Plan des orbites

question posée le 18-07-2013 par Bastien

Uranus, la planète cerclée

Bonjour,

J'ai lu beaucoup d'article sur ce site et sur d'autres, mais un phénomène m'intrigue et je n'ai pas trouvé de réponses sur internet, j'espère que vous pourrez m'aider.

J'ai remarqué que les lunes de Jupiter sont toutes sur le même plan d'orbite, ou à peu près. Je sais pas si mes termes sont corrects, ce que je veux dire c'est que si on observe la planète de "coté" on voit toutes les lunes sur le même plan, aligné à la planète.

J'ai remarqué le même phénomène à l'échelle du système solaire (sauf pluton qui est plus décalé il me semble).

Encore la même disposition pour notre galaxie (et beaucoup d'autre) ou tout orbite sur le même plan autour du centre galactique (un trous noir super massif il me semble).

Et également pour un trou noir, ou d'après ce que j'ai lu tout les objets attirés dans le trous noir tournent autour et de l'énergie est dégagée en haut et en bas du trous noir (haut, bas = à 90° par rapport au plan des objets en orbite)

Mes question sont les suivantes :

- Ce que j'expose est-il correct ? (A part les notions de haut, bas que j'utilise pour imager ce qu'on observeraiais en regardant l'objet sour un certain angle ).

- Ce phénomène est-il appliqué à tout les éléments en orbite ? Par exemple si on imagine un astéroide possédant deux lune, seront-elles nécessairement sur le même plan ?

- A quoi est dû ce phénomène ?

- Y a t'il des systèmes ou deux objets auraient des orbites décalées de 90° (un qui passe de haut en bas et l'autre de gauche a droite) ?

Merci d'avance et bonne journée.

réponse du 02-08-2013 par Fabrice Mottez

Ce que vous exposez est correct.

Le phénomène des orbites dans un même plan est très répandu, mais pas systématique.

Dans le système solaire, les planètes sont à peu près dans le même plan, ainsi que leurs satellites. En revanche, les comètes (qui viennent de beaucoup plus loin) n'y sont pas toujours.

Concernant les galaxies : les plus aplaties (galaxies spirales) contiennent des étoiles, du gaz, des poussières, et probablement de la matière noire. Les galaxies elliptiques sont bien moins aplaties et elle ne contiennent presque plus de gaz.

On connait peu d'astéroïdes triples (le premier a été découvert en 2005), mais les orbites des satellites sont généralement dans le même plan. Cependant, on a découvert un astéroïde, Eugenia, avec 2 petits satellites (de 5 et 7 km) dont les orbites sont inclinées de 9 et 18 degrés par rapport à l'équateur du satellite. Bon... on est tout de même loin des 90 degrés de votre question.

Une autre illustration du phénomène, que vous n'avez pas évoqué : les anneaux des planètes. L'anneau de saturne est un des objets les plus plats et fins (en proportion de son diamètre) que l'on connaisse dans l'univers.

Oui, la tendance des objets à se regrouper dans un plan est expliquée.

Il faut considérer qu'au départ, tous ces objets ont été formés à partir d'un truc, un nuage de gaz et de poussières par exemple. Et ce nuage tournait lentement. Dans ce cas, on peut définir l'axe de rotation moyen de toutes ces poussières et du gaz (ce que vous appelez la direction haut-bas), et un plan équatorial (à 90 degrés de l'axe de rotation, par définition).

Le plan équatorial est un endroit important : tout les éléments du système (poussières, molécules diverses, cailloux, planètes, etc) passent par le plan équatorial deux fois lorsqu'ils font un tour complet. C'est le seul plan par lequel tout passe.

Le plan équatorial est donc le lieu où le risque de collisions est le plus élevé. Or les collisions modifient la direction des objets, et des calculs montrent qu'après une collision, les objets ont tendance à prendre des directions intermédiaires entre les directions initiales (c'est statistique, ce n'est pas vrai à chaque fois). Ainsi, petit à petit, on se rapproche de la direction moyenne qu'avaient les objets au départ, c'est à dire d'une rotation dans le plan équatorial.

Donc dans un milieu où il y a des collisions, les objets ont tendance à se regrouper (progressivement) autour du plan équatorial du nuage initial.

Exemple : Dans les galaxies, les nuages de gaz et de poussières (qui occupent un grand volume) ont tendance à rentrer en collision, tandis que les étoiles (qui occupent un très petit volume) ne se cognent presque jamais. C'est pourquoi les galaxies riches en gaz sont plus plates que celles qui n'en contiennent quasiment pas.

Autre exemple : Les planètes se sont formées à partir d'un nombre immense de collisions entre des poussières, puis entre des cailloux puis entre des planétésimaux (très gros cailloux) etc. Leur histoire étant liée aux collisions, on les trouve surtout dans le plan équatorial. Comme il a fallu moins de collisions pour former des petits corps (comètes, astéroïdes) on trouve ceux-ci plus facilement hors du plan équatorial de l'étoile.

Ce que je dis là est un peu schématique. C'est pour donner une idée de la chose. En espérant que cela vous aidera à comprendre le phénomène.

La question des disques est étudiée par un grand nombre de chercheurs, dans tous les domaines en astrophysique, de la formation des étoiles et des planètes jusqu'aux galaxies et aux trous noirs.

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