La Lune, ou , est l'unique satellite naturel permanent de la planète Terre. Il s'agit du cinquième plus grand satellite naturel du Système solaire, et du plus grand des satellites planétaires par rapport à la taille de la planète autour de laquelle il orbite. C'est le deuxième satellite le plus dense du Système solaire après Io, un satellite de Jupiter.
La Lune est en rotation synchrone avec la Terre, lui montrant donc constamment la même face. Celle-ci, appelée face visible, est marquée par des mers lunaires volcaniques sombres qui remplissent les espaces entre les hautes terres claires et ses cratères d'impact proéminents. Réciproquement, elle possède une face cachée, qui présente moins de mers mais beaucoup plus de cratères, dont le bassin Pôle Sud-Aitken, le plus grand du satellite et l'un des plus grands du Système solaire par son diamètre de . Elle est dépourvue d'atmosphère dense et de champ magnétique. Son influence gravitationnelle sur la Terre produit les marées océaniques, les marées terrestres, un léger allongement de la durée du jour et la stabilisation de l'inclinaison de l'axe terrestre.
La distance orbitale moyenne de la Lune est de , soit environ trente fois le diamètre terrestre, et sa période de révolution vaut . La taille apparente de la Lune dans le ciel est approximativement la même que celle du Soleil, puisque le diamètre de l'étoile est environ celui du satellite, mais qu'elle est également plus éloignée. Par conséquent, la Lune peut couvrir presque exactement le Soleil dans le ciel, permettant des éclipses solaires totales. Cette correspondance de taille apparente disparaîtra dans un avenir lointain du fait de l'augmentation de la distance lunaire d'environ par an. La formation de la Lune remonterait à environ d'années, peu de temps après celle de la Terre. L'explication la plus largement acceptée est que la Lune s'est formée à partir des débris restants après un impact géant entre une proto-Terre et une protoplanète de la taille de Mars, appelée Théia.
La Lune est survolée pour la première fois par la sonde spatiale en 1959. Durant plus d'une décennie, elle est notamment étudiée par les programmes Luna et Apollo, respectivement soviétique et américain. Cette course à l'espace culmine en 1969 avec les premiers humains posant le pied sur la Lune lors de la mission emportant Neil Armstrong et Buzz Aldrin. Dix autres astronautes de la NASA foulent ensuite le sol lunaire jusqu'à en 1972. Ces missions permettent de ramener sur Terre des roches lunaires qui, avec les observations effectuées sur place, permettent de développer la connaissance géologique de la Lune, de sa structure interne et de l'histoire de sa formation. Délaissée à partir de 1974 par les puissances spatiales, l'astre connaît un nouvel intérêt dans les années 1990, deux missions de la NASA découvrant des indices de la présence de glace d'eau, notamment au pôle Sud. À compter de la fin des années 1990, la Lune est la destination principale des sondes spatiales des nouvelles nations spatiales, notamment la Chine, le Japon et l'Inde. De nouvelles missions habitées vers la Lune, voire une colonisation, sont envisagées vers les années 2030.
En sa qualité de deuxième objet céleste du ciel terrestre par sa magnitude apparente, après le Soleil, et du fait de son cycle régulier de phases correspondant à sa période synodique de , la Lune sert de référence et d'influence culturelle aux sociétés humaines depuis des temps immémoriaux. Celles-ci se retrouvent dans la langue, les calendriers, l'art et la mythologie.
Caractéristiques physiques Masse et dimensions
La masse de la Lune, , est égale à un peu plus de 1 % de la masse terrestre. La gravité de surface, , y est six fois plus petite que sur Terre. Ainsi, même si sa masse reste constante, un être humain sur la Lune voit son poids divisé par six ; de même, porter une combinaison spatiale de est équivalent à la sensation de porter une combinaison de sur Terre.. Par ailleurs, la vitesse de libération sur la Lune est plus faible que celle de la Terre, à contre . Le champ gravitationnel de la Lune est mesuré en suivant l'effet Doppler des signaux radio émis par les appareils en orbite. Les principales caractéristiques de la gravité lunaire sont les réplétions (ou mascons), de grandes anomalies gravitationnelles positives associées à certains des bassins d'impact géants, en partie causées par les coulées de lave basaltique dense qui remplissent les mers lunaires... Ces anomalies influencent grandement l'orbite des engins spatiaux autour de la Lune. Cependant, les coulées de lave ne peuvent à elles seules expliquer toute la signature gravitationnelle ; des concentrations de masse indépendantes du volcanisme des mers ont été identifiées..
vignette| alt=Image de la Lune montrant de nombreuses couleurs, notamment du rouge, du vert et du jaune, des points bleus étant à la place des cratères.| Carte du champ gravitationnel de la Lune réalisée par le GRAIL.. La forme de la Lune est proche de celle d'une sphère. En seconde approximation c'est un ellipsoïde légèrement aplati mais plus exactement un ellipsoïde triaxial. Son grand axe est déplacé de 30° par rapport à la Terre en raison d'anomalies gravitationnelles causées par ses bassins d'impact.
Sa forme est plus allongée que ce que les forces de marée actuelles peuvent expliquer. Ce « renflement fossile » suggère que la Lune s'est solidifiée lorsqu'elle orbitait à une distance moitié moindre de celle actuelle avec la Terre et qu'elle serait à présent trop froide pour que sa forme s'adapte à ce changement d'orbite.. Son rayon équatorial est de et son rayon polaire de , ce qui lui confère un aplatissement de , trois fois plus faible que celui de la Terre. Son rayon moyen est de , ce qui correspond à 27 % du rayon terrestre environ..
