Qu'est-ce qu'une éclipse solaire totale?

D'après les questions que nous avons reçues à eclipse2024.org, il n'est pas déplacé de donner une vue d'ensemble TRÈS élémentaire de ce qu'est une éclipse solaire totale! Il s’agit d’une explication importante que les chasseurs d’éclipse vétéran prennent souvent pour acquis, et ce, à un point tel qu’ils peuvent oublier que la plupart des gens n'ont jamais vu une éclipse solaire totale de leur vie et qu’ils aimeraient, sans l’ombre d’un doute, une description claire de ce qui peut bien pouvoir se passer dans le ciel!

Éclipses solaires en général

Les éclipses solaires sont des éclipses durant lesquelles la Lune passe entre la Terre et le Soleil dans l’espace. Sur Terre, ce que nous voyons est l’astre lunaire qui chevauche le Soleil. Lorsque cela se produit, la Lune bloque partiellement ou complètement la lumière en provenance du Soleil. Il s’agit d’un phénomène à la fois intéressant et inhabituel pour nous, Terriens. Voici une image classique généralement utilisée pour illustrer le phénomène :

Il est TRÈS important de se rappeler que cette image n'est PAS à l'échelle! La Terre n'est pas aussi grande que le Soleil! Toutefois, il s’agit de l’illustration la plus commune et la plus diffusée. Il s’agit aussi d’une bonne représentation dans la mesure où nous avons besoin d’une illustration de la mécanique de l’éclipse qui puisse tenir sur une page. Nous reviendrons sur ce sujet un peu plus tard! Pour l'instant, cette illustration sert bien notre propos. Alors, imaginons-nous, pour un instant, que c'est à cela que les choses ressemblent vraiment.

Phases partielles et sécurité oculaire

Le Soleil est très brillant et même lorsque la Lune passe devant lui, il y aura toujours une partie de celui-ci qui ne sera pas complètement recouvert par la Lune quelque part sur Terre. Contrairement à une éclipse lunaire, la face de la Terre ne verra JAMAIS le Soleil complètement recouvert! Dans l’illustration, vous pouvez voir que la majeure partie de la Terre ne se situe pas sur la trajectoire de l’éclipse et n’est pas dans l'ombre de la Lune. Par conséquent, les gens situés dans cette zone bleu clair ne verront aucune éclipse lorsque celle-ci traversera la surface terrestre.

Ensuite, vous pouvez observer un grand cercle gris qui occupe environ la moitié de la surface de la Terre. Les gens situés dans cette région verront la Lune recouvrir partiellement le Soleil. Cependant, ils ne pourront pas voir la phase de la totalité. Ce qu’ils verront sera une éclipse partielle.

PEU IMPORTE SI LE SOLEIL EST GRANDEMENT OU QUE PARTIELLEMENT RECOUVERT PAR LA LUNE, celui-ci est toujours aussi dangereux à regarder, soit tout aussi dangereux qu’à n’importe quel autre moment (sans éclipse)! Il est important de vous rappeler que vous ne pouvez pas regarder le Soleil directement sans protection oculaire spéciale CERTIFIÉE (habituellement des « lunettes d'éclipse ») lors d’une éclipse solaire. Le seul moment durant lequel vous pouvez regarder le Soleil directement est lors de la phase de totalité, soit lorsque TOUS les rayons du Soleil sont bloqués par la Lune. Pour que cela soit le cas, un ensemble de circonstances très spéciales doivent être alignées!

En fait, la surface terrestre totalement recouverte par l’ombre de la Lune est EXTRÊMEMENT petite. Il s’agit seulement d’une bande de terre d'environ 110 kilomètres de largeur! Cette bande est appelée « la trajectoire de la totalité » et si vous voulez voir le Soleil entièrement recouvert par la Lune, vous devez vous y TROUVER le jour de l’éclipse! Si vous n'êtes pas sur cette trajectoire, alors vous ne verrez qu'une éclipse partielle. Dans l’illustration, nous avons capturé un moment X de l'éclipse. Pour qu'une personne puisse voir la totalité à ce moment donné, il faut qu'elle soit située dans le petit cercle noirci au centre du cercle ombragé. Pour ceux qui y seront, la Lune bloquera entièrement la lumière du Soleil. Il s’agira d’une éclipse totale! Et, c'est là que vous souhaiterez être le jour de l'éclipse même si vous ne le savez peut-être pas encore!

