Les planètes ou un satellite naturel comme la Lune sont des sphères qui ne brillent pas par elles-mêmes mais réfléchissent la lumière du Soleil. Elles n'ont donc en permanence qu'une moitié éclairée, celle tournée vers le Soleil.
Lorsque nous les observons depuis la Terre, leur apparence varie selon l'angle qu'elles forment avec le Soleil. Elles nous paraîtront en un croissant plus ou moins mince, ou comme un cercle. Ou elles ne nous apparaîtront plus du tout.
C'est cette succession des aspects sous lesquels un astre nous apparaît que l'on nomme phase.
Les phases de la Lune nous sont les plus familières. Elles peuvent être observées aisément, à l'oeil nu.
Lorsque la Lune et le Soleil sont en conjonction, c'est-à-dire quand la Lune est alignée entre la Terre et le Soleil, elle nous est invisible puisque la Lune nous montre alors sa face non éclairée. C'est la phase de "nouvelle Lune".
Au contraire, lorsque la Lune est en opposition, c'est-à-dire que c'est alors la Terre qui se trouve entre elle et le Soleil, nous la voyons entièrement éclairée sous la forme d'un disque. C'est la phase de "pleine Lune".
En quadrature, lorsque les droites Lune - Terre - Soleil forment un angle à 90°, nous voyons un demi-disque éclairé. Ce sont les phases de premier et dernier quartier.
Dans toutes les positions intermédiaires, la Lune est jour après jour un croissant de plus en plus large entre la nouvelle Lune et le premier quartier, puis elle est dite gibbeuse du premier au dernier quartier, avant de redevenir un croissant qui rétrécit au fil des jours.
Les phases de la Lune jouent un rôle primordial dans la conception humaine de la mesure du temps. Leur succession s'étendant sur un peu plus de 29 jours, elles sont à l'origine de la définition du mois : d'une nouvelle lune (ou d'une pleine lune...) à l'autre, il se déroule une période dite "révolution synodique". Cet intervalle de temps de l'ensemble des phases de la Lune est aussi nommé "lunaison".
Il existe des calendriers lunaires, dont le plus connu encore utilisé aujourd'hui est le calendrier musulman qui compte le temps selon des mois qui respectent strictement les phases de la Lune.
Le calendrier lunaire ne permet toutefois pas de suivre le cycle des saisons contrairement à un calendrier basé sur le passage du Soleil à une même longitude dans la voûte céleste. D'où le fait que c'est un calendrier solaire qui s'est imposé depuis Jules César mais tout en gardant une définition du mois, de longueur variable, qui continue de s'approcher de la période des phases de la Lune.
La géométrie des orbites des planètes inférieures du système solaire, Mercure et Vénus, entraîne elle aussi la vision de phases. Celles de Vénus peuvent être facilement observables avec un petit télescope.
On ne peut toutefois observer depuis la Terre qu'une partie des phases, quand elles apparaissent sous la forme d'un croissant ou d'un quartier. La phase de "pleine Mercure" ou "pleine Vénus" ne peut pas être observée à cause de la proximité de ces planètes avec le Soleil à ces moments-là.
Les planètes extérieures du système solaire, ainsi que leurs satellites naturels, nous présentent depuis la Terre des phases quasi imperceptibles. Quelle que soit leur position sur leur orbite, nous les voyons sous la forme d'un disque.
L'exploration spatiale nous a néanmoins permis de recueillir des images des planètes géantes sous la forme de croissants qui nous sont peu familiers. Ainsi en va-t-il de cette image d'un croissant de Saturne prise par la sonde spatiale Cassini. Cette image est impossible à obtenir depuis la Terre mais le bon angle a été obtenu des centaines de fois lors des rotations de la sonde autour de la planète aux anneaux.
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Les phases de la Lune ou des planètes qui présentent des phases est une preuve que ces astres sont sphériques. En effet, seule une sphère éclairée par une unique source lumineuse peut présenter l'aspect d'un croissant ou l'aspect de la Lune gibbeuse.
Ainsi, tout astre, sphérique, éclairé par une étoile connaît donc forcément des phases : cela ne dépend que, d'une part, depuis où on le regarde, et d'autre part, à quel point de sa révolution orbitale il est rendu.
C'est ainsi que la Terre, vue depuis la Lune, a elle aussi des phases, comme ont pu l'admirer pour la première fois les astronautes des missions Apollo.
Les planètes dont l'orbite est extérieur à celui de la Terre ne peuvent pas nous apparaître sous forme de phases. L'exploration spatiale a pallié cette impossibilité et nous avons ainsi depuis de nombreuses années des images des croissants de Saturne ou de Jupiter.
Lorsqu'il observa Vénus à travers sa lunette, Galilée découvrit les phases de la planète dont l'orbite est plus proche du Soleil que ne l'est la Terre. Un phénomène qui ne pouvait s'expliquer que par la rotation de Vénus autour du Soleil et non autour de la Terre, ce qui accréditait la théorie copernicienne.
Comme quoi le phénomène des phases qui nous est si familier du fait des phases de la Lune a de grandes conséquences cosmologiques !
