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La Lune
à l'âge de la photographie
Les premières photographies de la Lune datent de 1840. Même si cette nouvelle technique ne parvient pas à rivaliser avec l'observation directe pour ce qui concerne la finesse des détails qui peuvent être déceler, elle apporte une certaine objectivité, qui permettra son utilisation pour réaliser de nouvelles cartes de notre satellite. L'Atlas photographique de la Lune, réalisé par Loewy et Puiseux entre 1894 et 1910 constitue sans doute le couronnement de cette approche. Mais la photographie a aussi d'autres avantages très tôt reconnus. Ainsi va-t-on l'utiliser pour des études photométriques, ou encore pour explorer les plages du spectre électromagnétique situées au-delà du domaine visible. Aujourd'hui, la photographie classique n'est plus guère utilisée par les astronomes. Elle a cependant connue un dernier moment de gloire, lors du programme d'exploration de notre satellite dans les années 1960, à l'occasion duquel on a pu prendre des clichés de la Lune "sur place". 
Dates clés :
 
1840 : Premières photographies de la Lune.

1894 -1910 : Parution de l'Atlas photographique de la Lune de Loewy et Puiseux.

1959 : Premier cliché de la face opposée de la Lune par la sonde Luna-3.

Les premières photos...

C'est Arago qui, dès 1840, eut l'idée d'appliquer la photographie à l'étude du ciel et plus spécialement de la surface lunaire. La même année, J. W. Draper (père de Henry D.), à New York, réussit la première photo de la Lune. Celui-ci écrivait à l'époque que "il était généralement admis que la lumière de la Lune ne contenait aucun rayon actinique, et qu'elle était donc sans aucun effet sur les les composés d'argent utilisés en daguerrotypie". Il utilisa cependant un télescope de 5 pouces et prit plusieurs clichés qui furent présentés au Lycemum of Natural History de New York.

En 1850, Bond, qui utilisait à Cambridge (Massachusetts) un réflecteur de 15 pouces réussit une photo de notre satellite en entier, puis, lors de la Grande Exposition qui se tint à Londres en 1851 plusieurs autres images furent montrées. Entre 1850 et 1857, Secchi à Rome, Bertch et Arnaud en France, Dancer (dès février 1852), puis Phillips (1853), Harnup, Crookes (1855), De la Rue, Frye, Baxendell, Williamson et Huggins en Angleterre réussirent d'autres clichés. Aux dires de Crookes, les temps de pose utilisés pendant cette période pour photographier la Lune varient selon les instruments entre six secondes et six minutes.

On obtiendra par ailleurs en 1857 des clichés de Jupiter en 5 secondes et de Saturne en 1 minute. Et ces travaux seront l'occasion de jeter les toutes premières bases de la photométrie photographique, et d'en soupçonner les subtilités. Ainsi De la Rue expose-t-il, en 1858, les résultats de ses comparaisons auxquelles il s'est livré. Il lui est apparu que la Lune était (en termes photographiques) 2 à 3 fois plus brillantes que Jupiter, alors que si l'on s'en tenait à l'estimation mathématique de son éclairement, on pouvait constater qu'elle recevait 27 fois plus de lumière que Jupiter. On doit à Bond, à partir de 1860 et Zöllner, à partir 1865, la consolidation de ces premiers travaux de photométrie. 

H. Faye s'attacha dès 1872 à montrer par ailleurs l'importance de la photographie pour étudier la géologie de la Lune. Janssen, après lui fit remarquer en 1879 que la photographie est en astronomie un plus puissant moyen d'investigation que les lunettes. En effet, le spectre photographique a une étendue égale aux quatre tiers du spectre oculaire, les plaques photographiques sont impressionnées par les rayons ultraviolets, que l'oeil ne peut percevoir, et les actions lumineuses s'ajoutent sur les plaques photographiques, tandis que l'intensité de l'image formée dans l'oeil cesse de croire à partir d'un dixième de seconde. La photographie donne des images complètes des disques lumineux, tandis que le champ visible d'une lunette est d'autant plus restreint que celle-ci est plus puissante; par suite, la photographie a permis d'étudier la Lune dans son ensemble, ce qui était impossible avec les lunettes. De là, le rôle prioritaire que jouera la photographie à partir de cette époque pour l'étude de la Lune.
La première photographie que l'on peut donner de la Lune comme fournissant une très bonne définition avaient été celle de Rutherfurd, astronome à New York (1863) [a]. J. Nasmyth publiera également des clichés remarquables en 1874. Et il faut ensuite attendre jusqu'en 1880 pour avoir une bonne image nouvelle, obtenue par Common, à Ealing (Angleterre). Burnham a publié une excellente épreuve en 1888, grâce au puissant instrument de l'observatoire Lick, et aux bonnes conditions climatiques dans lesquelles se trouve le mont Hamilton. Prinz, de Bruxelles, obtient une image très satisfaisante en 1889. Les frères Henry, aussi savants astronomes qu'habiles opticiens, donnent, en 1890, une image photographique très belle. En 1891, Holden et Campbell dirigent de nouveau le grand équatorial de l'observatoire Lick sur notre satellite, et en publient d'excellentes images. Les frères Henry, puis les astronomes du mont Hamilton, en 1893, fournissent de nouvelles épreuves.

