Problématiques d'orbites

[invitea7bed009]

Bonjour bonjour,

Tout d'abord, je tiens à préciser que je ne suis en rien astrophysicien, physicien tout court, ou simplement scientifique en général. J'aime tout ce qui touche à la mécanique céleste, le fonctionnement des planètes ou la création des étoiles, mais je n'ai certainement pas la prétention de m'y connaitre autant que la plupart des membres de ce forum, d'où ma présence ici.

Si je viens vers vous aujourd'hui, c'est parce que je suis en face d'un problème que je n'arrive pas à régler seul (disons dans un délai raisonnable).
Je suis écrivain en devenir (j'insiste sur ces derniers mots) et mon projet actuel, peut-être quelque peu ambitieux, et mon esprit perfectionniste sur les bords m'amènent à vouloir simuler ce que serait une journée (et par extension, une année) sur un satellite orbitant autour d'une planète.
J'ai donc testé cette configuration sur Universe Sandbox, mais je me suis vite heurté à un mur – autre que celui de ses performances limitées et de son ergonomie toute relative. Je m'explique…

Dans un système stellaire quelconque comportant un certain nombre de planètes (je ne sais pas encore combien, mais c'est pas très important pour le moment) nous avons une planète, que nous baptiserons G, autour de laquelle gravitent deux lunes, la première s'appelant E et la seconde, plus petite, se nommant F.
La première partie du roman se déroulerait sur E, et comme dit plus haut j'ai besoin de savoir comment s'y passerait une journée, afin d'accroître la crédibilité de mon récit – mais aussi sur F et G, histoire de régler la question une fois pour toutes.

Là où le problème apparaît, c'est que ces deux lunes (E et F), en plus d'avoir une rotation sur elles-mêmes plus rapide que notre chère Lune (elles ne présentent donc pas en permanence le même côté à G), sont diamétralement opposées, et donc cachées l'une à l'autre par G.
Leur masse étant différente, j'en ai déduit que la distance les séparant chacune de G devait l'être aussi, F ayant alors un demi-grand axe plus important que E.
Puis je me suis dit que cette distance pourrait aussi être égale, mais qu'à ce moment-là la vitesse orbitale de F serait moins élevée que celle de E, afin qu'elle ne "rattrape" pas cette dernière.
Bref, il y a sûrement d'autres configurations possibles, mais comme vous le voyez c'est un sacré casse-tête – du moins quand on n'est pas ou peu initié, comme moi.

Mais je ne vais pas rentrer dans les détails maintenant. Si quelqu'un est intéressé, qu'il ou elle me le fasse savoir pour que nous en discutions plus en avant et que je lui communique les informations que j'ai déjà définies (diamètres et masses des planètes, distance de l'étoile, etc.). Car oui, je suis assez méticuleux et j'ai de fait des attentes plutôt précises de ce que devra être le rendu final.

Bref, comme vous pouvez le constater, j'aime écrire des pavés pour (presque) rien !

Pour finir, je rappelle que je m'adresse ici à ceux d'entre vous qui aimeraient s'amuser à relever ce défi et m'aider à reproduire ce système planétaire afin que je me débrouille seul par la suite.
Inutiles donc les "tu te compliques la vie pour rien" ou "tu n'as qu'à prendre les même chiffres que pour la Terre et la Lune" ou tout autre commentaires de ce genre, je n'en tiendrai pas compte. Merci de votre compréhension.

Joyeux 14 juillet à tous !


PabloJR
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[phys4]

Dans un système stellaire quelconque comportant un certain nombre de planètes (je ne sais pas encore combien, mais c'est pas très important pour le moment) nous avons une planète, que nous baptiserons G, autour de laquelle gravitent deux lunes, la première s'appelant E et la seconde, plus petite, se nommant F.

Là où le problème apparaît, c'est que ces deux lunes (E et F), en plus d'avoir une rotation sur elles-mêmes plus rapide que notre chère Lune (elles ne présentent donc pas en permanence le même côté à G), sont diamétralement opposées, et donc cachées l'une à l'autre par G.

