Orbite - Définition et Explications

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Introduction

Orbite circulaire de deux corps de masse différentes autour de leur barycentre (croix rouge).

En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) d'un autre corps sous l'effet de la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...).

L'exemple classique est celui du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...) où la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), les autres planètes, les astéroïdes et les comètes sont en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). De même, des planètes possèdent des satellites (Satellite peut faire référence à :) naturels en orbite. De nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), beaucoup de satellites artificiels sont en orbite autour de la Terre.

Les trois lois de Kepler (En astronomie, les lois de Kepler décrivent les propriétés principales du mouvement...) permettent de déterminer par le calcul le mouvement orbital.

Éléments orbitaux

orbite elliptique

Une orbite elliptique peut se définir dans l'espace selon six paramètres permettant de calculer très précisément la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) complète. Deux de ces paramètres (excentricité et demi-grand axe) définissent la trajectoire dans un plan, trois autres (inclinaison, longitude (La longitude est une valeur angulaire, expression du positionnement est-ouest d'un point sur Terre...) du nœud ascendant et argument du péricentre) définissent l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) du plan dans l'espace et le dernier (instant de passage au péricentre) définit la position de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...). Voici la description plus détaillée de ces paramètres :

  • Demi-grand axe a : la moitié de la distance qui sépare le péricentre de l'apocentre (le plus grand diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) de l'ellipse). Ce paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte...) définit la taille absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un...) de l'orbite. Il n'a de sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) en réalité que dans le cas d'une trajectoire elliptique ou circulaire (le demi-grand-axe est infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus,...) dans le cas d'une parabole (La parabole est l'intersection d'un plan avec un cône lorsque le plan est parallèle à l'une des...) ou d'une hyperbole)
  • Excentricité e : une ellipse est le lieu des points dont la somme des distances à deux points fixes, les foyers (S et S' sur le diagramme), est constante. L'excentricité mesure le décalage des foyers par rapport au centre de l'ellipse (C sur le diagramme); c'est le rapport de la distance centre-foyer au demi-grand-axe. Le type de trajectoire dépend de l'excentricité :
    • e = 0 : trajectoire circulaire
    • 0 < e < 1 : trajectoire elliptique
    • e = 1 : trajectoire parabolique (Une trajectoire est dite parabolique si le mouvement d'un corps dans l'espace décrit une parabole.)
    • e > 1 : trajectoire hyperbolique
Fig. 1 - Paramètres orbitaux
  • Inclinaison i : l'inclinaison (entre 0 et 180 degrés) est l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) que fait le plan orbital avec un plan de référence. Ce dernier étant en général le plan de l'écliptique (L'écliptique est le grand cercle sur la sphère céleste représentant la trajectoire annuelle du...) dans le cas d'orbites planétaires (plan contenant la trajectoire de la Terre; en noir dans la figure 1). L'inclinaison est l'angle orange dans la figure 1.
  • Longitude du nœud ascendant ☊ : il s'agit de l'angle entre la direction du point vernal (Le point vernal, (noté γ ou g), est un des deux points de la sphère céleste où...) et la ligne des nœuds, dans le plan de l'écliptique. La direction du point (Graphie) vernal (en noir dans la figure 1) est la droite contenant le Soleil et le point vernal (point de repère astronomique correspondant à la position du Soleil au moment de l'équinoxe (Les équinoxes de mars et de septembre sont les deux moments de l'année où le jour et la nuit...) du printemps). La ligne des nœuds (en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) dans la figure 1) est la droite à laquelle appartiennent les nœuds ascendant (le point de l'orbite où l'objet passe du côté nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) de l'écliptique) et descendant (le point de l'orbite où l'objet passe du côté sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) de l'écliptique).
  • Argument du périhélie ω: il s'agit de l'angle formé par la ligne des nœuds et la direction du périhélie (la droite à laquelle appartiennent le Soleil et le périhélie de la trajectoire de l'objet), dans le plan orbital. Il est en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...) dans la figure 1. La longitude du périhélie est la somme de la longitude du nœud ascendant et de l'argument du périhélie.
  • Instant τ de passage au périhélie : La position de l'objet sur son orbite à un instant donné est nécessaire pour pouvoir la prédire pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) autre instant. Il y a deux façons de donner ce paramètre. La première consiste à spécifier l'instant du passage au périhélie. La seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) consiste à spécifier l'anomalie moyenne (L'anomalie moyenne est une mesure de temps, spécifique au corps orbitant, qui est un multiple de...) M (en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) dans la figure 1) de l'objet pour un instant conventionnel (l'époque de l'orbite). L'anomalie moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) n'est pas un angle physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...), mais spécifie la fraction de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de l'orbite balayée par la ligne joignant le foyer à l'objet depuis son dernier passage au périhélie, exprimée sous forme angulaire. Par exemple, si la ligne joignant le foyer à l'objet a parcouru le quart de la surface de l'orbite, l'anomalie moyenne est 0,25 \times 360° = 90°. La longitude moyenne de l'objet est la somme de la longitude du périhélie et de l'anomalie moyenne.
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