Façon de "quitter" le système solaire: verticale possible?

[elletse]

Bonjour à tous,

Je me pose une question somme toute assez bizarre.
C'est peut-être très con, totalement incohérent avec les principes physiques fondamentaux, et ça revèle sûrement de grandes lacunes scientifiques de ma part mais...

Quand on parle de 'sortir' du système solaire, il est question d'envoyer une fusée qui s'éloignera progressivement du Soleil en restant sur le plan de l’écliptique. A vous de me confirmer, que si l'on fait de cette façon, c'est qu'il n'est pas possible techniquement d'envoyer un objet qui s'éloignerait du Soleil autre part que sur le plan de l'écliptique. (une histoire de gravité? le fait que cet objet se servirait des différents champs d'attractions des planètes comme de "propulseurs"?)

C'est là qu'intervient mon interrogation:

N'est-il pas possible d'envoyer un objet sur un axe perpendiculaire au plan de l'écliptique?
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[Amanuensis]

Bonjour, et bienvenu sur le forum,

On pourrait envoyer une sonde directement dans la direction perpendiculaire à l'écliptique, rien physiquement ne s'y oppose.

Mais cela coûterait une énergie très supérieure au cas où on la fait partir dans le plan.

Un premier point est que non seulement on perd la vitesse de la Terre par rapport au Soleil (30 km/s, à comparer aux 42 km/s de la vitesse de libération solaire à la distance de l'orbite terrestre), mais encore il faudrait la compenser pour tirer exactement dans la perpendiculaire. Ce qui fait un delta v à donner de rac(42²+30²) = 52 km/s, à comparer à quelque chose comme 16 km/s en tirant dans la direction de la vitesse de la Terre. Soit de l'ordre de 10 fois plus en énergie !

Un second point est qu'on perd les possibilités d'utiliser les planètes pour une accélération efficace par effet de fronde. Cela permet de réduire l'énergie nécessaire au lancement. (Pour le moment, seule la sonde New Horizons a atteint la libération sans assistance par une planète)

Si on veut envoyer une sonde perpendiculairement à l'écliptique, il serait plus économique de tirer dans le plan (ou presque) et d'utiliser une planète pour un effet de fronde envoyant la sonde en perpendiculaire (possibilité à confirmer). Mais cela resterait moins efficace qu'utiliser la planète pour accélérer dans le plan (la planète se déplaçant dans le plan).

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En résumé, physiquement possible, mais énergétiquement très cher.

[Gilgamesh]

On peut, ça a été fait pour la sonde Ulysses, qui a été placée sur une orbite héliocentrique polaire (inclinaison 90°), mais ça nécessite un deltaV très important : la vitesse orbitale de la Terre représente 30 km/s. Si on reste sur l'ecliptique, on peut retrancher cette vitesse du dV de la mission. Mais si on veut que l'orbite soit perpendiculaire, il faut les fournir intégralement. Et 30 km/s c'est énorme.




source wiki

Dans la cas Ulysses la motivation était d'observer les pôles solaires. Mais autrement ?


edit : croisement avec Amanuensis

[Aroll]

Bonjour.
Si mes souvenir sont bon, Pionneer 10 a utilisé l'assistance gravitationnelle de Jupiter, à la fois pour accélérer et pour quitter le plan de l'écliptique et ainsi sortir du système solaire "par la tranche".

Amicalement, Alain

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

Si mes souvenir sont bon, Pionneer 10 a utilisé l'assistance gravitationnelle de Jupiter, à la fois pour accélérer et pour quitter le plan de l'écliptique et ainsi sortir du système solaire "par la tranche".

Je n'arrive pas à recouper cette info. Au contraire j'ai lu quelque part que la prochaine étoile qu'il va rencontrée est Aldébaran, et la direction de celle-ci est proche de l'écliptique.

[shmikkki]

Bonjour à tous,

En lisant ce topic, je me pose effectivement une question aussi "naïve":
Pourquoi les planètes en orbites sont-elle toutes (en oubliant Pluton) sur la même orbite? Je sais qu'elles tournent autour du soleil à cause du principe d'inertie et surtout à cause du champ gravitationnel du soleil. Mais justement, le champ gravitationnel n'est pas sur un plan, si? Je veux dire, il n'est pas simplement dans un espace en 2D, il est dans un espace en 3D, non? Alors pourquoi les planètes se sont retrouvées sur le même plan en 2D?

Merci!

