Influences gravitationnelles
dans le système solaire
Références documentaires
Tout savoir sur les marées - Odile Guérin - Editions Ouest France
Planètes et Satellites 5 leçons d'astronomie - André Brahic - Vuibert
Académie de Nice - Cle@ - Page sur l'effet de marée
Site de l'Ifremer sur les marées
Site de l'Observatoire de la Côte d'Azur (Station télémétrique du plateau de Calern)
L'Astronomie - Mai 2014 - Article sur le CERGA et télémétrie Laser-Lune (JM Torre, P.Exertier, F.Barlier - Observatoire de la Côte d'Azur)
En conclusion : L’effet de marée influe sur les orbites des satellites
Eloigne un satellite de sa planète, au delà de l’orbite synchrone
Rapproche le satellite, en deça de cette orbite synchrone
Rapproche également le satellite dans le cas d'orbite rétrograde (Cas de Triton)
En revanche, l’effet de marée “circularise les orbites” , il diminue à long terme l’excentricité des orbites.
Exemples de rapprochements satellites - planète :
Phobos, le plus proche et le plus gros satellite de Mars :
Phobos orbite à 9 400 Km de Mars : Son orbite est inférieure à l’orbite synchrone de Mars (20 500 Km).
Phobos tourne plus vite que Mars : Il se lève donc à l’Ouest et se couche à l’Est de la planète Mars.
Phobos, en avance sur le bourrelet de marée, accélère la rotation de Mars
-> Phobos se rapproche donc inéxorablement de Mars (1,8 m par siècle) et s’écrasera à sa surface dans 30 à 40 millions d’années.
Métis et Adrasté, satellites de Jupiter
Cordélia et Ophélia, satellites d'Uranus, gardiens de l'anneau Epsilon
Triton, satellite rétrograde de Neptune.
Triton orbite au delà de l'orbite synchrone à 354 600 Km de Neptune, mais comme son orbite est rétrograde, il se rapproche de Neptune.
Planètes internes sans satellites :
Les planètes internes du système solaire n'ont pas de satellites :
Trop éloignés : Ils seraient éjectés, à cause de la forte influence gravitationnelle du soleil.
Trop près : Ils finiraient par tomber sur la planète.
Reflecteur Apollo XI
Exemple d'éloignement satellite - planète :
La Lune s'éloigne de 3.7 cm par an
Des mesures télémétriques sont effectuées à l'Observatoire de la Cote d'Azur - OCA, sur le site du plateau de Calern au dessus de Grasse, par tirs laser vers des reflecteurs déposés sur la Lune lors des missions :
Apollo 11, 14, 15 (US)
et Lunokhod 17 & 21 (URSS)
Voir les articles sur :
le CERGA (2003) ,
l'instrument MéO - Métrologie Optique (2013) ,
Influence des forces de marée sur les orbites des satellites
Crédit : L'Astronomie - Mai 2014 - Article sur le CERGA et la télémétrie Laser-Lune
JM Torre, P.Exertier, F.Barlier - Observatoire de la Côte d'Azur
Voir également le tout nouvel article du magazine de la SAF 'L'Astronomie' de mai 2014 .
Un extrait montrant :
Une courbe donnant l'évolution de la précision des mesures de la station LLR - Lunar Laser Ranging
Des statistiques sur l'utilisation des réflecteurs lunaires et des stations télémétriques laser du réseau mondial
Influence des forces de marée sur la période de rotation des corps
Synchronisation de la rotation des principaux satellites
Quasiment tous les principaux satellites des planètes du système solaire sont en rotation synchrone avec leur planète : Les satellites présentent toujours la même face à leur planète.
C'est le cas de la Lune
C'est le cas des satellites galiléens,
C'est le cas des principales lunes de Saturne
Exceptions connues : Hypérion, Phoebe
Evolution de la rotation des planètes
Ralentissement de la vitesse de rotation des planètes internes due aux effet de marée du Soleil :
Mercure (Rotation en 58,6 j. ) ,
Mercure est en rotation 'spin- orbite' synchrone 3:2 avec le Soleil
3 rotations de Mercure en 2 révolutions autour du Soleil
Révolution sidérale : 87,7 Jterrestres
Rotation sidérale : 58,6 Jterrestres
Durée du jour sur Mercure : 176,77 Jterrestres (= 2 Périodes de révolution)
Venus (Rotation rétrograde en 243 J.)
La rotation de Venus sur elle même est quasiment en résonance avec la Terre. Lors des conjonctions inférieures de Venus, celle ci nous présente toujours la même face
Voir par exemple, le site de Steve Dutch - University of Wisconsin
Résonances entre Venus et la Terre (d'après Steve Dutch) :
8 années terrestres = 2922.048 jours
13 années venusiennes = 2921.035 jours
5 révolutions synodiques Venus-Terre = 2919.415 jours
12 rotations de Venus = 2916.224 days
La rotation synodique de Venus sur elle même par rapport à la Terre est de 145.927 jours. 4 périodes de rotation = 583.7 jours. C'est quasiment la période de révolution synodique qui est de 583.9 jours. 20 périodes de rotation synodique de Venus par rapport à la Terre = 2918.551 jours.