Cette configuration est momentanément possible, mais logiquement instable, car à la moindre perturbation, les satellites auront tendance à se rapprocher puis soit fusionner, soit échanger leurs positions, pour peu que les orbites différent légèrement. En outre des satellites qui ne soit pas synchrones en rotation autour de leur planète c'est rare.

Leur masse étant différente, j'en ai déduit que la distance les séparant chacune de G devait l'être aussi, F ayant alors un demi-grand axe plus important que E.

Non, l'orbite ne dépend pas de la masse, vous pouvez donc mettre une masse quelconque sur la même orbite.

[Amanuensis]

Bonjour

Bonjour, et bienvenue sur le forum,

Quelques compléments à ce qui a déjà été répondu:

Puis je me suis dit que cette distance pourrait aussi être égale, mais qu'à ce moment-là la vitesse orbitale de F serait moins élevée que celle de E, afin qu'elle ne "rattrape" pas cette dernière.

Vu qu 'il s'agit d'orbites, si la vitesse de F est moins élevée que celle de E, c'est E qui rattrapera F. La seule possibilité pour qu'elles ne se rattrapent pas est que leurs périodes orbitales soit strictement égales.

Il y a un cas bien étudié, c'est si la masse de F est négligeable devant la masse de E, elle-même de masse négligeable devant celle de la planète. Alors F peut se trouver à l'un des points de Lagrange du système (planète, E).

L'opposition par rapport à la planète correspond à L3. F exactement en L3 est instable comme déjà indiqué. Mais il existe des orbites proches qui sont quasi stables. Un exemple (en L1 mais c'est pareil) est l'orbite de la sonde Soho. Seulement, la stabilisation demande une action volontaire: possible par exemple si des êtres évolués ont installé des dispositifs pour cela.

Les points L4 et L5 sont plus favorables, naturellement stables (exemple: les astéroïdes troyens pour le système (Soleil, Jupiter)). Mais ce n'est pas en opposition: les trois astres forment un triangle équilatéral.

[invitea7bed009]

Re-bonjour,

Merci pour vos précisions, j'y vois déjà un peu plus clair.

Cette configuration est momentanément possible, mais logiquement instable

Oui je m'en doute, mais je pars du principe qu'elle existe tout de même (en particulier parce que cela reste un roman et non un ouvrage scientifique). Le but est donc de la rendre le plus crédible possible.

En outre des satellites qui ne soit pas synchrones en rotation autour de leur planète c'est rare.

Ah ? Cela veut-il dire que tous ou la plupart des satellites de notre système solaire seraient en rotation synchrone avec leur planète ?

Ainsi la masse n'influence pas l'orbite. Est-ce que cela vaut aussi pour un corps en orbite d'une étoile ? Si oui, qu'est-ce qui défini le demi-grand axe alors, mis à part le hasard ?

Vu qu 'il s'agit d'orbites, si la vitesse de F est moins élevée que celle de E, c'est E qui rattrapera F.

Oui, j'avais basé cette hypothèse sur le fait que la masse jouait un rôle dans l'orbite.

Alors F peut se trouver à l'un des points de Lagrange du système (planète, E).

La seule solution pour que leur "périodes orbitale soit strictement égales" et qu'elles restent diamétralement opposées serait donc que F se situe au point L3 de E ? A ce moment-là, qu'est ce que signifie "instable" ?

Arrêtez-moi si je me trompe, mais j'avais cru comprendre qu'un satellite orbitant au-delà des points L1 et L2 de sa planète subirait alors les interférences des autres corps du système stellaire, en commençant par la ou les étoiles elle-même(s). De même, s'il était situé exactement au point L1 (ou L2) de sa planète, il conserverait toujours la même "position", en l’occurrence "entre" la planète et son étoile, non ?