La trajectoire de totalité

Voyons voir ce que peut bien être cette « trajectoire de la totalité ». Dans la vidéo ci-dessous, vous pourrez voir l’éclipse depuis l’espace, stationné au-dessus du pôle Nord. La Lune se déplace alors dans son orbite, soit de « gauche à droite » autour de la Terre, ce qui de notre « station spatiale » signifie « de haut en bas ». Voyez comment le petit cercle d'ombre se déplace sur la surface de la Terre et trace son chemin. Il s’agit de la trajectoire de la totalité.

Notons deux ou trois éléments. Tout d'abord, le dessin n'est pas à l'échelle (comme d'habitude). Deuxièmement, ce phénomène astronomique soit l'ombre de la Lune qui se déplace sur la surface de la Terre prend environ 3 à 4 heures. Troisièmement, il y a un petit point blanc à l'extrémité du cône ombragé. Ce point ne représente rien d'autre que la pointe du cône, mais sera un élément d'intérêt lorsque nous discuterons des autres types d'éclipses. Enfin, notez qu'il est important de savoir où vous êtes sur Terre le jour de l’éclipse pour savoir quel type d'éclipse vous pourrez observer et à quelle heure vous le pourrez. Si vous êtes quelque part où l'ombre de la Lune se trouvera à un moment donné, alors vous verrez la totalité. Cela signifie que vous serrez sur « la trajectoire » de l’éclipse totale! Si vous êtes à l'est de la trajectoire (en bas d’écran), vous verrez la totalité plus tard que quelqu'un qui est à l'ouest de vous, considérant le mouvement de la Lune dans son orbite (traînant son ombre derrière elle pendant son déplacement).

Toutefois, si vous n'êtes pas sur la trajectoire de l’éclipse, soit quelque part où l'ombre de la Lune n’ira pas, alors vous ne verrez pas la phase de totalité de l’éclipse. Dans le meilleur des cas, le mieux que vous verrez sera une éclipse partielle.

Une éclipse solaire "totale"

Définition importante : Les astronomes identifient une éclipse comme « totale » s'il y a un endroit sur Terre où la phase de totalité est observable. Nous savons que la plupart des gens ne verront pas d'éclipse en raison de leur position géographique. Nous savons aussi que plusieurs personnes ne pourront voir que les phases partielles de celle-ci là où ils se trouvent. Toutefois, puisqu’il y a des endroits sur Terre d'où vous pourriez voir la totalité, l’éclipse est identifiée comme une éclipse totale. Maintenant, il vous appartient de vous rendre sur la trajectoire de l’éclipse si vous souhaitez voir la phase de totalité! Bref, rappelez-vous seulement que l’éclipse totale n’est PAS totale pour tout le monde!

Notons que l'ombre de la Lune dans l'espace ressemble à un cône, bien qu’il soit difficile à distinguer dans l’animation précédente. Voici une autre vue de l'ombre projetée par la Lune dans son déplacement sur la surface de la Terre. Cette fois-ci, vous aurez droit à une véritable perspective « de gauche à droite » comme dans la vraie vie. Notez que dans cette vidéo, la Terre NE bouge PAS. NOUS nous déplaçons de gauche à droite un peu plus vite que la Lune, de sorte que nous pouvons voir l'ombre touchant le périmètre de la Terre des deux côtés de la trajectoire. C'est pourquoi on peut avoir l’impression que la Terre se déplace au regard des étoiles, mais ce n'est pas le cas.

Remarquons aussi ce qui se passe là où l'ombre de la Lune entre en contact avec la Terre et là où elle quitte la surface terrestre. (Rappelez-vous que la Terre tourne sur elle-même au même moment. Or, la rotation se fait de « gauche à droite » dans cette animation). Puisque l'axe de l'ombre lunaire pointe directement vers le Soleil, vous pouvez voir que son premier point de contact terrestre se situe à un point qui a tout juste assez tourné pour que le Soleil y soit visible. À ce moment et à cet endroit précis, les gens verront le lever du Soleil. De même, la fin de la trajectoire de l’éclipse a pour dernier point de contact le coucher du Soleil, soit là où la rotation de la Terre se dirige à l’opposé du Soleil. Cela signifie que l'ombre de la Lune quitte la Terre à un point où le Soleil est localement sur le point de se coucher. Les panoramas offerts par la totalité depuis les points de lever et de coucher du Soleil sont très rares! Nous comprenons qu’ils s’agissent de spectacles exceptionnels d’une grande beauté. Malheureusement, pour l'éclipse totale de 2024, ces points de contact se produiront en haute mer. Il est donc est peu probable que quiconque puisse les observer.

