Après le Soleil, la Lune est assurément l'astre qui impose le plus sa présence dans le ciel de la Terre. Notre satellite a aussi quelque chose "en plus" : la complexité de ses cycles (phases et retard quotidien de ses levers et couchers, notamment). Cela lui a donné une importance spéciale aussi bien dans les mythologies que dans la plus ancienne astronomie.

Comme cela a été le cas pour tous les astres, à partir du XVII^e siècle, l'utilisation des premières lunettes, puis l'avènement de la mécanique newtonienne, une nouvelle manière de considérer la Lune s'est faite jour. La complexité de son mouvement n'en est devenue que plus évidente, et son étude a relevé désormais des nouveaux outils procurés par la mécanique céleste. Mais surtout, sa surface a désormais pu être étudiée en détail. Les premières cartes de la Lune ont été dessinées et avec elle est née la sélénographie, qui se poursuivra à partir du milieu du XIX^e siècle grâce à photographie.

Chemin faisant, les astronomes ont guetté à la surface de notre satellite des variations, réelles ou supposées. Cette questions s'est trouvée intimement liée avec celle de l'éventualité d'une activité géologique présente sur la Lune. En particulier, la question s'est posée de savoir si les cratères et les mers lunaires étaient d'origine volcanique ou s'il fallait invoquer d'autre causes. Si les astronomes ont finalement opté pour l'hypothèse météoritique, il leur aura fallu attendre l'exploration de la Lune à partir des années 1960, pour pouvoir fonder cette conclusion sur une argumentation solide.

Dates clés :

c. 640 av. J.-C. : Thalès reconnaît dans les phases lunaires une conséquence de la réflexion de la lumière solaire.

1609 : Premières observations de la Lune par Galilée à l'aide d'une lunette.

1830-37 : Publication par Beer et Maedler de leur Carte de la Lune.

1833 : Pour calculer les inégalités de la Lune, Poisson donne un procédé qui est incomplet pour faire une théorie de notre satellite, mais qui a pu être appliqué avec avantage dans le cas des planètes.

1787 : Herschel croit observer une éruption volcanique sur notre satellite (cratère Aristarque).

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.

1969 - 72 : Douze humains foulent le sol lunaire dans le cadre du programme Apollo.
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Les phases de la Lune.
(D'après Hévélius).

La Lune a joué un grand rôle dans toutes les mythologies. Ses cycles, souvent mis en relation avec l'idée de fécondité, ont été partout suivis avec attention. A partir du VII^e siècle avant notre ère, les philosophes ioniens ont commencé à spéculer également sur la nature de cet astre. Est-ce un corps igné ou terreux? Une parfaite sphère cristalline ou bien une autre terre habitable? Ces questions seront discutées, sous diverses variantes, jusqu'à l'apparition des premières lunettes astronomiques, au XVII^e siècle. 
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Étapes de la sélénographie

Comme son étymologie l'indique, la sélénographie est à la Lune, ce que la géographie est à la Terre. Les principes sont les mêmes, mais les mesures, restées pendant très longtemps indirectes, ont rendu ce terme synonyme avant tout de cartographie lunaire. L'observation en 1609, par Galilée et ses contemporains de la surface de la Lune à l'aide des premières lunettes a mis en évidence la présence de montagnes associées aux régions claires de notre satellite. Mais la question qui s'est posée aussitôt a été de savoir si les régions sombres, à l'opposé, n'étaient pas des mers. On a vite renoncé à cette idée. La nomenclature actuelle de la Lune, dont les premiers jalons remontent aux cartes d'Hévélius et de Riccioli, porte cependant encore la trace de ces interrogations. A la suite de ces travaux fondateurs, il convient de signaler les efforts cartographiques de Cassini, Tobias Mayer, de Schroeter, de Lohrmann, et de Schmidt, et surtout de Beer et de Maedler dont la carte, achevée en 1837, représente le dernier grand achèvement de la sélénographie avant l'usage de la photographie. 
 

A 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".

Des variations observées sur la Lune?

Des observateurs tels que William Herschel, Schroeter, Gruithuisen, Littrow, ont cru distinguer sur notre satellite des traces de constructions «faites de mains d'hommes». Kepler lui-même, dans le Songe, explique que les cratères lunaires sont trop régulièrement formés pour que la nature en soit responsable. Un examen plus attentif a évidemment chaque fois prouvé ensuite que ces constructions (remparts, tranchées, canaux et routes supposés) n'étaient pas artificiels, mais de formation purement naturelle. Reste que ces minutieuses observations, si mal interprétées, ont aussi mis au jour la possibilité de changements à la surface de la Lune, également appelées phénomènes lunaires transitoires (PlT). Des lumières épisodiques, des cratères qui changent de forme. Cela témoignait-il de l'existence d'une activité géologique actuelle sur notre satellite? Pouvait-on invoquer l'existence d'un volcanisme ou celui de séismes ravageurs sur la Lune? Personne n'y croit plus aujourd'hui. Mais les astronomes du passé avaient leurs raisons de penser autrement.

