La lune peut-elle sembler être dans n'importe quelle position dans le ciel?

Il me semble que la Lune est apparue à de nombreux endroits - des endroits apparents - dans le "dôme du ciel". Je sais que le soleil suit un arc d'est en ouest et qu'il est plus petit en hiver qu'en été. Par conséquent, le soleil ne peut pas apparaître partout dans le «dôme du ciel».
Ma question est la suivante: la lune peut-elle apparaître à n'importe quel endroit du "dôme du ciel"?

À l'instar du soleil, la lune, de notre point de vue de la surface de la Terre, se lève à l'est et se couche à l'ouest. Cependant, il ne monte pas exactement en direction est et ne se règle pas exactement en direction ouest. Si vous deviez suivre la position du lever de la lune le long de l'horizon au cours d'une année, vous remarquerez que cela varie considérablement. Il ne peut cependant pas être localisé partout dans le ciel nocturne, même au cours d'une année. Pour comprendre pourquoi, nous devons comprendre une géométrie céleste.

1. Le plan écliptique est le plan qu'une ligne hypothétique entre la Terre et le Soleil balaye au cours d'une année. Dans l'image ci-dessus, vous pouvez voir comment l'orbite de la Terre existe dans ce plan.

2. Notez également que la ligne partant du pôle sud géographique de la Terre et passant par son pôle nord (son axe de rotation) n’est pas perpendiculaire à ce plan écliptique. En fait, il se trouve à 23,5 degrés de cette direction perpendiculaire.

3. Notez que l'axe de rotation de la Terre pointe dans la même direction, quel que soit le côté du Soleil sur lequel la Terre se trouve actuellement. Cet axe de rotation pointe toujours vers l'étoile Polaris. Cela signifie que sur différentes parties de l'année, le soleil se lèvera à différents moments de l'horizon.

4. Le plan équatorial de la Terre est un plan défini pour s'étendre dans toutes les directions depuis l'équateur de la Terre. Ce plan est incliné de 23,5 degrés par rapport au plan écliptique (la même quantité d’axe de rotation est inclinée par rapport à la direction perpendiculaire du plan écliptique).

Considérons maintenant le système de la lune terrestre. Afin de déterminer la distance à partir de laquelle la lune peut apparaître au nord ou au sud, vous devez prendre en compte l'angle entre le plan équatorial de la Terre et le plan orbital de la lune. Puisque l'axe de rotation de la Terre est incliné de 23,5 degrés par rapport à l'écliptique et que l'orbite de la Lune est inclinée de 5,14 degrés par rapport à l'écliptique, son orbite la plus haute peut être par rapport au plan équatorial de la Terre à 28,64 degrés.

Ainsi, la Lune ne peut être directement au-dessus d'un point quelconque de la surface de la Terre si ce point se situe à 28,64 degrés au-dessus ou (par un argument symétrique) au-dessous de l'équateur.

Ainsi, la Lune ne peut pas apparaître partout dans le ciel pour un endroit donné sur Terre. Il existe des parties du ciel pour lesquelles la géométrie du système lunaire terrestre ne permettra tout simplement pas à la Lune d’exister.

La Lune ne peut apparaître que dans environ 48% du ciel ^* d'un observateur terrestre immobile. La lune doit être à au moins 61,4 degrés des pôles célestes, comme celui situé près de l'étoile polaire.

Par rapport au soleil, qui doit toujours être à plus de 66,6 degrés des pôles (40% du ciel), la lune a juste un peu plus d’espace pour voyager dans le "dôme" de votre ciel, un peu plus haut que le soleil d’été. arc, un peu plus bas que l'hiver.

Pour visualiser quelle partie de votre ciel peut avoir une lune, commencez par visualiser l' équateur céleste . C'est l'arc que le soleil semble parcourir sur les équinoxes. Voici cet arc dans le ciel de quelqu'un aux latitudes nord moyennes.

La lune doit être à environ 28,6 degrés au nord ou au sud de cet arc équatorial.

La figure 28.6 ajoute l' inclinaison axiale de la Terre - le fameux angle entre son spin et son orbite terrestre, 23,437 degrés - à la angle entre la Lune et les orbites de la Terre , 5,145 degrés.

Alors imaginez une bande de 57,2 degrés dans votre ciel (28,6 doublé), le long de l'équateur céleste. Le soleil est confiné à une bande similaire de 46,9 degrés. Voici un visuel pour ce type de segment de votre sphère céleste.

Dans cette figure que je viens également de voler sur les interwebs, la sphère ne représente pas la Terre, elle représente votre ciel, sans la Terre. O est toi, appelle ça l'observateur, et l'angle entre les lignes rouges est 57,2 degrés. Et vous devez imaginer cela incliné au même degré que l'équateur dans votre ciel.

Cela montre qu'à des latitudes supérieures à 61,4 degrés (90 moins 28,6), la lune pourrait apparaître n'importe où sur votre horizon.

^{$2\pi R h$ $2 \pi R^2$$h / R$}

Non, ça ne peut pas.

Laissez-moi élaborer. Si la Lune gravitait autour de la Terre dans le plan de l'écliptique (le plan contenant l'orbite de la Terre autour du Soleil), il serait alors évident que le Soleil et la Lune suivraient le même chemin. Cependant, les deux plans sont inclinés d'environ 5 °. Cela signifie que l'emplacement de la Lune est limité à une petite bande des deux côtés de l'écliptique.

Notez qu'en raison d'un phénomène appelé la parallaxe diurne (le soleil et la lune ne sont pas à l'infini), leur localisation dans le ciel dépend légèrement de la position de l'observateur sur Terre.

Une grande partie du débat dans les réponses et les commentaires découle de l’ambiguïté de l’expression du dôme du ciel du PO . Cela dépend si vous pensez que cela signifie le ciel au-dessus de votre tête ou le dôme céleste fixé aux étoiles .

Le ciel au-dessus de votre tête dépend de votre position dans le monde. Si vous allez à l'équateur, vous verrez parfois la Lune directement au-dessus, au zénith. Si vous allez au pôle Nord, vous ne le verrez jamais là-bas. Si vous suivez cette interprétation, la réponse est certainement oui puisque vous suivez la trace possible de la Lune au fil du temps et que vous la peignez dans tout le ciel pendant que vous vous déplacez. Cela me semble une position particulièrement pédante.

Le Dôme Céleste ne se soucie pas de savoir où vous êtes et la question devient de savoir si la Lune peut obstruer toutes les étoiles du ciel. Ici, la réponse est évidemment non . Il y a de larges régions circumpolaires du ciel du nord et du sud où la Lune ne peut pas aller. La Lune ne peut jamais apparaître en Grande Ourse , par exemple.