La totalité entame sa trajectoire sur Terre dès le lever du Soleil…

…et la termine avec le coucher de celui-ci.

À partir de maintenant, appelons l'ombre de la Lune telle que les astronomes la désignent : « Umbra ». Ce mot latin a donné naissance au mot « sombra » en espagnol, « ombre » en français, « ombra » en italien et « umbrella » en anglais (signifie l'ombre (très petite) de la pluie)

Si vous êtes sur la trajectoire

Imaginons-nous maintenant trois observateurs situés à trois endroits différents sur Terre et tentons de nous représenter ce qu’ils peuvent bien voir :

Encore une fois, nous avons recours à une illustration qui n’est pas du tout à l’échelle, mais qui est adaptée pour nos besoins actuels. Cette fois-ci, nous avons tracé la trajectoire de la totalité sur Terre et nous avons stoppé le temps là où l'ombre de la Lune est projetée sur l'observateur B (le chanceux). Cette personne verra la phase de totalité de l’éclipse, aussi longtemps qu'il faudra à l’Umbra pour traverser son site spécifique d'observation. C'est ce qu'on appelle la « durée » de la totalité et cette durée dépend de l'endroit où se trouve chaque observateur sur la trajectoire de l’éclipse! (Les points au milieu de la trajectoire, soit sur la ligne centrale de la trajectoire, offrent une durée plus longue que les points aux frontières.) L'observateur B fera l'expérience de toutes ces choses étonnantes qui accompagnent la totalité.

Si vous n'êtes pas sur la trajectoire

Toutefois, qu'en est-il des observateurs A et C? Il semble qu'ils ne verront PAS la totalité, car ils ne sont pas sur la trajectoire de l’éclipse. Toutefois, supposons qu'ils ne sont pas trop loin de celle-ci. À ce moment particulier, alors que l’observateur B voit une éclipse totale, l'observateur A sera trop au nord pour voir la totalité se produire. De ce point de vue, l’observateur A pourra voir le Soleil (à travers ses lunettes de protection spéciales pour éclipse!) recouvert partiellement par l’Umbra. Voici une image illustrant ce que l’observateur A pourra voir :

Pour sa part, l'observateur C, au sud de la trajectoire, voit la partie inférieure du Soleil. Car, depuis son point d’observation, la Lune est « trop haute » sur le disque solaire pour le recouvrir entièrement. Voici une image illustrant ce qu’il pourra observer :

Tant l’observateur A que l’observateur C ne pourra voir la phase de totalité de l’éclipse en raison de leur position géographique située à l’extérieur de la trajectoire de l’éclipse totale!

De plus, assurez-vous de comprendre que plus ces observateurs sont éloignés de la trajectoire, moins le Soleil sera recouvert - même au moment de la couverture maximale. Finalement, nous pourrions nous éloigner de la trajectoire à un point tel que nous ne verrions plus aucune éclipse.

(Eh oui, la position de la Lune dans le ciel dépend de l'endroit où vous vous trouvez sur Terre!)

Magnitude et Obscuration

D'ailleurs, si tout ce que vous allez voir est une éclipse partielle, alors il y aura du temps où une portion maximale de Soleil sera couverte. Disons qu’il s’agit de 50%, un peu comme sur les photos ci-dessus. Nous disons alors que vous observerez une éclipse partielle à 50% . Cela ne veut pas dire que vous ne voyez que la moitié d'une éclipse partielle! Cela veut dire seulement, de façon abrégée, que 50% du diamètre du Soleil sera recouvert par la Lune. Si vous voulez être plus technique, les astronomes font une distinction entre la magnitude (le pourcentage du DIAMÈTRE du Soleil qui est recouvert) et l’obscuration (le pourcentage de la ZONE apparente du Soleil qui est recouverte). Ces nombres ne sont pas les mêmes (sauf à 0%). 50% de magnitude égale environ 40% d'obscurcissement. Faire un peu de géométrie peut vous donner les taux de conversions entre les deux valeurs. (Attention : vous devez connaître les diamètres apparents relatifs du Soleil et de la Lune pour obtenir des valeurs exactes. Et, il ne s’agit pas des mêmes valeurs pour chaque éclipse!)

