La trajectoire nominale de l'astéroïde interstellaire 1I / Oumuamua (alias A / 2017 U1). Le calcul est basé sur des observations débutant le 19 octobre 2017. Remarquez comment les orbites des planètes (tournant rapidement et en cercle), les objets de la ceinture de Kuiper (elliptique, presque coplanaire) et l'orbite de cet astéroïde interstellaire sont différents.La bonne réponse à la question de savoir comment les planètes se déplacent en orbite dans notre système solaire a déjà été donnée il y a plusieurs centaines d'années: d'abord par Kepler, dont les lois du mouvement les décrivaient, puis par Newton, dont les lois de la gravitation universelle permettaient d'en déduire la première. Mais les comètes, toutes deux originaires du système solaire et volant de loin, ne se déplacent pas le long des mêmes ellipses presque circulaires. Pourquoi cela se produit-il? Notre lecteur veut savoir:
Pourquoi les comètes se déplacent autour du Soleil le long de chemins paraboliques, contrairement aux planètes se déplaçant sur des orbites elliptiques? D'où vient la comète sur une si grande distance, du nuage d'Oort au Soleil et vice-versa? Et comment les comètes et astéroïdes interstellaires s'envolent-ils de leurs systèmes planétaires et visitent-ils les autres?
On peut répondre à cette question, mais il y a une question plus générale: pourquoi les objets se déplacent-ils en orbite de cette manière?
Les planètes du système solaire, ainsi que les astéroïdes de la ceinture d'astéroïdes, se déplacent presque dans le même plan, sur des orbites elliptiques proches des circulaires. Mais en dehors de l'orbite de Neptune, tout devient moins fiable.Il y a quatre mondes rocheux intérieurs dans notre système solaire, suivis d'une ceinture d'astéroïdes, de géantes gazeuses avec un tas de lunes et d'anneaux, puis d'
une ceinture de Kuiper . Derrière la ceinture de Kuiper, il y a un énorme disque dispersé, après quoi il y a un
nuage sphérique d'
Oort qui s'étend sur une grande distance: peut-être une ou deux années-lumière, presque la moitié de la distance jusqu'à l'étoile la plus proche.
Le diagramme logarithmique du système solaire, jusqu'aux étoiles les plus proches, montre la propagation de la ceinture de Kuiper avec des astéroïdes et le nuage d'Oort.Conformément aux lois de la gravité, pour être sur une orbite stable d'une certaine taille, un objet doit se déplacer à une certaine vitesse. Il doit y avoir un équilibre entre l'énergie potentielle du système (sous forme d'énergie potentielle gravitationnelle) et l'énergie de mouvement (cinétique). Plus vous vous trouvez profondément dans le puits gravitationnel potentiel du Soleil (c'est-à-dire, plus vous êtes près de lui), moins vous avez d'énergie et plus vous devez vous déplacer rapidement pour maintenir une orbite stable.
Les huit planètes du système solaire et du soleil, sur une échelle de tailles, mais pas sur une échelle de diamètres orbitaux. De toutes les planètes visibles à l'œil nu, la chose la plus difficile à voir est Mercure.Par conséquent, la vitesse moyenne des planètes ressemble à ceci:
- Mercure: 48 km / s
- Vénus: 35 km / s
- Terre: 30 km / s,
- Mars: 24 km / s
- Jupiter: 13 km / s,
- Saturne: 9.7 km / s,
- Uranus: 6,8 km / s,
- Neptune: 5,4 km / s.
Grâce à l'environnement dans lequel le système solaire s'est formé - beaucoup de petites masses se confondant, interagissant les unes avec les autres, produisant beaucoup d'éjections de masse - la situation actuelle est assez proche de la circulaire.
Les orbites des planètes du système solaire interne ne sont pas entièrement circulaires, mais assez proches de cela. La plupart s'écartent de l'idéal de Mercure et de Mars. De plus, plus la planète est proche du Soleil, plus elle doit se déplacer rapidement.Mais il faut prendre en compte l'interaction gravitationnelle qui se produit plus tard! Si un astéroïde ou un objet de ceinture de Kuiper passe près d'une grande masse comme Jupiter ou Neptune, l'interaction gravitationnelle peut lui donner un bon coup de pied. Cela changera considérablement sa vitesse, ajoutant quelques km / s dans presque toutes les directions. Et dans le cas d'un astéroïde, cela peut signifier un changement de l'orbite de presque circulaire à très elliptique; Un bon exemple de cela est le chemin de la
comète Enke , qui aurait pu provenir de la ceinture d'astéroïdes.
La piste de la comète Enke, qui complète une révolution complète en 3,3 ans, est un mouvement extrêmement rapide réparti sur une ellipse excentrique. Enke est devenue la deuxième comète périodique trouvée après la comète de Halley.En revanche, si vous êtes très loin, par exemple dans la ceinture de Kuiper ou dans le nuage d'Oort, nous sommes capables de nous déplacer à des vitesses de 4 km / s (la partie intérieure de la ceinture de Kuiper) à plusieurs centaines de mètres par seconde (pour le nuage d'Oort). L'interaction gravitationnelle avec une grande planète comme Neptune peut changer votre orbite de deux manières. Si Neptune vous prend de l'énergie, vous êtes jeté dans le système solaire intérieur et une ellipse avec une longue période apparaît, semblable au chemin
de Swift-Tuttle , celui qui a créé la pluie de météores Perséide. Ce peut être une ellipse à peine reliée gravitationnellement au Soleil, mais toujours une ellipse.