Structure interne et composition
vignette| Structure interne de la Lune.| alt=Image en coupe de la Lune, montrant son petit noyau coloré en rouge et en trois states et son manteau de façon grise uniforme. La Lune est un corps différencié, structuré en une croûte, un manteau et un noyau distincts.. Il s'agit du deuxième satellite naturel le plus dense du Système solaire après Io, un des satellites de Jupiter... Cependant, son noyau (probablement constitué de fer métallique allié à une petite quantité de soufre et de nickel) ne fait qu'environ de rayon au plus, soit 20 % du rayon de la Lune. Les analyses des variations de la rotation de la Lune indiquent qu'il est au moins partiellement fondu et qu'il serait ainsi solide jusqu'à du centre puis liquide jusqu'à un peu plus de ...
+Composition chimique de la surface de la Lune. Composant Formulechimique Composition Mers TerresSilice 45,4 %45,5 %Alumine 14,9 %24,0 %Oxyde de calcium CaO11,8 %15,9 %Oxyde de fer(II) FeO14,1 %5,9 %Oxyde de magnésium MgO9,2 %7,5 %Oxyde de titane 3,9 %0,6 %Oxyde de sodium 0,6 %0,6 %99,9 %100,0 %
Autour du noyau se trouve une couche limite de roches partiellement fondues jusqu'à environ du centre... Au-delà de cette couche se trouvent le manteau et la croûte, tous deux formés de roches solides mais de compositions chimiques et minéralogiques différentes. La croûte, épaisse d'environ en moyenne, affleure dans les « terres » ; elle est présente aussi dans les « mers », mais recouverte par d'épaisses couches de lave.
vignette| Image en couleurs saturées de la surface lunaire. Le brun rougeâtre et rouille provient de minerais de fer et le bleuâtre de minerais d'oxyde de titane. L'origine de cette structure interne serait la cristallisation fractionnée d'un océan magmatique lunaire peu après la formation de la Lune, évènement qui remonterait à d'années environ.. Le refroidissement de cet océan magmatique aurait d'abord produit la précipitation et la sédimentation de cristaux d'olivine, de clinopyroxène et d'orthopyroxène formant un manteau mafique puis, après que les trois quarts environ de l'océan magmatique se sont cristallisés, la formation et la flottation de cristaux de plagioclase sont à l'origine de la croûte.. Les derniers liquides à cristalliser, pris entre la croûte et le manteau, auraient été fortement enrichis en éléments incompatibles, parmi lesquels des éléments radioactifs KREEP producteurs de chaleur.. Cependant, ce modèle n'explique pas complètement les caractéristiques observées de la composition de la surface, notamment des dissymétries de la répartition du thorium entre les faces visible et cachée...
La cartographie géochimique de la surface lunaire, réalisée à partir des orbiteurs, est en accord avec cette perspective : la surface des hauts plateaux (« terres »), représentative de la croûte, est principalement constituée d'anorthosites, des roches ignées principalement composées de plagioclase. ; celle des « mers », comme celle des échantillons de roches lunaires recueillis sur place, sont des laves de composition mafique, plus riches en fer que les basaltes terrestres.
Champ magnétique vignette|alt=Image en vue de dessus de la surface lunaire, avec des cratères diffus.|Rimae Sirsalis, une zone lunaire relativement magnétisée..
Champ magnétique actuel Le magnétomètre MAG et le réflectomètre d’électrons du Lunar Prospector permettent en 2008 d'obtenir la première carte complète des champs magnétiques lunaires.. Elle révèle que les bassins d'impacts dominent la distribution de ces champs, les plus faibles (inférieurs à ) se trouvant dans les bassins les plus grands et les plus récents, Mare Orientale et Mare Imbrium, tandis que les champs les plus forts (supérieurs à ) sont mesurés au-dessus des surfaces diamétralement opposées à ces mêmes bassins. Les plus forts champs relevés correspondent à moins d'un centième du champ magnétique terrestre.
Le champ magnétique lunaire est entièrement dû à la magnétisation des roches crustales, et aujourd'hui la Lune ne possède pas de champ magnétique planétaire dipolaire..
Une partie de la magnétisation peut provenir de champs magnétiques transitoires générés lors d'impacts importants. Ces impacts créent l'expansion d'un nuage de plasma lors de l'impact, générant un champ magnétique ambiant. Ceci est confirmé par l'emplacement apparent des plus grandes magnétisations de la croûte près des antipodes des bassins d'impact géants.. Cependant, la majeure partie de la magnétisation est héritée d'une époque où la Lune possédait un champ magnétique global, à l'instar de la Terre et d'autres planètes.
Histoire du champ magnétique lunaire La présence d'un champ magnétique global peu après la formation de la Lune est attestée par l'aimantation rémanente de ses roches les plus anciennes. L'étude détaillée d'un échantillon de troctolite vieux de ramené lors des missions Apollo démontre l'existence d'un paléo-champ d'une intensité de qui aurait progressivement décliné et qui se serait terminé au moins après il y a .. Ce résultat confirme la présence d'un effet dynamo à cette époque, mais ne permet pas d'en connaître précisément le mécanisme (convection thermique ou solutale, notamment)..