[Kelthuzad]

Bonjour,

Ce n'est pas une question naïve, au contraire elle est très intéressante. Les orbites des exoplanètes sont loin d'être toutes alignées, le cas de notre système solaire avec des orbites plutôt circulaire et dans un plan est une exception. Cependant ce n'est pas un hasard, des inclinaisons très différentes provoqueraient des perturbations sur les planètes entre elles, ce qui n'est pas favorable à une température modérée comme on peut trouver sur Terre, donc à la vie. Si une planète comme la Terre devait se former, c'est bien sur un système solaire similaire au notre.

[Gloubiscrapule]

Cependant ce n'est pas un hasard, des inclinaisons très différentes provoqueraient des perturbations sur les planètes entre elles, ce qui n'est pas favorable à une température modérée comme on peut trouver sur Terre, donc à la vie.

C'est surtout à cause de la conservation du moment cinétique. Le nuage de gaz à l'origine du système solaire tournait un peu et avait donc un moment cinétique. En s'effondrant il s’aplatit dans la direction de l'axe de rotation pour former un disque. Au centre du disque le soleil va se former et en périphérie où on trouve les éléments plus lourds comme les poussières vont se former les planètes. Elles sont donc essentiellement contenues dans un plan, celui du disque originel.

[Kelthuzad]

Oui mais ça n'explique pas pourquoi les planètes sont dans un plan aujourd'hui. Ce que tu décris est la formation d'un système solaire et pourtant sur les centaines d'exoplanètes observées, on se rend compte que leur orbite ne sont pas alignées, parfois parallèle à l'axe de rotation de l'étoile, ce qui rend la question intéressante.

[Gilgamesh]

Oui mais ça n'explique pas pourquoi les planètes sont dans un plan aujourd'hui. Ce que tu décris est la formation d'un système solaire et pourtant sur les centaines d'exoplanètes observées, on se rend compte que leur orbite ne sont pas alignées, parfois parallèle à l'axe de rotation de l'étoile, ce qui rend la question intéressante.

Même si à l'occasion d'interaction gravitationnelle un disque peut devenir "chaud" avec des inclinaisons importantes du plan orbitale pour certaines planètes, il reste que dans la théorie de formation planétaire il existe fondamentalement un plan écliptique où se forme et demeure l'essentiel de la masse en orbite.

[Aroll]

Bonjour.

Je n'arrive pas à recouper cette info. Au contraire j'ai lu quelque part que la prochaine étoile qu'il va rencontrée est Aldébaran, et la direction de celle-ci est proche de l'écliptique.

Moi non plus...... C'est un souvenir assez lointain, mais il est possible aussi que j'ai été influencé par le dessin figurant sur la "plaque" de Pionneer........ tout bêtement.
http://fr.wikipedia.org/w/index.php?...que.svg&page=1
Et il se dirige effectivement vers Aldébaran.

Amicalement, Alain

[Kelthuzad]

Même si à l'occasion d'interaction gravitationnelle un disque peut devenir "chaud" avec des inclinaisons importantes du plan orbitale pour certaines planètes, il reste que dans la théorie de formation planétaire il existe fondamentalement un plan écliptique où se forme et demeure l'essentiel de la masse en orbite.

Absolument, l'observation d'exoplanètes possédant une orbite éloignée de la perpendiculaire de l'axe de rotation de l'étoile porte à réfléchir aux scientifiques encore aujourd'hui.

[arbanais83]

Bonjour,

. Cependant ce n'est pas un hasard, des inclinaisons très différentes provoqueraient des perturbations sur les planètes entre elles, ce qui n'est pas favorable à une température modérée comme on peut trouver sur Terre, donc à la vie. Si une planète comme la Terre devait se former, c'est bien sur un système solaire similaire au notre.

Bonsoir.

Qu'est ce qui n'est pas un hasard le fait que la vie soit apparue sur la terre de part la configuration exceptionnelle du système solaire qui le permettait.
Ou le fait que notre système solaire ait évolué vers une une situation ou les planètes orbitent dans un même plan ?
Est-ce vraiment une situation exceptionnelle ou bien sur la durée les planètes qui n'orbite pas dans un même plan ont plus tendance à entrer en collision pour à la fin ne laisser que celles qui évoluent dans le même plan ?

[Kelthuzad]

Bonsoir.

Qu'est ce qui n'est pas un hasard le fait que la vie soit apparue sur la terre de part la configuration exceptionnelle du système solaire qui le permettait.
Ou le fait que notre système solaire ait évolué vers une une situation ou les planètes orbitent dans un même plan ?
Est-ce vraiment une situation exceptionnelle ou bien sur la durée les planètes qui n'orbite pas dans un même plan ont plus tendance à entrer en collision pour à la fin ne laisser que celles qui évoluent dans le même plan ?

