Les phénomènes toujours visibles

    Dans la dernière minute de partialité la dernière portion de Soleil visible coincée entre les bords circulaires du Soleil et de la Lune prend la forme d'un mince croissant. Comme le milieu est plus épais que les pointes, le croissant nous paraîtra plus éblouissant en son milieu et nous verrons un éclat très brillant au milieu d'un morceau d'anneau d'où le nom de bague de diamant.

    Mais lorsque le croissant sera encore plus réduit, la bague va se couvrir de nombreux petits diamants. En effet, le disque de la Lune n'est pas parfait, le limbe comporte des vallées et des crêtes dûes aux cratères présents à la surface de la Lune et vus de profil. Et lorsque la Lune recouvre pratiquement tout le Soleil, la lumière peut encore nous parvenir en traversant ces vallées faisant apparaître des points lumineux sur le bord de la Lune.
 

    La température de la Terre est maintenue grâce à l'apport de lumière par le Soleil. En effet, la lumière transporte de l'énergie qui peut être transformée en chaleur. Il suffit de rester quelques instants au Soleil en été pour s'en convaincre. Ensuite la chaleur est diffusée par l'air aux endroits à l'ombre, ce qui tend à uniformiser la température. Mais la chaleur reste évidemment plus intense sous le rayonnement direct du Soleil qu'à l'ombre. Aussi dès que la lumière baisse, la température va baisser pour rejoindre celle de l'ombre voire descendre encore plus bas.
 

    Imaginons une source de lumière suffisamment petite pour être considérée comme ponctuelle, éclairant un objet. L'objet arrête la lumière derrière lui et créé ainsi deux zones, l'une avec de la lumière, l'autre sans, que l'on peut facilement voir sur un écran. Le passage entre la zone claire et la zone d'ombre est très brutal, le contraste de l'image de l'objet est très grand. Cela revient à dire que l'image à une grande netteté. 

    Ajoutons une deuxième source de lumière ponctuelle. Elle aussi va former une image nette de l'objet sur l'écran. mais la superposition de ces deux images décalées va former une image moins nette. Il y a en effet toujours les zones d'ombre et de lumière, mais une troisième zone est apparue. Il s'agit de la pénombre qui est la superposition de l'ombre formée par une des sources et de la lumière issue de l'autre source. Ici le passage entre l'ombre et la lumière est moins brutal et dépend de l'espacement entre les deux sources. Le contraste et la netteté diminuent.

    Plus l'espacement entre les sources augmente, plus l'image perd en contraste et devient floue. A l'inverse, une source de lumière large comme le Soleil va donner une image floue de l'objet qui va devenir plus nette à mesure que le Soleil devient moins large et que l'espacement entre les sources extrêmes diminuent. Aujourd'hui, le faible contraste est facile à constater en observant l'ombre d'un feuillage.
 

    L'origine de ce phénomène est la même que ci-dessus. La lumière tombant sur l'eau est en partie réfléchie comme sur un miroir.  Deux sources ponctuelles vont envoyer et être réfléchies dans des directions légèrement différentes, mais l'angle qui les sépare reste le même après réflexion sur l'eau. Ainsi lorsque nous voyons un reflet sur l'eau, nous le voyons aussi large que le Soleil dans le ciel. Le reflet est bref car la surface de l'eau est agitée et le "miroir" tourne sur lui-même. De temps en temps, la lumière est réfléchie dans notre direction. Mais quand le Soleil caché par la Lune devient moins large, le reflet devient lui aussi moins large et apparaît plus brièvement.
 

    On s'attend pendant une éclipse à ce que l'obscurité soit totale. Ce serait effectivement le cas si la lumière ne suivait que les lois de l'optique géométrique. Mais autour de la Terre la lumière va rencontrer l'atmosphère et va être diffusée dans toutes les directions dont la nôtre derrière l'ombre de la Lune.