L'observatoire de Paris a commencé en 1894, la publication d'un Atlas photographique de la Lune. M. Loewy, qui deviendra directeur de cet établissement à partir du 1er décembre 1896, exécute activement cet Atlas en se servant de son grand équatorial coudé; il a été secondé par P. Puiseux

L'équatorial coudé consiste en une lunette astronomique brisée il angle droit, ayant un miroir plan dans cet angle; ce miroir et un autre miroir, placé à côté de l'objectif, sont disposés de telle sorte que les rayons lumineux se réfléchissent dans la direction de l'axe du Monde; il a une grande stabilité : il évite l'emploi des coupoles, dont la construction et l'entretien sont si coûteux, et aux observateurs la fatigue et la perte de temps. L'idée de cet instrument remontait à 1871 quand Loewy l'avait présentée à Delaunay, qui l'avait approuvée, mais ce fut seulement en 1882 que, grâce à une importante donation de Bischoffsheim, ce premier équatorial coudé, dont l'objectif était de 0,27m de diamètre, avait pu être installé à l'Observatoire de Paris. Le grand équatorial coudé, établi en 1891, de 18 m, de distance focale et de 0,60 m d'ouverture, permettra d'obtenir une image directe de la Lune plus grande que celles que l'on avait eues jusque là; elle se trouve dans l'Atlas de Loewy et Puiseux.
Cet atlas sera formé de planches tirées en héliogravure d'après des clichés de notre satellite, et d'un texte sur la constitution de l'écorce lunaire. L'Observatoire Lick, sur le mont Hamilton (Californie), inauguré en 1888, dirigé d'abord par Holden et depuis 1898 par Keeler, a aussi entrepris en 1896 un atlas analogue, mais moins grandiose, avec un équatorial de 0, 914 m d'ouverture. Les fonds nécessaires à l'établissement de cet Observatoire ont été légués par Lick et les frais de publication de cet Atlas sont faits par W.-W. Law.

Des photos examinées à la loupe
Les clichés photographiques permettent un examen "à froid" des astres. En les examinant minutieusement on peut y espérer déceler quantité de détails qui auraient pu échapper à l'observation directe (on n'ose dire "à chaud", quand on songe dans quelles conditions s'est longtemps pratiquée l'observation astronomique). Cette opportunité nouvelle offerte par la photographie n'est cependant pas dépourvue de pièges. Ainsi a-t-on assisté pendant quelque temps à un renouveau d'anciennes idées sur l'atmosphère lunaire et sur l'éventuelle présence d'eau à sa surface.

Loewy et P. Puiseux, après avoir examiné les agrandissements de leurs clichés de la Lune, se sont ainsi montrés, en 1887, plutôt favorables à l'existence d'une atmosphère très rare autour de cet astre, contrairement à l'opinion de Bessel qui avait calculé que cette atmosphère, ne pouvant atteindre qu'un millième de celle de la Terre, serait tout à fait inappréciable.(La question, en fait, ne sera définitivement tranchée qu'en 1956, grâce à l'observation d'une occultation par la Lune de la radiosource du Crabe.)

En outre, les astronomes ont acquis la conviction que la Lune a eu autrefois une atmosphère plus dense qu'à présent, en analysant les résultats des supposés phénomènes volcaniques dont ils pensaient observer les marques à sa surface. Enfin, si eux ont cru avoir prouvé qu'il n'existe actuellement en quantité appréciable sur Ia Lune ni eau, ni glace, et qu'on ne saurait imaginer quelles formes organisées, même les plus rudimentaires, pourraient y vivre, ils n'ont pas complètement éteint l'idée selon laquelle la Lune aurait pu avoir dans le passé air, vent, ni nuages, pluies, et eaux...

