Orbite

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Une orbite est le sentier qu'un objet décrit lorqu'il est sujet à une force centrale qui le tire vers un autre corps comme il passe. En astronomie, la force centrale est cela de gravité et se varie inversement comme le carré de la distance entre les centres de l'objet et le corps concerné.

Lois de Motion Orbitale

Dans le courant du XVIIème siècle, l'astronome allemand Johannes Kepler a réalisé que les planètes ne décrient pas d'orbites circulaires autour de la terre. Il a développé ce qui est venu à se connaître comme les Lois de motion planétaire de Kepler. En les termes simples:

  1. Une planète est en orbite autour du soleil, et son sentier est une ellipse avec le soleil à une point de mire de l'ellipse.
  2. Le segment de ligne qui joint le soleil et aucune planète balaye d'aires égales en les espaces ègals de temps comme la planète se meuve en son orbite.
  3. Le carré de la période d'une planète se varie directement comme le cube de sa distance moyenne du soleil—ou être plus spécifique, l'axis semi-majeur.

Sir Isaac Newton formulerait plus tardivement la base physique pour toutes les lois de Kepler. Ceci était sa loi de gravitation universelle, qui dit que:

« Chaque particule dans l'univers attire chaque autre particule avec une force inversement proportionnelle au carré de la distance entre elles et directement proportionnelle au produit de leurs masses.  »


Ou en algèbre:

F = \frac{GMm}{R^2}

en lequel G est constant, M et m sont les masses de l'objet le plus large et plus petit respectivement, et R est la distance entre leurs centres.

En outre, les lois de Kepler ne limitent pas leur application aux orbites planétaires (ou d'une planète naine) autour du soleil. Elles s'applique assez bien aux orbites des lunes autour leurs primaires respectifs.

Concepts généralisés des orbites

Kepler a développé ses lois en le context spécial des orbites fermées, ou orbites qui commencent et finissent au même point. Mais les orbites ne sont pas toutes fermées. Techniquement, le sentier d'aucun objet la motion duquel est sujet presque entièrement à gravité est une orbite. Ceci inclurait même le sentier d'une bombe d'artillerie. En effet, une bombe d'artillerie—ou plus spécifiquement un « boulet de canon newtonien » déchargé d'un canon monté très haut au-dessus de l'atmosphère de la terre—est un métaphore commune pour enseigner le concept d'orbite aux étudiants de la science.

Une orbite est section conique, qui est la section qu'une surface plane fait avec une surface conique droite circulaire. Une orbite fermée est généralement une ellipse—ou, si les points de mire de l'ellipse coïncident, une cercle. Une orbite ouverte est ou parabole ou hyperbole. Même en le cas d'une orbite ouverte, la première et la deuxième loi de Kepler s'appliquent encore: l'objet le plus massif, ou primaire, est à un point de mire (vraiment le point de mire d'une parabole), et le segment de ligne qui joint le primaire à l'objet orbitant balaye les aires égales dans les espaces égals de temps. (La troisième loi n'a pas de définition en le case d'une orbite ouvert, parce que la « période, » comme ça, est infinie.)

Un objet en une orbite parabolique se meuve à la vitesse d'évasion comme il fait son approche la plus voisine au primaire. Si l'objet vraiment se meuve plus vite que cette vitesse critique au moment de son approche plus voisine, son orbite serait hyperbolique.

Les éléments orbitales

Aucune description des éléments orbitales n'est complète sans définer quelques autres termes qui se utilisent pour les définer.

  • Un système d'orbites est aucune combinaison d'un corps massif et tous les autres corps ou objets en orbite autour lui. Le corps massif central s'appelle le primaire.
  • Une direction est un rayon ayant le centre géométrique de l'orbite pour l'origine et passant à travers un point arbitraire en l'orbite.
  • Une direction de référence est une direction arbitraire choisie être approximativement la même pour tous les corps ou objets en un système donné d'orbites. Pour le système solaire, la direction de référence est le point vernal, ou la direction de la Terre à l'équinoxe vernal. POur un système d'une planète et ses lunes, la direction de référence est le rayon parallèle à la direction de référence de l'écliptique. Pour une planète extrasolaire, la direction de référence est le « nord galactique. »
  • Une surface plane de référence est une surface plane arbitraire en l'espace local au système d'orbites. Pour les orbites des planètes ou planètes naines, la surface plane de référence habituelle est l'écliptique (l'orbite de la Terre autour du Soleil). Pour les orbites lunaires, la surface plane de référence est celle qui contient l'équateur du primaire.
  • Une noeud est un oint auquel l'orbite se passe à travers une surface plane de référence. Le noeud montant est le point auquel l'objet en orbite se meuve du « sud » au « nord » vis-à-vis la surface plane de référence. Le noeud descendant est le plint auquel l'objet se meuve du « nord » au « sud .»

Six éléments sont absoluement essentiels pour définer une orbite vis-à-vis ou son primaire ou l'écliptique (l'orbite de la Terre autour du Soleil). Ils sont:

  1. L'axis semi-majeur (symbole: a), le segment de ligne qui joint le centre géométrique de l'orbite à aucun des deux point de l'ellipse qui se trouvent en ligne avec l'axis majeur (la ligne qui passe à travers les points de mire). Ceci est le mesure de la grandeur d'une orbite.
  2. L'excentricité orbitale (symbole: e), un nombre spécial sans dimention qui défine le détour de l'orbit d'un cercle parfait. Pour un cercle, e = 0. Pour une ellipse, e est le quotient de la distance du centre géométrique à aucun point de mire, divisé par l'axis semi-majeur. Ainsi 0 < e < 1. Les orbites ouvertes commencent avec e = 1 (parabole) et continuent avec e > 1 (hyperbole). L'excentricité détermine la forme d'une orbite.
  3. La période orbitale (symbole: T), le laps qui le corps en orbite exige pour tourner autour le primaire. Selon la troisième loi de Kepler comme modifiée par Newton, cela se varie inversement comme le radical de carré de la masse du primaire. Ainsi le mesure de l'axis semi-majeur et la période d'aucune orbite peut prédire précisement la masse de son primaire. (En effet, c'est comment les astronomes ont calculé la masse de la planète naine Éris et ont déterminé qu'Éris était significativement plus lourde que Pluton.)
  4. L'inclination (symbole: i) de l'orbite est l'angle que sa surface plane fait avec une surface plane de référence.
  5. L'argument de périapside (symbole: ω) est l'angle que la périapside fait avec la direction (voyez au-dessus) du noeud montant.
  6. La longitude du noeud montant (symbole: Ω) est l'arc, en la direction de l'orbite, de la direction de référence à la direction du noeud montant.

Références

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Voyez aussi