Les anneaux de Saturne vus par la sonde"Cassini" (image extraite de Wikipedia) |
Les anneaux des grosses planètes |
| C'est bien connu, la planète Saturne est entourée d'anneaux visibles depuis la Terre avec des jumelles. Mais en fait, les autres planètes gazeuses du Soleil sont toutes entourées d'anneaux; ils sont plus ténus, peu visibles mais ils sont bien là. |
Pourquoi des anneaux ? |
Tout satellite est soumis à deux forces contradictoires:
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| Ces deux forces s'équilibrent pour faire tourner le satellite en orbite. |
| Quand le satellite passe très près de l'astre, ces forces deviennent très importantes et font éclater le satellite. Un amas de roches à proximité d'un tel astre ne pourrait pas s'agglomérer. |
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Les anneaux de Saturne vus par la sonde"Cassini" (image extraite de Wikipedia) |
La limite de Roche |
| La limite de Roche est la limite en dessous de laquelle l'agglomération de roches éparses et de poussières n'est pas possible et où un satellite naturel aurait tendance à éclater. |
| Dans la pratique, un satellite naturel ou artificiel est capable d'orbiter en deçà de la limite de Roche car il est maintenu par d'autres forces de cohésion. En revanche, la formation d'un satellite naturel ne peut se réaliser en deçà de la limite de Roche. |
Expression mathématique des forces |
Quand le satellite s'approche très près de l'astre autour duquel
il est en orbite, ces deux forces deviennent importantes:
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Si l'orbite est circulaire, le rayon de courbure est égal
à la distance de l'objet au centre de l'astre: |
| On voit dans ces formules que la force centrifuge s'exprime en fonction de l'inverse de la distance de l'objet alors que la force de gravitation s'exprime en fonction du carré de l'inverse de la distance de l'objet. Il en résulte que les parties situées un peu plus loin que la distance moyenne de l'objet à l'astre ont tendance à s'éloigner tandis que les parties siruées un peu plus près que la distance moyenne de l'objet à l'astre ont tendance à se rapprocher de l'astre. L'objet a donc tendance à s'éclater. Si cette différence de forces est inférieure à la force de gravitation interne de l'objet, il reste cohérent. Mais si cette différence de forces est supérieure à la force de gravitation interne de l'objet, il éclate ! |
| Autrement dit, si l'objet est assez loin de l'astre, cette différence de forces est suffisamment faible pour que la gravitation interne de l'objet puisse maintienir sa cohésion; mais si il s'approche assez près de l'astre, cette différence de forces est plus grande et sera supérieure à la gravitation interne de l'objet; celui-ci aura alors tendance à éclater. |
| Cela explique la présence d'anneaux en deça de la limite de Roche et l'impossibilité pour des satellites naturels de s'accréter dans cette zone. Mais dans la pratique, on voit des satellites naturel ou artificiels capable de tourner en deça de la limite de Roche car ils sont maintenus par d'autres forces de cohésion. |
Quelques exemples |
| Io est le satellite le plus proche de Jupiter. Il se trouve au delà de la limite de Roche, mais si la différence de forces n'est pas suffisante pour faire éclater Io, elle est suffisante pour tourmenter sa surface. |
| En revanche, Phobos est un satellite de Mars qui reste consistant bien qu'il se trouve en dessous de la limite de Roche (en fait juste en dessous). Déimos est beaucoup plus loin de Mars et n'est donc pas soumis à ces tourments. |
| Si on envoyait un vaisseau spatial se poser sur Io, ile ne pourrait pas y rester car il aurait naturellement tendance à ne pas rester à sa surface, mais à décoller tout seul. Pour qu'il y reste, il faudrait l'arrimer... |
Le cas de la Terre |
| Dans le cas de la Terre, la limite de Roche se situe à 18000 km. Voir "Ciel des Hommes". Il ne pourrait donc théoriquement pas y avoir de satellite naturel de la Terre en dessous de cette distance. Les satellites artificiels de basse altitude n'éclatent pas bien qu'ils se trouvent en deça de cette limite de Roche tout simplement parce qu'ils sont maintenus par leur constitution interne. À l'inverse, si un satellite est constitué par deux vaisseaux spatiaux qui se sont accouplés, dès qu'ils auront été séparés, ces deux vaisseaux auront naturellement tendance à ne pas rester ensemble et donc à s'écarter l'un de l'autre. |
| En outre, il est également bien connu que les satellites de basse altitude ne peuvent pas rester à basse altitude parce qu'ils sont freinés par le résidu d'atmosphère présent à basse altitude et que tous les objets volant à ces altitudes retombent fatalement sur la Terre au bout d'un "certain temps". Ce résidu d'atmosphère explique pourquoi il ne peut rester éternellement d'anneaux à basse altitude. |
| Voir également Marées et limite de Roche, document qui explique de façon beaucoup plus complète la limite de Roche et la raison des anneaux. Il explique aussi le mouvement des marées, l'accélération et l'éloignement de la Lune, le ralentissement de la Terre, phénomènes qui sont liés entre eux. |
| Décembre 2017 |