Quelque auteurs, ont noté par ailleurs que certains cratères à demi ensevelis sur les rives des mers semblent témoigner que des nivellements postérieurs à leur formation ont dû être causés, soit par des alluvions, soit par des sédiments, dans une certaine phase plus météorologique que géologique. Ne semblait-il pas, ici ou là, que l'on observe les ruines de cratères jadis inondées à leur pied, et que leur aire comme leurs alentours aient pu être ensevelis sous un déluge de boue ou sous un empiétement de sables poussés par le vent? Le sol lunaire offre un grand nombre d'exemples analogues (et à la fin du XXe siècle, comme au début du XXIe, on trouvera des arguments analogues, avancés, cette fois en faveur de l'hypothèse d'une présence ancienne d'eau liquide sur Mars...).


[a] Les premiers travaux photographiques (Lune et étoiles jusqu'à la 5e magnitude) de Rutherfurd datent en fait de 1858. Il Utilisait un réflecteur équatorial de 11,25 pouces d'ouverture et de 14 pieds de focale. Rutherfurd l'abandonnera après 1861 pour lui préférer un réfracteur de mêmes dimensions, et qui sera complètement opérationnel à partir de 1864.
 
Les plus petits détails

La Lune étant l'astre le plus rapproché de la Terre (pas assez cependant pour que nos meilleurs instruments nous la fassent voir à 1 m, comme avait voulu le laisser croire, en 1835, une mystification cherchant à impliquer John Herschel..., ou comme l'avait espéré Robert Hooke qui avait cru qu'on pourrait un jour construire des lunettes avec lesquelles on arriverait non seulement à connaître la constitution physique de la surface lunaire, mais à y distinguer des habitants, qui seraient de la taille de ceux de la Terre.), il est curieux de savoir quelles doivent être les plus petites dimensions des moindres détails que nous pouvons reconnaître sur le globe de notre satellite. 

Prinz, astronome à l'observatoire de Bruxelles, a longuement étudié cette question, et nous extrayons de l'article qu'il a publié dans Ciel et Terre, les passages qui suivent :

Le diamètre de la Lune à sa distance moyenne étant de 3 480 000 m, pour un angle de 31' 8" = 1868", il en résulte que 1" d'arc vaut 1 863 m. c'est cette valeur qui nous servira de base. Prinz a choisi les objets les plus favorablement situés et les plus petits de chaque épreuve, et il a mesuré leurs images sur verre ou sur papier au moyen d'un microscope muni d'un micromètre. Voici les résultats qu'il a obtenus : les photographies de Rutherfurd, très jolies à l'oeil donnent pour grandeur de 1" d'arc du disque lunaire 0,21m, et comme un détail appréciable du sol de notre satellite doit avoir 1" 6 environ, la dimension minima de ce détail est donc 3 000 m. environ. Avec les photographies de Common. la plus petite largeur d'un objet visible atteint 6 000 m. Les images de Prinz nous donnent des détails mesurant d'abord 7 900 m, puis 4 200 m. Les épreuves de Burnham font voir des longueurs de 3 600 m, 3 700 m, 6 000 m. Les photographies des frères Henry nous montrent de plus fins détails, correspondant; suivant les épreuves, à 3 200 m, 3 000 m, 2 250 m. Les images de Holden et Campbell signalent des objets de 2 800 m, 3 500 m, 3 000 m, 4 300 m, 2 900 m. Les nouvelles épreuves des frères Henry (1893) font voir des détails de 2 320 m. Celles de l'observatoire Lick semblent donner des longueurs de 630 m. et même 315 m. (Dans tous les cas, les astronomes s'accordent à reconnaître que l'oeil perçoit des détails que la photographie est impuissante à nous révéler).

Les photographies de Loewy et Puiseux, "bien supérieures" encore, selon Weinek, directeur de l'observatoire de Prague resteront une référence pendant une grande partie de XXe siècle.
 
- J. Herschel, héros d'un canular lunaire.

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Une photo des Apennins lunaires obtenue par Nasmyth en 1874.
 
