Questions aux experts
Ciel, Terre, Univers
Pourquoi les orbites sont-elles elliptiques ?
Pourquoi les trajectoires des planètes, autour du Soleil, sont plutôt elliptiques et non pas circulaires ?
Je suis tout à fait d'accord avec la réponse de mon collègue. J'ajouterai un petit commentaire sur les orbites elliptiques et circulaires.
On confond souvent l'allure de la courbe et la trajectoire du corps. La trajectoire du corps est donnée par rapport à un centre - le Soleil dans le cas des planètes du système solaire - et même si la courbe est très proche d'un cercle, la distance Soleil planète n'est pas constante car le soleil est situé à un des foyers de l'ellipse.
Par exemple, l'excentricité de l'orbite terrestre est de 0.0167, donc très faible. Si on trace l'orbite de la Terre en prenant le demi-grand axe de l'ellipse égal à 10 cm, la différence entre le demi-grand axe et le demi-petit axe de l'ellipse est de 14 microns, elle est donc dans l'épaisseur du trait de crayon et l'on peut sens aucun problème tracer un beau cercle de 10 cm de rayon.
En revanche, la distance entre le centre du cercle et le Soleil (un des deux foyers) est de 1,7 mm. La distance Terre-Soleil varie donc entre 101,7 mm et 98,3 mm sur notre dessin.
C'est pour cette raison, que l'on a pu, dès l'antiquité, représenter le mouvement apparent du Soleil par un excentrique (Hipparque -150 av. J.C.).
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En fait, il faut des conditions très particulières pour qu'une orbite soit circulaire : en particulier la vitesse doit être exactement perpendiculaire à la droite liant la planète au Soleil, et en plus avoir une valeur très précise dépendant de sa distance au Soleil. Si ces deux conditions ne sont pas réunies simultanément (et il est en fait impossible qu'elles le soient EXACTEMENT en raison de perturbations multiples) la trajectoire la plus générale est une ellipse. Les satellites artificiels qui sont en orbite circulaire sont très soigneusement lancés pour qu'il en soit ainsi.
Les astrophysiciens se posent plutôt la question de savoir pourquoi ce sont en général des orbites presque circulaires ! Cela veut dire qu'il y a un mécanisme de régulation tendant à "circulariser" les orbites elliptiques. En fait, les planètes n'ont pas été lancées au hasard mais se sont formées à partir d'un disque dont on peut montrer qu'il tend naturellement par frottements internes à adopter un mouvement quasi-circulaire. Cependant, des perturbations entre planètes, surtout pour les petites et les astéroïdes, peuvent les conduire à des orbites assez, voire très excentriques (ellipses très allongées). C'est le cas de Pluton qui peut être plus proche du Soleil que Neptune, de beaucoup d'astéroïdes et de toutes les comètes.