L'orbite de la comète Swift-Tuttle, passant dangereusement près de la trajectoire de la Terre autour du Soleil, est extrêmement elliptique par rapport à toute orbite planétaire. On suppose qu'il y a longtemps son orbite a été affectée par une interaction gravitationnelle avec Neptune ou un autre objet massif, et le résultat est ce que nous avons aujourd'hui.Mais si Neptune ou tout autre corps (nous ne savons toujours pas ce qui se trouve à la périphérie du système solaire) vous donne une énergie cinétique supplémentaire, il peut changer votre orbite d'elliptique lié par gravitation à hyperbolique non attaché. (Une orbite parabolique est une orbite non attachée située juste à la frontière entre elliptique et hyperbolique). Si quelqu'un se souvient de la
comète ISON se rapprochant du Soleil de 2013, qui s'est désintégrée à mesure qu'elle approchait de l'étoile, alors elle était en orbite hyperbolique. En règle générale, les comètes qui viennent des extrémités du système solaire manquent de quelques kilomètres par seconde à la frontière entre les orbites connectées et non liées.
La comète ISON, entrant dans le système solaire, a acquis des queues dirigées loin du soleil. Elle a "touché" le Soleil, ayant parcouru une distance de seulement 2 millions de kilomètres, et plus tard, en raison de cette proximité, il s'est rompu.Le fait le plus étrange qui semble contre-intuitif pour la plupart des gens est que les comètes n'ont pas besoin de beaucoup d'énergie pour pénétrer dans la partie intérieure du système solaire! Si vous prenez un objet qui est même à une année-lumière du Soleil, et que vous le laissez partir, alors pendant assez longtemps, il tombera simplement sur le Soleil. Un très petit changement dans le vecteur vitesse des masses distantes se déplaçant en orbite autour du système solaire peut les rapprocher. De telles bosses gravitationnelles se produisent par hasard, mais nous ne voyons que les objets qui ont commencé à se déplacer plus rapidement, se sont rapprochés du Soleil, ont développé des «queues» et sont devenus suffisamment brillants pour être visibles. Alors les comètes arrivent.
La ceinture de Kuiper est l'emplacement d'un grand nombre d'objets connus du système solaire, mais dans le nuage d'Oort, qui est plus sombre et situé beaucoup plus loin, il y a beaucoup plus d'objets, et il est plus susceptible d'être renversé d'une orbite normale par une masse passant, par exemple, une autre étoile. La vitesse des objets de la ceinture de Kuiper et du nuage d'Oort par rapport au Soleil est très faible.La plupart d'entre eux sont à peine connectés ou peu connectés gravitationnellement, c'est pourquoi A / 2017 U1 est devenu une découverte si étonnante. Contrairement aux comètes et astéroïdes ordinaires, il était très déconnecté par gravité. Et si des objets provenant des bords du système solaire se déplacent à des vitesses ne dépassant pas quelques km / s, alors cet objet se déplaçait à une vitesse de plus de 40 km / s. Il ne devait pas être arrivé du système solaire, car même Neptune n'aurait pas eu assez de masse pour lui donner une telle accélération!
A / 2017 U1 provient très probablement de l'espace interstellaire. Au plus près du Soleil, il s'est approché du 9 septembre. Se déplaçant à une vitesse de 44 km / s, la comète est dirigée loin de la Terre et du Soleil, en dehors du système solaire.Qu'est-ce qui fait qu'une comète, un astéroïde, un autre objet en dehors du système solaire va sur une orbite similaire? Juste la gravité et toutes les interactions gravitationnelles qui se sont produites au cours de son existence. Les objets du système solaire se déplacent sur des orbites elliptiques autour du soleil. Mais les interactions gravitationnelles peuvent changer cela, soit en changeant la forme de l'ellipse, soit en la transformant en une hyperbole gravitationnelle indépendante. Dans tous les cas, nous verrons un tel objet, s'il était seulement projeté près du Soleil, c'est la seule façon dont nous pourrions découvrir l'existence de toutes les comètes que nous avons découvertes.
Les queues des comètes ne reproduisent pas exactement la trajectoire du mouvement, mais sont envoyées le long d'une trajectoire droite ou courbe dirigée depuis le Soleil, en fonction de ce qui est éloigné de l'objet - les ions ou les particules de poussière. Dans tous les cas, les comètes - leurs queues, comas , qui réfléchissent la lumière - ne nous sont visibles que lorsqu'elles sont suffisamment proches du Soleil.Les comètes et les astéroïdes qui sont jetés hors du système solaire volent à travers l'espace interstellaire, et un jour ils passeront par d'autres étoiles. Étant donné que la vitesse relative des étoiles dans la galaxie est d'environ 10 à 30 km / s, ces pierres interstellaires se déplaceront comme ça, ce qui explique pourquoi l'astéroïde interstellaire que nous avons découvert s'est déplacé si rapidement. Tout explique la combinaison de l'orbite initiale, des interactions gravitationnelles et du mouvement de notre système solaire à travers la galaxie. En prenant l'énergie d'un objet de la ceinture d'astéroïdes, de la ceinture de Kuiper ou du nuage d'Oort, vous créez une ellipse qui est plus attachée au Soleil. Lorsque vous donnez une accélération d'énergie à un objet, il peut être jeté.
Nous pensons maintenant que nous comprenons comment le Soleil et le système solaire se sont formés, et cette vue est une illustration des premiers stades de la formation. Aujourd'hui, nous n'avons que les objets qui ont survécu à ce processus.Quelle conclusion peut-on en tirer? Au fil du temps, il reste moins d'objets dans notre système solaire et le nombre d'objets dans la ceinture d'astéroïdes, la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort diminue tout le temps. Au fil du temps, ces formations se raréfient de plus en plus. Qui sait combien d'objets il y avait une fois? Il est impossible de les compter. Dans le système solaire, seuls les survivants restent à notre disposition.