Une planète habitable est un fabuleux hasard à notre échelle. Ce qui n'est pas un hasard c'est que la Terre se soit formée sur un système favorisant la vie plutôt que sur un système solaire ne la favorisant pas.
Les exopanètes ont plutôt tendances d'après les observations à prendre un angle orbitale différent par rapport aux objets gravitant initialement autour de l'étoile en création.

Donc selon ta question j’opte pour ceci :

Ou le fait que notre système solaire ait évolué vers une une situation ou les planètes orbitent dans un même plan ?

[shmikkki]

Je vous remercie pour vos réponses à tous, mais je ne comprend toujours pas: A t-on une explication sur le pourquoi les planètes évoluent sur le même plan? Ça serait donc parce que si elles n'évoluaient pas sur le même plan, les interactions gravitationnelles entre elles rendraient le système instable?
Mais du coup, pourquoi il y a t-il des systèmes ou les planètes n'évoluent pas sur le même plan, comme il est mentionné par Kelthuzad?

[Kelthuzad]

Je pense que le système solaire est un cas très particulier, où les planètes ont eu la chance de ne subir que très peu d'interactions gravitationnelles afin de conserver des orbites peu inclinées. Le pourquoi reste apparemment encore un mystère, différentes propositions ou spéculations font surfaces. Pour ma part le raisonnement par l'absurde est de se dire que parmi tant de systèmes, si une planète accueillant la vie dans les environs (Quelques millions d'al à la ronde) devait exister, ça serait bien une planète de notre système solaire.

[Amanuensis]

Ça serait donc parce que si elles n'évoluaient pas sur le même plan, les interactions gravitationnelles entre elles rendraient le système instable?

Pas une question de stabilité. Le moment du cinétique total du système doit être conservé, alors que suite à divers événements (chocs, ...) de l'énergie se dissipe. Et on montre (je répète ce que j'ai lu, je ne saurais le montrer) que perdre de l'énergie à moment cinétique constant amène à une forme en gros plate. D'où la forme de galaxies, des anneaux de Saturne, du Système Solaire, etc.

En d'autres termes, pour un système avec plein d'interactions, le plan est la situation d'énergie minimale sous la contrainte d'un moment cinétique total donné, et donc celle vers laquelle tend le système s'il y a dissipation d'énergie.

(A contrario, sans interactions et dissipation d'énergie la forme reste à symétrie sphérique même avec rotation, c'est le cas de la matière noire de notre Galaxie par exemple.)

[shmikkki]

Ok, merci pour cette explication claire Amanuensis!
Tu parle de matière noire ... ça veut dire que la matière noire n'a pas "besoin" de tourner sur le même plan car il n'y a pas d'interaction ni de dissipation d’énergie? Ce qui m'amène a une question (c'est la dernière !). On sait que la matière noire est responsable d'une force (on peut parler de gravité pour la matière noire?) qui agit sur la matière normale (rotation des galaxie par exemple), mais est-ce-que la matière noire est soumise à la force gravitationnelle de la matière normale? Est-celle aussi soumise à sa propre force (est-elle en interaction avec elle-même)?
(ce qui donnerait du sens quand tu dis que la matière noire n'a pas besoin de tourner sur le même plan)

[Amanuensis]

À ce que j'en comprends, la matière noire, telle qu'on l'hypothèse, n'interagit que gravitationnellement, que ce soit "entre elle" ou avec la matière lumineuse (celle dont on a l'expérience, c'est à dire la matière qui interagit avec le champ électro-magnétique, ce qui inclut les neutrons ou les atomes neutres). Il n'y a pas de force particulière à la matière noire. La matière noire galactique resterait disposée sphériquement parce que sa seule interaction serait gravitationnelle, sans dissipation d'énergie.

[elletse]

Merci d'avoir pris la peine de répondre. Je ne savais pas que cela avait déjà été fait lors de différentes missions.
Je vous laisse continuer de débattre, surtout que c'est très intéressant.

[shmikkki]

D'accord!!
Donc, pour résumer:
La matière lumineuse gravite de préférence sur le même plan, à cause des interactions gravitationnelles entre elle (entre les planètes par exemple) qui dissipent l’énergie. Mais la matière noire galactique subit aussi des interactions gravitationnelles mais sans perte dissipation d’énergie, ce qui lui permet d'être disposée sphériquement.
Vraiment toujours aussi étrange cette matière noire ...

[Gloubiscrapule]

La matière lumineuse gravite de préférence sur le même plan, à cause des interactions gravitationnelles entre elle (entre les planètes par exemple) qui dissipent l’énergie.

