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3.4 : Les orbites du système solaire

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    Objectifs d'apprentissage

    À la fin de la section, vous serez en mesure de :

    • Comparez les caractéristiques orbitales des planètes du système solaire
    • Comparez les caractéristiques orbitales des astéroïdes et des comètes du système solaire

    Rappelons que la trajectoire d'un objet sous l'influence de la gravité dans l'espace s'appelle son orbite, que cet objet soit un vaisseau spatial, une planète, une étoile ou une galaxie. Une orbite, une fois déterminée, permet de calculer les positions futures de l'objet.

    Deux points situés sur n'importe quelle orbite de notre système solaire ont reçu des noms spéciaux. L'endroit où la planète est la plus proche du Soleil (hélios en grec) et se déplace le plus rapidement est appelé périhélie de son orbite, et l'endroit où elle est la plus éloignée et se déplace le plus lentement est l'aphélie. Pour la Lune ou un satellite en orbite autour de la Terre (gee en grec), les termes correspondants sont périgée et apogée. (Dans ce livre, nous utilisons le mot lune pour désigner un objet naturel qui fait le tour d'une planète et le mot satellite pour désigner un objet fabriqué par l'homme qui tourne autour d'une planète.)

    Les orbites des planètes

    Aujourd'hui, les travaux de Newton nous permettent de calculer et de prédire les orbites des planètes avec une précision incroyable. Nous connaissons huit planètes, commençant par Mercure la plus proche du Soleil et s'étendant vers l'extérieur jusqu'à Neptune. Les données orbitales moyennes pour les planètes sont résumées dans le tableau\(\PageIndex{1}\). (Cérès est le plus gros des astéroïdes, aujourd'hui considéré comme une planète naine.)

    Selon les lois de Kepler, Mercure doit avoir la période orbitale la plus courte (88 jours terrestres) ; elle a donc la vitesse orbitale la plus élevée, soit en moyenne 48 kilomètres par seconde. À l'extrême opposé, Neptune a une période de 165 ans et une vitesse orbitale moyenne de seulement 5 kilomètres par seconde.

    Tableau\(\PageIndex{1}\) : Données orbitales pour les planètes
    Planète Semimajor Axis (AU) Période (y) Excentricité
    Mercure 0,39 0,24 0,21
    Vénus 0,72 0,6 0,01
    Terre 1 1,00 0,02
    Mars 1,52 1,88 0,09
    (Cérès) 2,77 4.6 0,08
    Jupiter 5,20 11,86 0,05
    Saturne 9,54 29,46 0,06
    Uranus 19,19 84,01 0,05
    Neptune 30.06 164,82 0,01

    Toutes les planètes ont des orbites d'une excentricité plutôt faible. L'orbite la plus excentrique est celle de Mercure (0,21) ; les autres ont des excentricités inférieures à 0,1. Heureusement, parmi les autres, Mars possède une excentricité supérieure à celle de nombreuses autres planètes. Sinon, les observations pré-télescopiques de Brahe n'auraient pas été suffisantes pour que Kepler puisse déduire que son orbite avait la forme d'une ellipse plutôt que d'un cercle.

    Les orbites planétaires sont également confinées à proximité d'un plan commun, proche du plan de l'orbite de la Terre (appelé écliptique). L'étrange orbite de la planète naine Pluton est inclinée d'environ 17° par rapport à l'écliptique, et celle de la planète naine Eris (qui tourne encore plus loin du Soleil que Pluton) de 44°, mais toutes les grandes planètes se situent à moins de 10° du plan commun du système solaire.

    Vous pouvez utiliser un simulateur orbital pour concevoir votre propre mini-système solaire comportant jusqu'à quatre corps. Ajustez les masses, les vitesses et les positions des planètes, et voyez ce qu'il advient de leurs orbites en conséquence.

    Orbitales d'astéroïdes et de comètes

    Outre les huit planètes, il existe de nombreux objets plus petits dans le système solaire. Certaines d'entre elles sont des lunes (satellites naturels) qui gravitent autour de toutes les planètes sauf Mercure et Vénus. En outre, il existe deux catégories d'objets plus petits sur des orbites héliocentriques : les astéroïdes et les comètes. On pense que les astéroïdes et les comètes sont de petits morceaux de matière provenant du processus de formation du système solaire.

    En général, les astéroïdes ont des orbites dont les demi-axes sont plus petits que les comètes (Figure\(\PageIndex{1}\)). La majorité d'entre eux se situent entre 2,2 et 3,3 UA, dans la région connue sous le nom de ceinture d'astéroïdes (voir Comètes et astéroïdes : débris du système solaire). Comme vous pouvez le voir dans le tableau\(\PageIndex{1}\), la ceinture d'astéroïdes (représentée par son plus grand membre, Cérès) se trouve au milieu d'un espace entre les orbites de Mars et de Jupiter. C'est parce que ces deux planètes sont si éloignées que des orbites stables de petits corps peuvent exister dans la région qui les sépare.

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    Figure Orbites du système\(\PageIndex{1}\) solaire. Nous comparons les orbites des comètes et des astéroïdes typiques à celles des planètes Mercure, Vénus, Terre, Mars et Jupiter (cercles noirs). Trois comètes apparaissent en rouge : Halley, Kopff et Encke. En bleu figurent les quatre plus grands astéroïdes : Cérès, Pallas, Vesta et Hygeia.

    Les comètes ont généralement des orbites de plus grande taille et d'une plus grande excentricité que celles des astéroïdes. En général, l'excentricité de leurs orbites est de 0,8 ou plus. Selon la deuxième loi de Kepler, ils passent donc la plupart de leur temps loin du Soleil, se déplaçant très lentement. À mesure qu'elles approchent du périhélie, les comètes accélèrent et traversent les parties internes de leurs orbites plus rapidement.

    Concepts clés et résumé

    Le point le plus proche de l'orbite d'un satellite autour de la Terre est son périgée, et le point le plus éloigné est son apogée (correspondant au périhélie et à l'aphélie pour une orbite autour du Soleil). Les planètes suivent des orbites autour du Soleil qui sont presque circulaires et dans le même plan. La plupart des astéroïdes se trouvent entre Mars et Jupiter dans la ceinture d'astéroïdes, tandis que les comètes suivent généralement des orbites de haute excentricité.

    Lexique

    aphélie
    le point de son orbite où une planète (ou un autre objet en orbite) est le plus éloigné du Soleil
    apogée
    le point de son orbite où un satellite de la Terre est le plus éloigné de la Terre
    ceinture d'astéroïdes
    la région du système solaire située entre les orbites de Mars et de Jupiter dans laquelle se trouvent la plupart des astéroïdes ; la ceinture principale, où les orbites sont généralement les plus stables, s'étend de 2,2 à 3,3 UA du Soleil
    périgée
    le point de son orbite où un satellite de la Terre est le plus proche de la Terre
    périhélie
    le point de son orbite où une planète (ou un autre objet en orbite) est le plus proche du Soleil
    satellite
    un objet qui tourne autour d'une planète