"On se formera une idée exacte de la nature des terrains lunaires par l'admirable photographie [ci-dessus]. Ne dirait-on pas, à l'aspect de cette photographie, que l'on est transporté en ballon à quelques lieues seulement au-dessus du sol lunaire, et que de là nous eu saisissons dans tous ses détails le relief si étrange? Chaque cirque, chaque cratère, chaque crête de la chaîne de montagnes, chaque rocher, pour ainsi dire, est visible, non seulement par lui-même, mais encore par l'ombre qu'il projette à l'opposé de l'éclairement solaire. L'astre du jour, élevé depuis peu au-dessus de l'horizon [du haut], éclaire le relief du sol par ce côté, et les ombres se projettent [vers le bas] en s'allongeant sur le terrain, comme nous le voyons ici au soleil levant et au soleil couchant. La grande chaîne qui s'étend sur la région supérieure et [tout l'angle droit] de la photographie est la plus élevée et la plus accidentée des chaînes de montagnes lunaires : c'est la chaîne des Apennins qui ne mesure pas moins de 720 kilomètres de longueur, et dont les plus hauts sommets dépassent 6000 mètres de hauteur. Le terrain s'élève insensiblement, comme on le voit, et atteint de montagne en montagne ces hauteurs formidables qui surplombent à pie la plaine où l'on voit s'allonger leurs ombres. C'est assurément là une des scènes les plus grandioses et les plus sublimes de la nature lunaire... Combien de fois ne suis-je pas resté l'oeil attaché au télescope, pendant des heures entières, dans les soirées qui avoisinent le premier quartier, en contemplation et presque en extase devant cette merveille éblouissante, apparaissant précisément telle qu'on la voit ici photographiée, et attirant invinciblement l'oeil et la pensée sur ce grand spectacle, vu de trop loin encore!

Au nord des Apennins [gauche de l'image], le grand cratère béant qui domine est Archimède, dont le diamètre est de 83 kilomètres et la hauteur de 1900 mètres. A côté de lui on remarque deux autres cratères le premier, à l'ouest [en haut, à gauche], est Aristillus; le second, [à sa droite], est Autolycus.

Cette même photographie montre les rainures bizarres qui se sont ouvertes à travers certaines plaines lunaires. L'une commence au rempart sud d'Archimède et s'étend à près de 150 kilomètres, d'abord large d'un kilomètre et demi, puis s'amincissant; l'autre commence de l'autre côté du même cratère et descend en serpentant vers le nord. Ces fissures ont plusieurs kilomètres de profondeur, et en certains endroits des éboulements en ont obstrué le fond : leur chute est presque à pic. Deux autres rainures considérables filent le long des Apennins, au Soleil comme à l'ombre des montagnes, etc.

Supposons qu'un voyageur, arrivant du petit groupe de montagnes situé à l'ouest de ces deux cratères, pense traverser la plaine pour arriver entre eux et continuer son chemin par le nord d'Archimède pour se rendre vers le cratère Ératosthène qui borde l'est [angle en bas à droite] de notre photographie. Le voilà tout à coup arrêté par un abîme de 1300 mètres de large! Quel détour ne devra-t-il pas faire pour le contourner! Et quel autre détour ne devra-t-il pas subir encore lorsqu'en arrivant au nord d'Archimède, il trouvera à ses pieds un autre précipice, non moins formidable !" (C. Flammarion, Les Terres du Ciel, 1884).
 

... Et les dernières

Au XXe siècle, plusieurs atlas photographiques de la Lune ont été publiés, comme celui de Gerard Kuiper (1960). On se contentera de noter que les dernières grandes étapes de la photographie de la Lune (avant que ce moyen d'étude ne soit supplanté par les supports électronique) datent des années qui ont immédiatement précédé le programme d'exploration spatiale de la Lune, ainsi que des années qui correspond à ce programme lui-même, et auxquelles on doit des photographies in situ.

Elles sont représentées en premier lieu par l'atlas lunaire réalisé à l'aide des clichés obtenus à l'observatoire du Pic du Midi entre 1959 et 1963, (Kopal, Klepesta, Rackham), qui comprend 200 cartes au 1/ 1 000 000. Il convient ensuite de signaler la première photographie de la face opposée de la Lune obtenue en 1959 par la sonde soviétique Luna 3, puis la foule de clichés obtenus à l'occasion de la préparation du programme américain d'exploration humaine par les sondes Surveyor (87 674 clichés obtenus en partie depuis le sol lunaire entre 1966 et 1968), et, pendant la même période, par les sondes Lunar Orbiter.



En bibliothèque - G. Kuiper, Photographic Lunar Atlas, 1960. Zdenek Kopal, Joseph Klepesta, Thomas W. Rackham. A New Photographic Atlas of the Moon, New York, Academic Press, 1971. A. Viscardy, Atlas photographique de la Lune, Masson, 1997.

En librairie - Michael Light, Pleine Lune, La Martinière, 2002 (un choix des plus belles photos de la Lune prises lors du programme Apollo); Jean Lacroux, Christian Legrand, Découvrir la Lune, Bordas, 2000 (Un guide photographique de la Lune accessible aux débutants).


Le site d'alunissage d'Apollo 11. Photo (réduite) extraite
du Lunar Orbiter Photographic Atlas of the Moon.

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