    La situation est comparable à une voiture circulant de nuit dans le brouillard. Vous êtes sur le bord de la route derrière un mur qui vous masque la voiture. Vous ne pouvez pas voir la lumière directement issue des phares mais grâce au brouillard qui renvoie une partie de la lumière sur les côtés, cette lumière vous parvient.

    Évidemment dans la direction du Soleil et autour, le ciel est sombre car aucun rayon de lumière n'y parvient directement (1). Mais plus vous regardez vers l'horizon, plus vous avez devant vous de l'atmosphère susceptible de diffuser la lumière vers vous (2). Aussi l'horizon est assez lumineux et cet effet est valable dans toutes les directions. Bien sûr, il est plus sensible dans la direction où le bord de l'ombre est le plus proche de vous (3).  Aussi l'aspect de l'horizon change pendant la totalité. Au milieu, l'horizon est aussi lumineux dans toutes les directions donnant l'impression que le Soleil va surgir de partout à la fois. L'angle de diffusion dépendant de la couleur, l'horizon est rouge et le ciel devient bleu sombre en s'approchant du Soleil donnant une lumière proche de celle d'un couvher de Soleil.
 

Les phénomènes possibles

    Ce phénomène est tributaire de l'état de l'atmosphère pendant l'éclipse. Il est dû à la turbulence de l'air qui va jouer sur l'angle de réfraction de la lumière à travers l'atmosphère. Celle-ci est formée de couches superposées dont la densité et la température varient avec l'altitude. Or l'indice de réfraction dépend de ces grandeurs, aussi d'une couche à l'autre, un rayon de lumière incliné par rapport à la verticale est dévié.

    Si l'atmosphère est stable, la trajectoire de la lumière est bien déterminée et fixe. La lumière atteint toujours le même point et semble toujours provenir de la même direction. Mais si l'atmosphère est agitée, la surface séparant deux couches est déformée et la lumière incidente est réfractée dans une autre direction. Elle ne parvient plus au même point pour qui la source de lumière semble tarie ou atténuée. Si la source est étendue, l'effet n'est pas sensible car chaque point de la source peut être compensé par le même effet issu des autres points. L'image semble simplement moins nette. Par contre, si la source est ponctuelle, l'effet est très sensible et porte le nom de scintillement.
 
    Dans le cas du Soleil qui est une source étendue, on ne remarque par cet effet à moins de faire de l'imagerie à grande résolution. Mais pendant une éclipse, le Soleil devient de moins en moins étendu et le scintillement peut apparaître. Comme le Soleil même réduit est une source très intense, on peut voir la lumière déviée sur une surface claire et l'ombre résultante. L'état de l'atmosphère changeant continuement, ces zones claires et sombres vont changer de formes, donnant l'impression d'un déplacement des ombres.
 

    On ne les aperçoit pas à chaque éclipse car c'est un phénomène transitoire qui peut prendre toute les tailles de la plus minuscule à la plus gigantesque. Il s'agit de projections de matière issues de la surface du Soleil et prisonnièrent du champ magnétique. On peut en trouver devant le Soleil qui apparaissent alors sous forme de filaments sombres absorbant la lumière venant du Soleil, et sur le côté d'aspect brillant comparé à l'arrière plan qui diffusent la lumière.
 

    Elles manifestent l'activité du Soleil qui suit un cycle de onze ans. Au minimum d'activité, on n'en trouve aucune à la surface du Soleil et la couronne est réduite à des jets entourant l'équateur. Au maximum, il peut y avoir de nombreuses taches mais celles-ci peuvent momentanément être cachées derrière le Soleil ou être absentes. La couronne est alors étendue à toutes les latitudes. Ce sont des zones de la surface du Soleil qui sont légèrement plus froides, entre 3000 et 4000K, donc qui ne rayonnent pratiquement pas dans le spectre visible et nous paraissent noires. Le champ magnétique y est nettement plus intense que sur le reste du soleil ce qui doit perturber la convection et causer la baisse de température.