Mais aussi : des poussières interplanétaires, du plasma, ....
Définition
L'unité astronomique (UA) est, par convention le demi-grand axe de l'orbite de la Terre. Sa valeur est de 149,598 millions de kilomètres. Cette unité est surtout utilisée pour mesurer les distances dans le Système Solaire.
Formation des planètes
Les orbites des planètes sont à peu près dans un même plan (le plan de l'écliptique). C'est le résultat du processus de formation du Système Solaire qui est né à partir d'un nuage de gaz et de poussière qui s'est aplati au fur et à mesure de sa contraction.
Les orbites sont des ellipses, dont le Soleil occupe l'un des foyers.
Exception à la règle : Pluton n'est pas dans le plan de l'écliptique. En fait, Pluton est un objet à part : il fait partie des objets transneptuniens et a, depuis 2006, le statut de "planète naine".
Orbites des huit planètes principales et de la planète naine Pluton.
Crédit :
ASM/Gilles Bessou + images NASA
Scénario de formation du Système Solaire à partir d'un nuage de gaz.
Séquence animée résumant les principales étapes : nébuleuse primitive, effondrement, applatissement, rotation de plus en plus rapide, formation de grains, puis de planétésimaux et enfin formation des planètes.
Crédit :
ASM/Alain Doressoundiram et Gilles Bessou
Paramètres orbitaux
Nous définirons dans ce paragraphe les principaux paramètres qui caractérisent l'orbite d'une planète.
Demi-grand axe, a : moitié du grand axe de l'ellipse qui décrit l'orbite de la planète autour du Soleil.
Période de révolution sidérale, P : intervalle de temps mis par la planète pour accomplir une révolution autour du Soleil.
Période de rotation, T : intervalle de temps mis par la planète pour tourner une fois sur elle-même.
Excentricité, e : grandeur comprise enre 0 et 1, caractérisant l'aplatissement d'une ellipse. La valeur e=0 désigne un cercle. Plus e est grand et s'approche de 1, plus l'ellipse est allongée. On dit alors d'une planète qu'elle a une orbite très elliptique.
Inclinaison , i : angle d'inclinaison de l'orbite par rapport à l'écliptique.
Obliquité : angle d'inclinaison de l'équateur par rapport à l'écliptique.
Ce tableau est une feuille de calcul (type excel) et permet de tracer des graphes. Amusez-vous à en faire afin de mieux comprendre les propriétés des planètes. Par exemple :
Dans la dernière colonne, vérifiez que le rapport est bien une constante (comme le décrit la troisième loi de Kepler, voir page suivante). Pour cela, entrez "=B1^3/C1^2" dans la cellule H1.
Tracez les graphes : inclinaison ou excentricité pour chaque planète. Que constatez-vous ? Pourquoi ?
(Vous séchez ? passez à la page suivante...)
Orbites des planètes
La ronde des planètes
Les rayons moyens des orbites des planètes s'échelonnent entre 58 millions de kilomètres pour Mercure (la plus proche du Soleil) à près de 4500 millions de kilomètres pour Neptune (la plus lointaine).
La période de révolution s'allonge logiquement lorsqu'on s'éloigne du Soleil. En effet, l'attraction gravitationnelle du Soleil se manifeste par une force qui attire la planète vers lui. Cette force est d'autant plus grande que l'on est proche du Soleil. Dans le même temps, la planète doit parcourir son orbite assez vite pour contrebalancer cette force et rester sur son orbite. Ainsi, plus la planète est proche du Soleil, plus elle doit tourner vite, c'est-à-dire plus sa période doit être courte (0,24 année pour Mercure et 164 ans pour Neptune ! )
Les excentricités des orbites sont globalement proches de zéro, ce qui traduit des orbites quasi-circulaires. Notez cependant la forte excentricité de Mercure (0,206), ainsi que la valeur relativement élevée de celle de Mars (près de 0,1).
La troisième loi de Kepler
A y regarder de plus près, il existe une relation précise reliant le demi-grand axe (a) et la période orbitale (P), c'est la fameuse troisième loi de Kepler (1618) :
Cette relation est une conséquence de la loi de la gravitation universelle, mais elle a été établie par Kepler de façon empirique bien avant que Newton ne démontre ses fameuses lois.
Cette loi énonce que la constante est toujours la même pour un système donné (Soleil + planète, ou encore Jupiter + ses satellites).
En conséquence, cette relation s'avère extrêmement utile et d'une grande simplicité d'application car elle permet, connaissant a de déterminer P (ou inversement).
Propriétés physiques
Il y a planète et planète
La lecture des propriétés physiques des planètes (rayon, masse et densité) permet de distinguer deux classes de planètes :
Les planètes telluriques : Mercure, Vénus, la Terre, Mars.
Ces planètes sont petites, peu massives et denses. L'archétype de cette classe est la planète Terre qui en est d'ailleurs le plus gros représentant
Les planètes géantes : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.
Ces planètes sont grandes, massives et peu denses. Cette faible densité se traduit par un petit noyau dense, entouré d'une épaisse couche gazeuse, donnant à ces planètes le nom de "géantes gazeuses". Ainsi Jupiter, la plus grosse planète du Système Solaire fait 318 fois la masse de la Terre avec une densité de seulement 1,33.
Encore une fois, Pluton se distingue en ne ressemblant ni aux planètes telluriques, ni aux planètes géantes : pas assez dense, mais trop petite pour être une planète géante. Pluton fait vraiment partie d'une classe à part.
Remarque
En se rappelant que l'eau a une densité de 1, on voit que Saturne, avec une masse de 95 masses terrestres pour une densité de 0,69 devrait flotter sur l'eau si l'on trouvait un océan assez grand pour la contenir !
Pirouette !
Dans la table des paramètres orbitaux, T est la période de rotation. Là aussi, une distinction s'établit entre les planètes telluriques et les planètes géantes. Ces dernières ont des périodes de rotation autour de 10-15 heures alors que les planètes telluriques montrent une belle cacophonie de rotations. Notez ainsi la rotation extrêmement lente de Vénus, et de surcroît dans le sens inverse (-243 jours), ce qui est unique dans le Système Solaire.
Exercices
QCM
1)
L'orbite des planètes est-elle
2)
Sur Vénus, quelle serait la date d'anniversaire de ses habitants s'il y en avait ?
Question 1 Solution : réponse 2)
(
L'ellipse est la meilleur approximation des orbites de planètes. C'est la solution analytique exacte du problème à 2 corps
)
Question 2 Solution : réponse 1)
(
les Vénusiens auraient leur anniversaire tous les jours car, sur Vénus, l'année est plus courte que le jour (225 jours contre 243 jours)
)
Solution : réponse 2)
(
les Vénusiens auraient leur anniversaire tous les jours car, sur Vénus, l'année est plus courte que le jour (225 jours contre 243 jours)
)
Solution : réponse 3)
(
les Vénusiens auraient leur anniversaire tous les jours car, sur Vénus, l'année est plus courte que le jour (225 jours contre 243 jours)
)
Introduction
Définition
est bien une constante (comme le décrit la troisième loi de Kepler, voir page suivante). Pour cela, entrez "=B1^3/C1^2" dans la cellule H1.
Remarque
QCM