L'origine des cratères et des mers

Jusqu'au milieu du XX^e siècle, les scientifiques ne reconnaissaient généralement pas que les cratères lunaires étaient le résultat d'impacts. Comme les cratères d'impact sont extrêmement rares sur Terre, les géologues ne s'attendaient pas à ce qu'ils soient la caractéristique principale de la géologie lunaire. Ils ont pensé que puisque les cratères que nous avons sur Terre sont volcaniques, les cratères lunaires doivent avoir une origine similaire.

C'est seulement dans les années 1890 que des géologues ont commencé à supposer que les cratères lunaires étaient le résultat d'impacts météoritiques. Ils ont souligné que les grands cratères lunaires - des cercles montagneux et circulaires avec des sols généralement en dessous du niveau des plaines environnantes - sont plus grands et ont des formes différentes des cratères volcaniques connus sur Terre. Les cratères volcaniques terrestres sont plus petits et plus profonds et se produisent presque toujours au sommet des montagnes volcaniques. La seule alternative pour expliquer les cratères de la Lune était l'effet d'un impact. Ce raisonnement a jeté les bases de la science moderne de la géologie lunaire.
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Cratères d'impacts sur la Lune. © Serge Jodra.

L'exploration spatiale

Longtemps destination de voyages imaginaires, la Lune a commencée à être envisagée sérieusement comme un objectif accessible par quelques ingénieurs des premières décennies du XX^e siècle engagés dans la mise au point des premiers moteurs de fusées (Robert Goddard, Robert Esnault-Pelterie, etc.). Mais il faudra attendre le lendemain de la seconde guerre mondiale, pour que la disponibilité de technologies développées à des fins militaires (principalement, les fusées V1 et V2 allemandes), ajoutée au contexte de la Guerre froide placent dès 1953 au rang de priorité les programmes d'accès à l'espace. Atteindre la Lune étant alors très vite perçu comme le signe d'une maîtrise technologique requise pour le lancement de missiles intercontinentaux, et le symbole le plus évident de la victoire de l'un ou de l'autre camp dans ce nouveau conflit, si fortement teinté de propagande.

Les premiers tirs de fusées en direction de la Lune datent de 1958, et dès l'année suivante, les premières sondes automatiques parvenaient effectivement jusqu'à notre satellite. Rapidement, ces coups d'essais ont appelé l'émergence de programmes de vols habités, tant du côté soviétique qu'Américain. C'est donc pour l'essentiel pour préparer l'arrivée du premier homme sur la Lune que sera programmée la frénésie de lancement qui ne cessent de se succéder au cours de la décennie qui suit. lancement. Finalement, trois ans seulement après le premier alunissage en douceur d'une sonde soviétique, le premier équipage américain du programme Apollo pose le pied en 1969 sur la Mer de la Tranquillité

