surface des "mers" lunaires des crevasses, appelées aussi rainures, des vallées, des falaises et des pitons rocheux isolés.

Le sol de la Lune apparaît jonché de pierres plus ou moins enfoncées dans une couche de poussière, épaisse, selon les endroits, de quelques millimètres à une quinzaine de centimètres. Il est, par ailleurs, criblé de microcratères creusés par l'impact de micrométéorites. Sa couleur varie suivant l'angle d'éclairement, passant du gris cendré, lorsqu'il est éclairé à contre jour, au brun chocolat, lorsqu'il reçoit perpendiculairement les rayons du Soleil.

Sous le tapis de poussière s'étend une couche de roches brisées, le régolite (ou régolithe), dont l'épaisseur varie entre 2 et 20 m suivant les régions et dont la compacité, très faible en surface, augment e avec la profondeur.

Les six missions Apollo qui comportèrent un atterrissage sur la Lune ont permis de récolter 2196 échantillons de roches lunaires, représentant une masse totale de 382 kg. Il faut y ajouter quelques échantillons prélevés par carottage et rapportés sur la Terre par des engins automatiques soviétiques Luna.

Comme sur la terre, l'oxygène est l'élément le plus abondant des roches lunaires (38 %, sous forme d'oxydes). L'ordre d'abondance décroissant des éléments est en gros le même sur les deux astres, mais avec des écartes significatifs. Comparée à la croûte terrestre, celle de la Lune apparaît plus pauvre en éléments volatils, comme le carbone et l'oxygène, en sidérophiles (sauf le fer lui-même), comme le cobalt et l'argent, et aussi en potassium, sodium, silicium, rubidium, scandium et europium. Elle est, en revanche, plus riche en calcium, titane, magnésium, fer et terres rares.

Les matériaux les plus abondants sont des silicates, comme sur la Terre.

Alors que les roches terrestres se caractérisent par leur extrême diversité, celle de la surface lunaire ne se répartissent pratiquement qu'en deux types : les anorthoses, très abondantes dans les régions montagneuses, et les basaltes, qui emplissent les "mers". Lors d'impacts de météorites, certaines ont été cassées ; leur débris, projetés dans l'espace, puis retombés pêle-mêle au sol, se retrouvent sous forme de brèches, agglomérats plus ou moins friables de petits fragments rocheux cimentés par des matrices vitreuses, dont la composition est voisine de celle de la poussière.

Grâce au réseau de sismomètres mis en place lors des missions Apollo, on a pu procéder à une étude approfondie de la sismicité de la Lune. D'une façon générale, l'astre apparaît tectoniquement très calme. Les secousses (quelques 3000 par an) qui l'affectent ont une intensité très faible : aucune n'a dépassé la magnitude 3 sur l'échelle de Richter.

L'une des caractéristiques les plus remarquables des séismes lunaires est la profondeur à laquelle ils surviennent. La majorité des foyers se situe à une profondeur allant de 700 à 100 km.

L'existence d'un noyau ferreux au centre de la lune reste controversée. Toutefois, les données gravifiques transmises par le satellite Lunar Prospector renforcent cette hypothèse : le diamètre de ce noyau serait compris entre 600 km (s'il est formé principalement de fer) et 1000 km (s'il est formé surtout de sulfure de fer).

La quasi absence d'atmosphère entraîne une amplitude thermique considérable, pouvant atteindre 100°C en un point donné de la surface entre le jour et la nuit contre quelques dizaines de degrés seulement sur la Terre. On a relevé + 117 °C au maximum le jour et -173°C au minimum la nuit.

La lune s'est formée en même temps que la Terre et les autres astres du système solaire, il y a quelques 4,6 milliards d'années. Peu après, elle se liquéfia au moins sur 200 km de profondeur, et ses divers matériaux constitutifs se répartirent du centre vers la surface par ordre de densités décroissante A peine solidifiée, la croûte se trouva bombardée de façon intense par d'énormes météorites, abondantes à l'époque dans l'espace interplanétaire, qui y creusèrent de grands bassins et provoquèrent une fusion des roches. Cette ère cataclysmique s'acheva il y a 3,9 milliards d'années.

La Lune connut ensuite, pendant 800 millions d'années, une grande activité interne. Celle-ci provoqua une seconde fusion en profondeur et la formation de laves basaltiques, qui remontèrent et s'épanchèrent à la surface, remplissant les fonds des mers tels qu'on l'observe aujourd'hui.

Depuis quelques 3 milliards d'années, l'activité interne s'est assoupie, les impacts de météorites à la surface sont devenus plus rares, et la Lune s'est lentement refroidie, devenant rigide jusqu'à une profondeur d'au moins 1000 km. Tout au plus, le bombardement météoritique, en se poursuivant jusqu'à nos jours, a-t-il entraîné à la surface la formation de quelques grands cirques (Copernic, Aristarque, Tycho...) - dont la jeunesse est attestée par les longues traînées radiales de matériaux éjectés qui les entourent encore -, de nombreux cratères de moindre dimension, de la couche superficielle de roches brisées (régolithe) ainsi que du tapis de poussière qui la recouvre.

On admet aujourd'hui que la Lune s'est formée à la suite d'une collision tangentielle survenue entre la Terre et un autre corps du Système solaire, d'une masse au moins égale à celle de Mars, à la fin de l'époque de la formations des planètes, alors que la Terre présentait déjà une structure différenciée, avec un noyau ferreux entouré d'un manteau rocheux. Sous l'effet de la collision, des lambeaux du manteau terrestre auraient été projetés dans l'espace ; mais ils auraient perdu la plupart de leurs éléments volatils en raison du dégagement de chaleur. Ces fragments de matière se seraient ensuit dispersés en anneau autour de la terre, avant de se condenser très rapidement pour donner naissance à la Lune.

Bien que la Lune soit aujourd'hui le corps du Système solaire le mieux connu après la Terre, elle recèle encore bien des secrets qui justifient la reprise de son exploration. Différents projets en ce sens existent aux États -Unis, en Europe et au Japon. La présomption de la présence de glace dans les régions polaires déduite des données recueillies par la sonde Clémentine et par le satellite Lunar Prospector stimule de nouvelles recherches. Par ailleurs, la Lune représenterait une base d'observation astronomique idéale : elle est dépourvue d'atmosphère et, de son sol, on a donc accès à la totalité du spectre électromagnétique. La pesanteur à la surface y est faible et la sismicité réduite. Sa face arrière offre l'avantage supplémentaire d'être protégée de tous les rayonnements parasites provenant de la Terre.

Dictionnaire de l'Astronomie et de l'Espace.
P. de la Cotardière et J.-P. Penot. Ed. Larousse

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