Méca 2 - Lagrange - Observatoire de la Côte d`Azur
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Le couple Terre – Lune Les forces de marées Christophe Benoist (Observatoire de la Côte d’Azur) Plan • • • • Quelques généralités sur le système T-L Formation de la Lune Marées océaniques Forces de marées • Courbe de rotation d’une galaxie spirale Distance moyenne de 384 000 km Excentricité e = 0.0554 RL / RT = 0.27 ML /MT = 0.012 L = • Le jour sidéral (23h 56min) est le temps nécessaire pour que la Terre accomplisse une révolution sur elle-même par rapport à l’ensemble des étoiles du ciel. • Le jour solaire (24h) correspond au temps nécessaire pour que la Terre accomplisse une révolution pour revenir dans la même configuration face au Soleil. • Mois sidéral (27.3 jours) • Mois synodique (29.5 jours). Période synodique d’une planète: temps mis par cette planète pour revenir à la même configuration Terre-planète-Soleil. Les phases de la Lune Dues aux positions relatives Terre – Lune – Soleil Orbite de la Lune Plan de l’orbite lunaire incliné de 5°17’ sur le plan de l’écliptique Mouvements de la Lune et éclipses Plan de l’orbite lunaire Rotation de la Lune La Lune tourne sur elle-même en 27.3 jours (révolution sidérale) Elle nous présente toujours la même face (rotation synchrone = résonance spin:orbite 1:1) face visible face cachée Géographie de la surface lunaire Cratères d’impact : les plus grands sont les plus anciens. Les « mers » : grandes plaines basaltiques sombres formées par d’anciennes éruptions volcaniques (3.3Ga), postérieures au grand bombardement (~4Ga). face visible face cachée mers cratères Formation de la Lune Toujours en débat… Plusieurs hypothèses - la capture d’un astéroïde, - la fission d’une partie de la terre par l’énergie centrifuge, - la co-accrétion de la matière originelle du système solaire. Étant donné l’inclinaison de l’orbite lunaire, il est peu probable que la Lune se soit formée en même temps que la Terre, ou que celle-ci ait capturé la Lune. L’hypothèse la mieux acceptée : - l’impact géant : une collision entre la jeune Terre et Théia, un objet de la taille de Mars, aurait éjecté de la matière autour de la Terre, qui aurait fini par former la Lune que nous connaissons aujourd’hui. Cet impact est daté à 42 millions d’années après la naissance du système solaire. Formation de la Lune : L’hypothèse Théia Formation de la Lune : L’hypothèse Théia Forme des corps du système solaire • Les corps du système solaire sont des corps malléables sensibles à leur propre gravité • Si les forces de cohésion internes sont inférieures à la gravité => forme sphérique (e.g. planètes gazeuses) • Les corps de rayon inférieur à ~100km ont une forme irrégulière qui garde la trace du processus qui a conduit à leur formation (astéroïdes, comètes, petits corps) • Le gravitation entraine les éléments les plus lourds au centre => séparation noyau métallique et une croûte rocheuse (planètes telluriques). Ce processus a lieu si la température est assez élevée. Astéroïdes Les marées + ? D A B R a A/C GM L GM L D 2 D 2 (1 R/D) 2 2R GM L ~ 3 GM L 2 2 2 2 (D R ) D D (D R) D a B/C GM L GM L D 2 D 2 (1 R/D) 2 2R GM L ~ 3 GM L 2 2 2 2 ( D) (D - R) D (D R) D D A B 2R a A/C ~ 3 GM L D 2R a B/C ~ 3 GM L D R Δa Lune R L M T . ~ 22 Δa Terre R T M L 2 marées par jour La Lune… et le Soleil Les marées océaniques, un phénomène complexe… Les forces de marées • Marées océaniques => l’amplitude devrait être de 70 cm sans continents • Marées atmosphériques peu observables • Marées terrestres, s'exerçant sur la masse rocheuse de la Terre. => Amplitude d'environ 20 cm De manière générale, on parle de forces de marée pour tous les corps qui subissent des variation de la gravité locale à cause des mouvements d'un corps massif. Comment détecter les marées terrestres? Tirs de laser sur la Lune depuis l’observatoire de Calern (ILRS) Effets des forces de marées révolution du satellite sur lui-même plus rapide que sa révolution autour de la planète Effets des forces de marées révolution du satellite sur lui-même plus rapide que sa révolution autour de la planète Tend vers un ralentissement du spin du satellite, et vers un éloignement. Effets des forces de marées révolution du satellite sur lui-même plus lente que sa révolution autour de la planète Effets des forces de marées révolution du satellite sur lui-même plus lente que sa révolution autour de la planète Tend vers une accélération du spin du satellite, et vers un rapprochement. Effets des forces de marées révolution du satellite plus lente que la planète sur elle-même Conjointement, et sur des échelles de temps plus grandes, on tend vers un ralentissement du spin de la planète, et vers un éloignement du satellite, et ainsi vers la double rotation synchrone. Effets des forces de marées • • • Les frottements suscités dans le satellite par les forces de marées ont ralenti celui-ci jusqu’à la rotation synchrone ou les frottements disparaissent (quelques millions d’années). Cet effet ralentit aussi la rotation de la planète mais sur des échelles de temps beaucoup plus longues: la rotation de la Terre ralentit et la lune s’éloigne à une vitesse de 3.74 cm/an. La position d ’équilibre est la double rotation synchrone. Le système T-L devrait l’atteindre dans 50 milliards d’années! Les périodes de révolutions seraient de 47 jours. Tous les satellites réguliers du système solaire sont en rotation synchrone avec leur planète Libration de la Lune Phénomène lié à l’excentricité de l’orbite de la Lune autour de la Terre Effets des forces de marées Cas où l’orbite du satellite est plus rapide que la rotation de la planète Exemple de Phobos autour de Mars: les forces de marée de la planète vont faire décroître le rayon orbital du satellite, jusqu'à ce qu'il s'abîme à sa surface. Io Effets des forces de marées Cas où l’orbite du satellite est excentrique Exemple de Io autour de Jupiter: des frottements subsistent, ils échauffent l’intérieur du satellite ce qui entraine un volcanisme très actif. Activité volcanique sur Io Limite de Roche La limite de Roche est la distance théorique en dessous de laquelle un satellite commencerait à se disloquer sous l'action des forces de marée causées par le corps céleste autour duquel il orbite, ces forces dépassant la cohésion interne du satellite. Elle tire son nom de l'astronome français Édouard Roche qui l'a théorisée le premier. La comète Shoemaker-Levy en mars 1994 4 mois avant sa collision avec Jupiter Images du Hubble Space Telescope Images du Hubble Space Telescope La comète Shoemaker-Levy Vue d’artiste