Depuis, on serait tenté de dire que toute l'affaire tient en une seule phrase : on a marché sur la Lune et on en est revenu. Au total une soixantaine de voyages vers la Lune auront eu lieu. Près de 400 kilogrammes ont de roches lunaires auront été rapportées sur Terre pour y être étudiées. Seuls huit voyages (tous appartenant au programme Apollo) auront été habités, dont six alunissages, qui auront permis à douze humains de fouler le sol de notre satellite. Pourtant, alors même que la Guerre Froide qui a justifié tout cela n'apparaît plus que comme un spasme de notre histoire, les premiers programmes d'exploration de la Lune ont modifié en profondeur la vision que l'on peut avoir aujourd'hui du monde. Ils ont marqué un tournant non seulement dans l'histoire des connaissances, mais dans l'histoire humaine.
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La Lune est-elle le seul satellite naturel de la Terre? La question n'a pas été posée souvent tant la réponse semble s'imposer d'elle-même. Elle a cependant commencé à inquiéter les astronomes après la découverte des premiers astéroïdes au début du XIXe siècle. D'évidence, il existait dans le Système solaire une foule de corps de petites dimensions qui avaient jusque là échappé à l'observation. Il devenait légitime de se demander si de tels objets ne circulaient pas très près de la Terre, peut-être même autour d'elle. En 1877, la découverte de Phobos et de Deimos, les deux minuscules satellites de Mars montrera que la piste n'avait rien d'absurde. Mais les astronomes n'ont pas attendu cette découverte pour y aller de leurs hypothèses. Les étoiles filantes, les météorites, ces objets célestes dont l'orbite semble côtoyer celle de la Terre, au point de la coupe parfois, ne seraient-ils pas les indices les plus visibles d'une population de petits objets orbitant autour de la Terre? Comme la Lune et ces cycles, ces météores célestes semblent nous rendre visite à des époques périodiques et s'approchent de nous beaucoup plus que la Lune ne s'approche de la Terre. Dans les années 1840, quelques astronomes, au nombre desquels il faut citer Hervé Faye, pensaient bel et bien qu'un certain nombre d'étoiles filantes, celles qui apparaissent çà et là dans toutes les nuits de l'année, sont autant de satellites de la Terre, enlevés pour ainsi dire par notre globe, aux essaims plus pressés qui circulent en troupes autour du Soleil. Mais cette hypothèse pouvait-elle être basée sur des observations positives, en dehors de la simple vraisemblance? En 1846, Frédéric Petit, un astronome de l'Observatoire de Toulouse crut que oui. Il avait calculé l'orbite d'un bolide sur lequel il avait pu recueillir un nombre suffisant de données et en avait déduit que ce devait être effectivement un satellite de la Terre, que son orbite elliptique devait entraîner périodiquement dans les hautes couches de l'atmosphère, où les frottements avec l'air devaient le rendre visible.  Ce singulier satellite de la Terre, ce compagnon de notre Lune, devait, selon lui, accomplir autour de nous sa révolution en un temps qui ne dépassait pas 3 heures 20 minutes, et sa distance au centre de notre globe devait être en moyenne de 14 500 kilomètres. Il résulte de là que cette distance comptée à partir de la surface terrestre ne dépassait pas 8140 kilomètres, c'est-à-dire serait environ quarante-six fois un tiers moindre que la distance de la Lune. Quant à son orbite, elle devait comprendre un développement de plus de 91 000 kilomètres, et la vitesse moyenne du petit astre le long de cette courbe devait être  7600 mètres par seconde. Tout cela semblait si convaincant que plusieurs auteurs ont pris ces affirmations pour définitives. Amédée Guillemin écrira en 1874 : Ainsi donc, la Lune ne serait pas seule à accompagner la Terre dans son voyage à travers les régions éthérées; et nous aurions, tout près de nous, en tout cas beaucoup plus près que le globe lunaire, de petites lunes en miniature que leurs faces brillantes manifesteraient à nos yeux toutes les fois qu'elles ne seraient pas éclipsées dans le cône d'ombre terrestre, c'est-à-dire assez rarement, à moins que leurs orbites ne soient fortement inclinées sur l'orbite de la Terre. Et l'on sait que Jules Verne, dans son roman Autour de la Lune avait repris dès 1870, pratiquement mot pour mot (c'est-à-dire aussi en en reproduisant certains chiffres erronés), les conclusions de Petit. L'idée que la Terre ait un second satellite n'a généralement pas été acceptée au XXe siècle. La mécanique céleste donne des raisons solides de douter des possibilité de capture d'astéroïdes par la Terre, ou plus exactement assure que les éventuelles orbites dans lesquelles de tels objets se placeraient auraient toutes les chances d'être instables. A moins que l'on ait affaire à ces curiosités de la mécanique céleste que sont Cruithne, ce curieux accompagnateur de la Terre, découvert en 1997, et qui n'est pas un satellite de notre planète, tout en ayant son orbite comme "attachée" à celle de notre planète, ou encore les étonnant AA29, découvert en 2002, et YN107, découvert en 2003-4,  dont les orbites s'enroulent autour de celle de la Terre. Ces objets peuvent effectivement devenir des quasi-satellites de la Terre - c'est d'ailleurs le cas de YN107 entre 1996 et 2006 -. Mais leur cas est assez special.  Un malheureux astéroïde, venu d'on se sait où, et qui parviendrait sous le seul effet de la chance à se placer en orbite véritablement autour de la Terre n'y resterait bien longtemps. Au moins cette possibilité de satellisations éphémères donne-t-elle de temps à autre l'occasion  de lire qu'on a découvert un nouveau satellite autour de notre planète, puis de lire un peu plus tard le démenti de la nouvelle...