Non ce ne sont pas les interactions gravitationnelles qui dissipent l'énergie sinon la matière noire en dissiperait aussi. Ce sont les interactions électromagnétiques essentiellement qui dissipent en rayonnant l'énergie. Si on peut voir un univers brillant: des étoiles, des galaxies, du gaz etc... c'est justement parce que ça dissipe, par rayonnement!

[shmikkki]

D'accord, merci Gloupiscrapule pour ces précisions, j'avais mal compris.
Je ne comprend comment des corps comme les astéroïdes peuvent dissiper de l’énergie sous forme électromagnétique ... Ce sont des corps qui paraissent assez "sombres". Donc c'est le même phénomène pour les anneaux de saturnes ...? Donc même a cette échelle, l’énergie électromagnétique peut avoir une influence comparable à la gravité?
Mais alors du coup, la matière lumineuse gravitant autour de la matière noire subit aussi le même phénomène ...
Et donc la matière noire ne subit rien de cela, car justement elle est "noire" (noire au sens elle ne subit pas la force électromagnétique).
Donc pour finir, on est seulement sûr que la matière noire subit seulement la gravité (pas de force électromagnétique, force faible? Forte?).

[Amanuensis]

D'accord, merci Gloupiscrapule pour ces précisions, j'avais mal compris.
Je ne comprend comment des corps comme les astéroïdes peuvent dissiper de l’énergie sous forme électromagnétique ...

Le rayonnement électro-magnétique comprend aussi l'infrarouge.

Lors d'un choc "mou", une partie de l'énergie mécanique est transformée en chaleur, et celle-ci est ensuite émise sous forme de rayonnement (infrarouge aux températures usuelles dans le système solaire). Le simple fait qu'il y a des chocs entre astéroïdes résulte en une dissipation d'énergie sous forme électromagnétique.

Donc même a cette échelle, l’énergie électromagnétique peut avoir une influence comparable à la gravité?

L'électromagnétisme intervient dans les atomes, les molécules, les chocs entre molécules, la solidité des corps solides, les réactions chimiques, etc. L'influence de l'électro-magnétisme est majeure dans tous les phénomènes ou presque dont nous avons l'habitude. Sans les phénomènes e.m., on ne parlerait même pas d'astéroïde ! Ni de planète, ni d'étoile.

Et donc la matière noire ne subit rien de cela, car justement elle est "noire" (noire au sens elle ne subit pas la force électromagnétique).
Donc pour finir, on est seulement sûr que la matière noire subit seulement la gravité (pas de force électromagnétique, force faible? Forte?).

Être sûr n'a pas grand sens en science. Les seuls phénomènes observés qui amènent l'hypothèse de la matière noire sont gravitationnels, et pour le moment on arrive à expliquer ces observations en supposant que la matière noire n'est sensible qu'à la gravitation. Au-delà, on entre dans les spéculations.

[stefjm]

Être sûr n'a pas grand sens en science. Les seuls phénomènes observés qui amènent l'hypothèse de la matière noire sont gravitationnels, et pour le moment on arrive à expliquer ces observations en supposant que la matière noire n'est sensible qu'à la gravitation. Au-delà, on entre dans les spéculations.

Ça me rappelle une discussion où j'avais maladroitement utiliser le terme de monde sans électromagnétisme...

[ansset]

bjr, on peut se poser la même question pour les galaxies qui sont pour la plupart très plates.
ex : voie lactée Diam :30000 parsec, epaisseur : 1000 parsec.
( je ne tiens pas compte de la matière noire 0).
M104 est assez étonnante d'ailleurs, on dirait un CD.

[Gilgamesh]

Je pense que le système solaire est un cas très particulier, où les planètes ont eu la chance de ne subir que très peu d'interactions gravitationnelles afin de conserver des orbites peu inclinées.

On pense plutôt, mais ça reste de l'ordre de l'hypothèse que l'écart entre le plan de rotation des planètes et de l'étoile centrale résute plutôt d'un basculement de l'étoile elle même du à l'interaction magnétique entre la jeune étoile et le disque protoplanétaire.

[Kelthuzad]

Ca impliquerait que les planètes soient dans un même plan, ce qui n'est pas le cas pour tous les systèmes observés.

[Gilgamesh]

Ca concerne quels systèmes parmi ceux ci (126 systèmes multiplanétaires) : http://en.wikipedia.org/wiki/List_of...netary_systems


Vu le mode de formation des planètes, dans un disque, l'idée d'un plan de référence s'impose naturellement. Toutefois le disque s'évase loin de l'étoile, donc en l'absence de migration, on peut imaginer que l'inclinaison moyenne est plus élevée pour des planète formée loin de leur étoile. Mais par la force des choses les systèmes détectés concernent des planètes plutôt très proches de leurs étoile.

[Kelthuzad]

Merci pour le lien.