Pluton dans la tourmente…

Club des astronomes amateurs de Laval

6 septembre 2006

Yvon L’Abbé

Agenda

Retour en classe !Coup de tonnerreLa courte histoire de PlutonLes grands moyensLa lutte s’organiseSondage éclairQuestionsRéférences

Lois de KeplerLes lois de Kepler décrivent les propriétés principales du mouvement des planètes autour du Soleil. Elles ont été découvertes par Johannes Kepler à partir des observations et mesures de la position des planètes faites par Tycho Brahé.Copernic avait soutenu en 1543 que les planètes tournaient autour du Soleil, mais il les laissait sur les trajectoires circulaires du vieux système de Ptolémée, hérité de l‘antiquité grecque.Les deux premières lois furent publiées en 1609 et la troisième en 1618. Les orbites elliptiques, telles qu'énoncées dans les deux premières lois, permettent d'expliquer la complexité du mouvement apparent des planètes dans le ciel, sans recourir aux épicycles du modèle ptoléméen.Peu après, Isaac Newton découvrit en 1687 la loi de l'attraction gravitationnelle, induisant de celle-ci par calculs les 3 lois de Kepler.

Retour en classe

Première loi = loi des orbitesLes planètes décrivent des trajectoires elliptiques.Dans le référentiel héliocentrique, le Soleil occupe toujours l'un des deux foyers de la trajectoire elliptique des planètes qui gravitent autour de lui. À strictement parler, c'est le centre de masse qui occupe ce foyer ; la plus grande différence est atteinte avec Jupiter qui, du fait de sa masse importante, décale ce centre de masse de 743 075 km ; soit 1,07 rayons solaires À l'exception de Mercure et Pluton, les ellipses que décrivent les centres de gravité des planètes ont une très faible excentricité orbitale, et leur trajectoire est quasi-circulaire.De cette première loi, on déduit par le calcul que le soleil exerce sur une planète une force centripète (qui ramène au centre).

Seconde loi = loi des airesSi S est le Soleil et M une position quelconque d'une planète, l'aire balayée par le segment [SM] entre deux positions C et D est égale à l'aire balayée par ce segment entre deux positions E et F si la durée qui sépare les positions C et D est égale à la durée qui sépare les positions E et F.

La vitesse d'une planète devient donc plus grande lorsque la planète se rapproche du soleil. Elle est maximale au voisinage du rayon le plus court (périhélie), et minimale au voisinage du rayon le plus grand (aphélie).

De cette deuxième loi, on déduit que le soleil exerce sur une planète une force inversement proportionnelle au carré de leur distance.

Troisième loi = loi des périodesLe carré de la période sidérale T d'un objet (temps entre deux passages successifs devant une étoile lointaine) est directement proportionnel au cube du demi-grand axe a de la trajectoire elliptique de la planète :De cette troisième loi, on déduit qu'il existe un facteur constant entre la force exercée et la masse de la planète considérée, qui est la constante de gravitation universelle, ou constante gravitationnelle.Cette formule avec celles de l‘ellipse permettent de calculer les différents paramètres d'une trajectoire elliptique à partir de très peu d'informations. Johan Lambert (1728 - 1777) montra que la connaissance de 3 positions datées permettaient de retrouver les paramètres du mouvement de corps se déplaçant dans le cosmos.

Forme Newtonienne de la troisième loi Newton comprit le lien entre les lois de la mécanique classique et la troisième Loi de Kepler. Il en déduit la formule suivante :

où :

T = période de l'objet a = demi grand axe de la trajectoire elliptique G = Constante gravitationnelle

m1 = masse de l'objet 1

m2 = masse de l'objet 2

La ronde des planètes (2003)

Puit gravitationnel du Soleil

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0

Distance en Unités Astronomiques

50-V

ites

se d

e ré

volu

tio

n

(km

/sec

)

Mercure

VénusTerreMars

Jupiter Saturne Uranus Neptune Pluton

Planètes telluriques (rocheuses)

Planètesgéantes

gazeuses

Application de la 3ième lois de Képler

Astre Masse Diamètre Densité Distance Année Lois Képler Rotation Titus Vitesse Dist. - Soleil10 2̂4kg km kg/m 3̂ 10 6̂ Km sidérale # 3:= P 2̂/D 3̂ jours -Bode libération U.A.