Il y a encore plusieurs questions auxquelles répondre, notamment :

• Pourquoi l'éclipse s'étend d'ouest en est sur la Terre ?
• Quels sont les autres types d'éclipses ?
• Qu’est-ce qu’une éclipse lunaire ?
• Pourquoi les éclipses n'ont-elles pas lieu tous les mois ?
• Pourquoi la totalité dure-t-elle plus longtemps pour certaines éclipses que pour d'autres ?
• Pourquoi ai-je besoin d'être près de la ligne centrale sur la trajectoire de l’éclipse ?

Nous reviendrons à tout cela, mais sachez que vous pouvez lire sur ces sujets en cliquant sur les liens ci-dessus. Avant d’aller plus loin, rappelons que nous avons déploré plutôt les échelles utilisées dans nos illustrations du fait qu’elles n’étaient pas exactes. Voyons quelques illustrations qui vous permettront de constater l’échelle réelle d’un phénomène astronomique telle une éclipse. Elles vous permettront de comprendre un peu mieux l’échelle de grandeur que nous discutons ici. Ces images sont très près de l'échelle RÉELLE du Soleil, de la Terre et de la Lune. Chaque fois que vous verrez quelque chose qui indique que l’image ou l’illustration, que vous consultez, n’est pas à l’échelle, rappelez-vous de cette image. Elle vous aidera aussi à avoir une meilleure perspective pour nos prochaines discussions.

La vraie échelle de l'ombre

Tout d'abord, voici dans une image à l’échelle le Soleil, la Lune et la Terre. (Nous vous montrerons aussi l'orbite de la Terre, afin de vous offrir une meilleure perspective du système dans son ensemble) :

Vous ne voyez que deux astres sur l’image, n’est-ce pas? Eh bien, nous aussi! Le point jaune à gauche est le Soleil. Toutefois, qu'est-ce que cet autre point à droite? On dirait un point, comme si on avait complètement oublié la Lune. Faisons un zoom pour y voir plus clair :

Ah, MAINTENANT nous pouvons voir qu'il y a bel et bien un point bleu (la Terre) au milieu d'un petit cercle blanc. Ce cercle est l'orbite de la Lune autour de la Terre! Faites l'aller-retour entre cette image et l’image précédente pour vous faire une idée de l'échelle dont nous parlons. Lorsque nous utilisons le système Terre-Lune comme échelle, le Soleil est trop éloigné pour illustrer notre propos.

Dans cette image, nous avons l’impression que la Lune est très près de la Terre. Faisons un autre zoom en avant pour mieux nous représenter l'échelle du système Terre-Lune :

Maintenant, grâce à l’image précédente, nous pouvons voir la Terre et la Lune avec des tailles et des distances à l'échelle! Rappelez-vous que cette image est développée à partir de la première illustration qui vous donne une idée de la géométrie des astres célestes en question. Elle vous montre également à quel point les illustrations qui ne sont pas à l’échelle sont très caricaturales! En effet, ces illustrations ne font AUCUN SENS, spécialement lorsque discutons de l’énorme distance de projection de l’ombre lunaire (umbra) et de la distance encore plus éloignée du Soleil.

Voici, dans cette illustration à l'échelle, l'ombre de la Lune projetée sur la Terre:

C'est cette ombre très longue et très mince (mais toujours conique) que la Lune projette dans l'espace. C’est elle qui entre en contact avec surface terrestre pour faire apparaître une éclipse. À cette échelle, nous sommes en mesure de réaliser combien une éclipse est un phénomène réellement rare et particulier. C’est d’ailleurs ce qui lancera notre discussion sur les raisons pour lesquelles les éclipses ne se produisent pas chaque mois.

Enfin, considérant que l’ombre lunaire est très mince, se projette sur d’énormes distances dans l'espace et que la Terre est assez petite sur cette échelle de grandeur, rappelez-vous que nous pouvons déterminer quelle sera la trajectoire réelle d’une éclipse sur la surface terrestre. Rappelez-vous aussi nous pouvons calculer non seulement cette trajectoire, mais aussi calculer quand une éclipse se produira, et ce, avec une très grande précision. Avec quelle précision, vous demandez-vous peut-être? Eh bien, dans un rayon de quelques centaines de mètres et à quelques fractions de seconde près! Et, comment? Tout cela grâce aux mathématiques! Si vous êtes intéressé(e) à aller plus loin, nous avons rédigé des documents d'information dont vous aurez besoin pour mieux comprendre et mieux apprécier le calcul de ces « circonstances particulières entourant les éclipses ».