Principe de l'illusion
Le phénomène appelé « paradoxe du terminateur lunaire » décrit une situation où, après le coucher du soleil, la partie éclairée de la Lune semble orientée vers le haut alors que le soleil se trouve sous l'horizon. L’observateur perçoit la Lune depuis le sol, donc la ligne de visée part du point d’observation vers le disque lunaire. Cette configuration géométrique inverse la façon dont le terminateur (la ligne séparant le jour et la nuit sur la Lune) apparaît dans le champ de vision.
Géométrie de l'éclairage
Le Soleil, à une distance quasi infinie, projette des rayons parallèles sur la surface lunaire. Le vecteur d'éclairage est donc pratiquement constant, quelle que soit la position de la Lune dans le ciel. Lorsque la Lune se trouve à l'horizon (élévation = 0°) et que le Soleil est exactement derrière l’observateur, le disque complet est éclairé et l’on voit 100 % de la face visible. En augmentant l'élévation de la Lune, l’angle entre la direction du Soleil et la ligne de visée change, mais le même hémisphère reste illuminé.
Le terminateur reste perpendiculaire au vecteur Soleil‑Lune. L’observateur, cependant, regarde la Lune « de dessous », c’est‑à‑dire que la partie inférieure du disque correspond à la zone la plus éloignée de la direction du Soleil. Ainsi, la portion sombre apparaît en bas du disque, tandis que la partie éclairée domine le haut, créant l’impression que la Lune « pointe » vers le haut.
Influence de l'élévation de la Lune
Pour une Lune pleine à l'horizon, le disque apparaît totalement lumineux. Dès que l'élévation augmente, la partie inférieure du disque se trouve hors du cône d’éclairage direct. Le programme décrit dans l’article trace deux courbes : l’une montre la fraction éclairée visible en fonction de l’élévation, l’autre illustre la portion sombre qui apparaît en bas. À 60° d’élévation, même avec le Soleil à la position de nouvelle Lune, on observe encore un mince croissant lumineux au bas du disque, preuve que la surface éclairée se trouve du côté opposé au Soleil mais reste partiellement visible grâce à la perspective.
Le phénomène devient plus prononcé lorsque la Lune est proche du plein. Un croissant de 3/4 de phase, observé depuis le sol à l’heure du coucher du soleil, montre une transition nette : à l’horizon, le disque paraît 75 % éclairé, puis, en montant, la partie sombre s’étend du bas, renforçant l’orientation « vers le haut » du terminateur.
Limites de l'explication
L’article ne fournit pas de mesures quantitatives précises (par exemple, l’angle exact entre le Soleil et la ligne de visée à chaque élévation). L’analyse repose donc sur des modèles géométriques idéalisés, sans tenir compte de la réfraction atmosphérique ou des variations locales du relief lunaire qui pourraient moduler légèrement la perception. De plus, aucune donnée de simulation numérique n’est présentée, ce qui empêche de valider empiriquement les courbes décrites. Malgré ces lacunes, la description géométrique suffit à expliquer pourquoi, après le coucher du soleil, la partie éclairée de la Lune semble pointer vers le haut.