Soleil 1,988,435 1,377,648 1,410 0.0 0.0 25.7Mercure 0.331 4,878 5,440 57.9 0.24 0.039839 59.0 0 0.4 4.3 0.387Venus 4.870 12,104 5,240 108.2 0.62 0.039802 234.0 3 0.7 10.4 0.723Terre 5.980 12,756 5,500 149.6 1.00 0.039792 1.0 6 1.0 11.2 1.000Mars 0.642 6,794 3,940 227.9 1.88 0.039780 1.0 12 1.6 5.0 1.524Ceint.astéroides 418.9 4.80 0.039803 24 2.8 2.800Jupiter 1,901.640 142,984 1,310 778.3 11.86 0.039748 0.4 48 5.2 59.6 5.203Saturne 569.000 120,536 700 1,427.0 29.46 0.039790 0.4 96 10.0 35.5 9.540Uranus 87.000 51,118 1,300 2,871.0 84.04 0.039761 0.7 192 19.6 21.3 19.190Netpune 103.000 49,528 1,660 4,497.0 164.80 0.039786 0.7 384 38.8 23.3 30.060Pluton 0.012 2,300 2,000 5,913.5 247.70 0.039528 6.4 768 77.2 1.1 39.440KuiperN.C. Oort 10,000-200,000 UAMoyenne 0.039763

En poursuivant les calculs…Sat.Terre Dist M Km Révolut. Jrs Moyenne Ratio Moy. Ratio masse Sol./TerreLune 0.38895 27.320 12,684.26 12,684.259 318997 332,514 104%

Sat.Mars Dist M Km Révolut. Jrs Moyenne Ratio Moy. Ration masse Sol./MarsPhobos 0.00938 0.319 123,302.78 123,423.533 3103979 3,097,251 100%Deimos 0.02346 1.263 123,544.29

Sat.Jupiter Dist M Km Révolut. Jrs Moyenne Ratio Moy. Ratio masse Sol./JupiterMetis 0.12796 0.295 41.54 41.709 1049 1,046 100%Adrastea 0.12898 0.298 41.39Amalthea 0.18130 0.498 41.62Thebe 0.22190 0.675 41.70Io 0.42200 1.760 41.22Europa 0.67100 3.550 41.71Ganymede 1.07100 7.160 41.73Callisto 1.88400 16.700 41.71Leda 11.09400 238.720 41.74Himalia 11.48000 250.570 41.50Lysithea 11.72000 259.220 41.74Elara 11.73700 259.650 41.70Ananke 21.20000 631.000 41.79Carme 22.60000 692.000 41.48Pasiphae 23.50000 735.000 41.63Sinope 23.70000 758.000 43.16

Sat.Saturne Dist M Km Révolut. Jrs Moyenne Ratio Moy. Ratio masse Sol./SaturneAtlas 0.13764 0.602 138.98 139.216 3501 3,495 100%Prometheus 0.13935 0.613 138.87Pandora 0.14170 0.629 139.06Epimethus 0.15142 0.694 138.72Janus 0.15147 0.695 138.99Mimas 0.18552 0.942 138.97Enceladus 0.23802 1.370 139.19Thetys 0.29466 1.888 139.33Telesto 0.29466 1.888 139.33Calypso 0.29466 1.888 139.33Dione 0.37740 2.737 139.36Helene 0.37740 2.737 139.36Rhea 0.52704 4.518 139.43Titan 1.22200 15.960 139.59Hyperion 1.48100 21.277 139.37Iapetus 3.56130 79.331 139.33Phoebe 12.95200 550.480 139.47

Sat. Uranus Dist M Km Révolut. Jrs Moyenne Ratio Moy. Ration masse Soleil / masse UranusCordelia 0.04975 0.335 911.40 912.587 22951 22,856 100%Ophelia 0.05376 0.376 909.91Bianca 0.05916 0.435 913.89Cressida 0.06177 0.464 913.49Desdemona 0.06266 0.474 913.24Juliet 0.06436 0.493 911.69Portia 0.06610 0.513 911.23Rosalind 0.06993 0.558 910.50Belinda 0.07526 0.624 913.43Puck 0.08601 0.762 912.56Miranda 0.12978 1.414 914.69Ariel 0.19124 2.520 907.96Umbriel 0.26597 4.144 912.73Titania 0.43584 8.706 915.50Oberon 0.58260 13.463 916.58

Un peu plus loin…

On trouve une anomalie…Sat. Neptune Dist M Km Révolut. Jrs Moyenne Ratio Moy. Ratio masse Soleil /masse Neptune1989 N6 0.04800 0.296 792.25 774.850 19487 19,305 99%1989 N5 0.05000 0.312 778.751989 N3 0.05250 0.333 766.321989 N4 0.06200 0.429 772.221989 N2 0.07360 0.554 769.811989 N1 0.11760 1.121 772.66Triton 0.35500 5.880 772.80Nereid 5.51340 360.160 773.98

Sat. Pluton Dist M Km Révolut. Jrs Valeur réf. Ratio Moy. Ratio masse Soleil /masse PlutonCharon 0.01940 6.390 5,592,378.10 5,592,378.103 140642750 166,257,107 118%

…sinon une instabilité céleste, du moins une méconnaissance du système Plutonien.