Révolution synodique : 583,9 Jterrestres
Révolution sidérale : 224,7 Jterrestres
Rotation sidérale (rétrograde) : - 243,01 Jterrestres
Durée du jour sur Venus : 116,7 Jterrestres
La vitesse de rotation de la Terre diminue :
La durée du jour terrestre augmente de 0,00164 seconde par siècle. Il y a 350 millions d’années, la durée du jour terrestre était de 22h00. Il y avait 400 Jours par an (*).
Dans un futur lointain, la rotation de la Terre sur elle même sera synchrone avec la révolution de la Lune.
La terre présentera à son tour, toujours la même face à la Lune, qui ne sera visible que d’un seul coté de la Terre.
La durée du jour sera égal à environ 50 de nos jours actuels, et la Lune sera à environ un million de Km, 3 fois plus loin (*)
(*) D’après A. Brahic – Planètes & Satellites (p144)
Conséquences à long terme des forces de marée :
-> Lente évolution des orbites et des vitesses de rotation
La 'frontière' de l'orbite synchrone
Une orbite synchrone est une orbite de rayon Rs telle que la période de révolution autour de la planète est égale à la période de rotation propre de la planète.
-> Pour la Terre l'orbite synchrone est l'orbite géostationnaire à 36000 Km d'altitude dans le plan équatorial.
Suivant que le satellite orbite en-deça ou au-delà de l'orbite synchrone de sa planète, le satellite va être en retard ou en avance sur le bourrelet équatorial de marée de sa planète, provoquant soit un ralentissement de la rotation et un éloignement du satellite , soit au contraire une accélération de la rotation et un rapprochement du satellite.
Principe illustré avec l'exemple du couple Terre -Lune :
-> La lune orbitant au-delà de l'orbite géostationnaire , il y a un très lent ralentissement de la rotation de la terre et un éloignement de la Lune.
Crédit : L'Astronomie - Revue de la SAF - Novembre 2006
Article de Cécile Ferrari - Université Paris VII
La limite de Roche
En 1847 , Edouart-Albert Roche montre qu’il existe une distance limite en deça de laquelle aucun gros satellite ne peut se former, ou ne peut résister aux forces de gravitation différentielles, les effets de marée étant supérieurs aux forces d’attraction entre particules.
-> Seuls des anneaux ou des petits satellites (< 100 Km) peuvent s’y trouver.
Le calcul de la limite de Roche est fonction de la densité des corps en orbite.
Pour Saturne, la limite de Roche d'un corps glacé de densité 1.4 est de 1.95 Rayon de Saturne. Il est de 2.2 Rayons pour un corps de densité 0.9 (Au niveau du satellite Pan, après la division de Cassini)
Io par la sonde Galiléo en 1999 (Mozaïque)
Marées océaniques et terrestres sur Terre dues aux forces de marée Lunaire et Solaire
Sous l'effet de marée, le milieu des océans se soulève de 0.5m à 1m mètre environ. La croûte terrestre se soulève également de 20 à 30cm (0cm aux pôles jusqu'à 40cm à l'équateur). Le LHC du CERN tient compte de cet effet de marée terrestre par exemple.
Sur la Lune, le soulèvement du sol est 10 à 20 fois plus important (2m à 4m ?) : A vérifier
Io, Satellite galiléen le plus proche de Jupiter : Volcanisme intense et actif pour évacuer l’energie due à l’effet de marée de Jupiter.
Europe, 2ème Satellite galiléen de Jupiter : Fragmentation de la glace .
Conséquence directe -> Contraintes importantes sur les corps
Réciproquement, il y a un effet de marée de la Terre sur la Lune
Le champ gravitationnel de la Terre sur la Lune est environ 80 fois plus intense que celui de la Lune sur la Terre.
Le rayon de la Lune est à peu près égal à un quart du rayon de la Terre. De ce fait l’effet de marée produit par la Terre sur la Lune sera environ 20 fois plus important que celui produit par la Lune sur la Terre.
Cet effet provoque une déformation de la Lune responsable de séismes lunaires. Des sismomètres ont été installés sur la Lune lors des missions Apollo :
Observation de 10 000 séismes dus aux effets de marée terrestre,
de 1700 impacts de météorites,
et de 30 séismes dus au refroidissement de la Lune.
Principe de l'effet de marée
Le nom de cette force de marée vient du mot 'mer' mais en fait il s'applique à toutes surfaces planétaires subissant cet effet : Io subit l'effet de marée de Jupiter ....
La force de gravitation entre 2 corps est proportionnelle au produit de leur masse et inversement proportionnelle au carré de la distance entre ces 2 corps
Du fait de sa masse et malgré sa grande distance, le champ gravitationnel du Soleil sur la Terre est environ 175 fois plus intense que celui de la Lune sur la Terre.
Une personne de 100Kg subit de la part du Soleil une force de 0.6 N , et de la part de la Lune une force de 0.0034 N
Cependant, l'effet de marée reste prépondérant à courte distance. Ceci est dû au fait que les corps en présence ne sont pas des points mais des sphères en rotation. Sans rentrer dans la démonstration, la force de marée est proportionnelle à l'inverse du cube de la distance entre les 2 corps
La Lune, moins massive que le Soleil, mais beaucoup plus proche de la Terre a une influence plus importante que le Soleil sur nos marées terrestres.
La force de marée de la Lune = 2,17 x force de marée du Soleil