Concernant les masses maintenant, j'ai appris qu'une planète dont la masse serait supérieure à celle de la Terre et jusqu'à 10 fois celle-ci est appelée super-Terre. Mais a partir de 14 fois la masse terrestre, parle-t-on obligatoirement d'une géante gazeuse ? Si oui, qu'est-ce qu'un corps dont la masse serait située entre 10 et 14 masses terrestre ?


Merci encore, tout cela m'aide beaucoup !


PabloJR

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Ah ? Cela veut-il dire que tous ou la plupart des satellites de notre système solaire seraient en rotation synchrone avec leur planète ?

Ainsi la masse n'influence pas l'orbite. Est-ce que cela vaut aussi pour un corps en orbite d'une étoile ? Si oui, qu'est-ce qui défini le demi-grand axe alors, mis à part le hasard ?

La rotation synchrone est liée à 'effet de marée, les planètes trop proches d'un étoile sont aussi synchrones comme mercure (c'est un synchronisme 2/3 un peu à part)
Les satellites sont souvent trop proches de leur planète et deviennent synchrones.
Je ne vois pas le rapport avec le grand axe ?

Oui, j'avais basé cette hypothèse sur le fait que la masse jouait un rôle dans l'orbite.

Quitte à me répéter, la masse du satellite n'a pas n'a pas d'effet sur l'orbite, ce n'est pas ce qu'il a voulu dire. C'est vous qui avait mis des vitesses différentes, mais inutilement. Si vous voulez des satellites qui restent en opposition, il faut leur donner exactement la même vitesse quelle que soit leurs masses.

Concernant les masses maintenant, j'ai appris qu'une planète dont la masse serait supérieure à celle de la Terre et jusqu'à 10 fois celle-ci est appelée super-Terre. Mais a partir de 14 fois la masse terrestre, parle-t-on obligatoirement d'une géante gazeuse ? Si oui, qu'est-ce qu'un corps dont la masse serait située entre 10 et 14 masses terrestre ?

Une planète aussi grosses est capable de retenir beaucoup de gaz et devrait avoir une atmosphère épaisse : pression au sol de 100 à 1000 bars au moins.

[Amanuensis]

Ah ? Cela veut-il dire que tous ou la plupart des satellites de notre système solaire seraient en rotation synchrone avec leur planète ?

Beaucoup le sont. La plupart, non, mais c'est à vérifier.

Si oui, qu'est-ce qui défini le demi-grand axe alors, mis à part le hasard ?

En gros, oui! À l'époque éloignée du début, il y avait des collisions en pagaille, par exemple. Chaque satellite a une histoire qui lui est propre, et qui a déterminé son orbite actuelle.

La seule solution pour que leur "périodes orbitale soit strictement égales" et qu'elles restent diamétralement opposées serait donc que F se situe au point L3 de E ? A ce moment-là, qu'est ce que signifie "instable" ?

Oui à la première question. L'instabilité signifie qu'il n'y a pas de "force de rappel" qui ramène au L3 si une petite perturbation l'en éloigne. Comme une bille sur un plan, par opposition à une bille au fond d'un cuvette.

L1, L2 et L3 correspondent en gros à une "selle de cheval", alors que L4 et L5 correspondent à des cuvettes. La bille reste dans la cuvette, mais ne reste pas sur la selle de cheval.

De même, s'il était situé exactement au point L1 (ou L2) de sa planète, il conserverait toujours la même "position", en l’occurrence "entre" la planète et son étoile, non ?

Non, il serait déplacé par des perturbations, inévitables s'il y a plus que les trois corps (exemple: les autres planètes du système, un autre satellite, etc.). Comme je l'ai indiqué il existe des orbites proches "moins instables" que pile dessus (pour L1, L2 et L3), mais corrigeables sans trop d'effort (peut-être pas dans tous les cas) ; cela a été utilisé pour différentes sondes. Mais les corrections volontaires ne sont pas nulles (c'est quand même instable).