Coup de tonnerre !

Union astronomique internationaleAssociation internationale non gouvernementale avec pour objectif de coordonner les travaux des astronomes à travers le monde.Fondée en 1919, en vue de regrouper les projets de la Carte du Ciel, de l’Union solaire et du Bureau international de l’heure (BIH).L'UAI compte parmi ses membres des organisations scientifiques de 60 pays ainsi que plusieurs milliers d’adhérents individuels (9 040 en janvier 2005).L’UAI est seule habilitée à donner leur nom aux objets célestes. Elle encourage l’activité des écoles en astronomie.Les langues officielles y sont l’anglais et le français. Sa permanence est située à l’Institut d’astrophysique de Paris. L’UAI organise de fréquentes rencontres scientifiques et tient une assemblée plénière tous les trois ans. Elle publie également un bulletin annuel.

Résolution 5A de l’UAILes "planètes" et autres corps de notre système Solaire, à l’exception des satellites, se définissent en trois catégories distinctes de la façon suivante:

(1) Une "planète"1 est un corps céleste qui (a) est en orbite autour du Soleil, (b) a une masse suffisante pour que sa gravité surpasse les forces des corps rigides de telle sorte à atteindre une forme d’équilibre hydrostatique (presque sphérique), et (c) avoir nettoyé le voisinage de son orbite.

(2) Une "planète naine" est un corps céleste qui (a) est en orbite autour du Soleil, (b) a une masse suffisante pour que sa gravité l’amène à une forme sphérique , (c) n’a pas nettoyé le voisinage de son orbite, et qui (d) n’est pas un satellite.

(3) Tout les autres objets en orbites autour du Soleil doivent être collectivement référés comme de « Petits corps du système Solaire".

En conséquence:Les huit « planètes » sont: Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, et Neptune.

Pluton doit désormais être reconnue comme une « planète naine » (résolution 6A), plus spécialement comme un prototype d’une nouvelle catégorie d’objets: les trans-neptuniens.

Un processus sera établit pour assigner les objets « limites » dans la catégorie « planète naine » ou autres.

Ces objets incluent la plupart des astéroïdes, des comètes et autres petits corps célestes.

L’histoire de PlutonAu début du 20iè siècle, l’astronome Percival Lowell, parmis d’autres, fit des calculs afin de localiser une neuvième planète pour le système solaire. La recherche de cette planète fut inspirée par le fait que la découverte Neptune n’expliquait pas complètement les irrégularités de l’orbite d’ Uranus. Les observations of Neptune montraient que celle-ci ne se comportait pas non plus comme attendu. Entre 1905 et sa mort en 1916, Lowell et ses collègues firent un balayage télescopique de la région où la planète devait se trouver, sans succès.

La courte histoire de Pluton

Les successeurs de Lowell, au Lowell Observatory de Flagstaff en Arizona, installèrent un nouveau télescope et y appointèrent le jeune astronome Clyde W. Tombaugh afin de poursuivre les recherches. Clyde photographia le ciel et compara des photographies prisent à quelques jours d’intervalle, à la recherche d’objets mobiles.

L’histoire de Pluton / 2

Le 18 février 1930, il trouva quelque chose qui s’était déplacé sur le fond du ciel par rapport à des plaques photographiques prisent les 21, 23 et 29 janvier.Cet objet était à cinq degrés de l’emplacement prédit par Lowell.L’annonce de la découverte fut faite le 13 mars 1930.

L’histoire de Pluton / 3

Les premières suggestions de noms du nouvel astre furent: Atlas, Zymal, Artémis, Persée, Vulcain, Tantale, Idana et Chronus. Le New York Times suggéra Minerva. Des journalistes proposèrent Osiris, Bacchus, Apollo, Erebus. La veuve de Lowell proposa Zeus, puis opta pour Constance..De nombreuses personnes suggérèrent de la nommer « Lowel ».Le personnel de l’observatoire de Flagstaff où fut faite la découverte proposèrent Chronos, Minerva et Pluton.Quelques mois plus tard, la planète fut officiellement nommée Pluton, originalement suggéré par Venetia Burney, une écolière de 11 ans, de la ville d’Oxford en Angleterre. Cette planète qui règne sur une région obscure du ciel parmi les étoiles fut nommée Pluton (initiales de Percival Lowell) d’après le dieu Romain du monde inférieur, seigneur de la mort et dispensateur de richesses.

L’histoire de Pluton / 4

Ce qu’on connaît de Pluton:Pluton est de nature rocheuse, couverte d’une épaisse couche de glace d’eau mêlée de méthane gelé. Au plus près du Soleil, une mince brume de méthane et d’azote se dégage de l’astre. La surface apparaît rosée au télescope, indiquant la présence de carbone, avec des calottes polaires blanches. En 1978, l’astronome Américain Jim Christy découvrit que Pluton avait un satellite !Ce satellite a un diamètre de plus de la moitié de celui de Pluton !Il est vingt fois plus près de sa planète que la Lune ne l’est de la Terre !

Il fut nommé Charon, d’après le personnage mythologique qui fait traverser le Styx aux âmes des morts.

Charon ressemble à Pluton, mais est trop petit pour garder son méthane, de sorte que sa surface est probablement de glace pure.

Pluton et Charon sont probablement constellés de cratères.

Ils sont si petits qu’ils pourraient n’être que des astéroïdes.

Ils sont si proches que les forces de marées ont figées leurs rotations et leurs orbites respectives, de sorte qu’ils se présentent toujours la même face !

Tel que vu de la surface de Pluton, Charon est suspendu et semblerait immobile dans le ciel.

Pluton et Charon sont donc un système astral double.

Ce qu’on connaît de Pluton / 2

Clyde Tombaugh (1906-1997)

1ier juin 1997

Vu par Hubble

Les grands moyens !

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juillet 2015

La lutte s’organise !

Debate Lingers Over Definition for a Planet , By KENNETH CHANG, , September 1, 2006

Plus de 300 scientifiques ont signés une pétition de protestation contre la définition de “planète” telle que décidée par l’UAI.“En tant qu’astrophysiciens et astronomes, nous n’utiliseront pas cette définition!”Plusieurs scientifiques sont en désaccord avec la définition, autant par la façon dont elle fut décidée, que par son manque de fondements.Les signataires incluent des scientifiques de la NASA, des astronomes d’observatoires importantes, des professeurs d’universités et des étudiants gradués.

Débat à propos de la définition…L’UAI exclue Pluton parce qu’elle est localisée parmi de nombreux corps glacés, au sein d’un anneau de débris connu sous le vocable de ceinture de Kuiper. Cela choque des scientifiques parce qu’imprécis.Par exemple, la terre n’a pas nettoyé tous les astéroïdes qui croisent son chemin. Même Jupiter, la plus grosse planète, n’a pas entièrement fait le ménage dans son voisinage; des astéroïdes connus sous le nom de Troyens partagent son orbite.Le docteur Sykes dit que cette définition n’est pas fonctionnelle et qu’il n’est pas le seul à le penser.Avec le docteur Stern, il organisera l’an prochain une conférence internationale pour revoir la question. Il ajoute: “Je pense que la communauté est prête à ce moment-ci à organiser une discussion éclairée et en venir à un consensus que l’UAI n’aura qu’ à entériner plus tard.”

Sondage éclair:

Pour ou contre la décision de l’UAI vs Pluton ?

Questions ?

Références

Astronomie et astrophysique, Marc Séguin et Benoît Villeneuve, 1995http://fr.wikipedia.org/wiki/Lois_de_Keplerhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Union_astronomique_internationalehttp://www.nasa.gov/multimedia/podcasting/

transcript_pluto_naming_podcast.htmlhttp://www.wordsources.info/pluto.htmlhttp://www.iau2006.org/mirror/www.iau.org/iau0603/index.htmlhttp://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap060624.htmlhttp://www.nytimes.com/2006/09/01/science/space/01planet.html?

ex=1314763200&en=59ce9d3e001b8909&ei=5088&partner=rssnyt&emc=rss&pagewanted=print

http://www.space.com/news/060905_pluto_protest.htmlhttp://www.windows.ucar.edu/tour/link=/pluto/pluto_orbit.htmlhttp://pluto.jhuapl.edu/gallery/sc_images.html