Astronomie

Une lune pourrait-elle orbiter autour de deux planètes à la fois ?

Une lune pourrait-elle orbiter autour de deux planètes à la fois ?


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Disons que vous aviez un système planétaire binaire de deux mondes de la taille de la Terre avec à peu près la même masse. Une lune stable pourrait-elle orbiter autour du barycentre des deux planètes ? Si oui, y a-t-il une limite à la masse d'une telle lune ? Devrait-il orbiter autour d'un point lagrangien ?


Le système Pluton-Charon est similaire à celui-ci.

Il est peu probable que vous ayez deux planètes de presque la même masse car certaines variations sont beaucoup plus courantes, mais une lune en orbite autour d'un système planétaire binaire est certainement possible. C'est plus facile si ce n'est pas si près du soleil, pour la même raison qu'il est difficile pour Mercure et Vénus d'avoir des lunes. Une plus grande colline-sphère et moins de gravitation solaire rendraient votre système plus stable à long terme.

Et la Lune ne pourrait pas être dans un point de Lagrange dans votre système car, pour commencer, L1, 2 et 3 ne sont jamais stables et les points de Lagrange potentiellement stables, L4 et L5 nécessitent une grande planète centrale et un objet nettement moins massif, ( moins de 1/26e de la masse) en orbite autour de la planète centrale. Les points L4 et L5 sont vers l'objet en orbite. Cela ne fonctionne pas dans un système binaire de 2 objets de masse similaire.

Dans tout scénario de point de Lagrange fonctionnel, vous auriez deux lunes et une planète, pas des planètes binaires et une lune. Vous pourriez, en théorie, avoir deux lunes aux points de Lagrange l'une par rapport à l'autre en orbite autour d'un système planétaire binaire, mais cela ajouterait encore plus d'improbabilités, mais théoriquement possible et stable pendant un certain temps.


Oui mais.

Les configurations circumbinaires peuvent être stables sur de longues périodes, mais en général elles sont une configuration moins stable que "deux lunes en orbite autour d'une planète"

Pour augmenter la probabilité que la configuration soit stable, les deux planètes doivent être sur une orbite étroite (qui peut elle-même être instable) et la lune doit être distante et petite. Pour que la lune soit suffisamment éloignée, tout le système doit être éloigné du soleil.


Comment deux planètes partageraient-elles une lune ?

J'ai créé un système solaire pour une histoire, mais j'ai besoin d'aide pour la logistique de la façon dont les planètes interagiraient.

Il n'y a que deux façons d'avoir un système stable de plus de deux corps.

Le plus simple est de le faire vraiment proche à agir comme un système à deux corps. Par exemple, plusieurs objets sont en orbite autour du Soleil parce que le Soleil est tellement plus massif que le reste du système solaire que vous pouvez généralement ignorer les effets des autres planètes, sauf en tant que correction mineure à ajouter plus tard. Ainsi, l'orbite de la Terre autour du Soleil n'est pas déstabilisée par Jupiter. Cependant, ce n'est pas vraiment un "partage" d'un objet - c'est juste un système stable.

Vous pouvez également avoir un binaire en orbite proche, avec un troisième objet en orbite de loin. Si le binaire est suffisamment proche, il "semble" une étoile ou une planète. Ainsi, vous pourriez avoir une lune en orbite à une très grande distance d'une planète double, partageant une lune dans ce sens. Je ne sais pas si cela se produit en réalité pour les lunes autour des planètes - mais c'est une façon pour une étoile binaire d'avoir des planètes. Vous pouvez également avoir une planète avec une lune en orbite autour d'une autre planète avec une lune - ou de la même manière, une étoile avec des planètes en orbite autour d'une autre étoile avec des planètes. Encore une fois, les lunes doivent être suffisamment proches des planètes pour qu'elles "se sentent" comme un objet (ou les planètes doivent être suffisamment proches de l'étoile), pour que les choses soient stables. Cela ne compte pas vraiment non plus comme un "partage" - c'est juste une autre façon pour que les choses soient stables dans un système à objets multiples.

La deuxième option est qu'il existe en fait des points stables dans les systèmes complets à trois corps. Ce sont les points de Lagrange L4 et L5. Les autres points de Lagrange sont des points d'équilibre mais ne sont pas stables. Les forces s'additionnent à zéro sur L1-L3, mais toute légère perturbation fait tomber les choses à partir de ce point. Les points de Lagrange L4 et L5 n'existent que si l'un des deux objets principaux est au moins environ 25 fois plus massif que l'autre, et que le troisième objet a une masse très faible. Si vous remplissez ces conditions, alors vous avez des points stables traînant devant et derrière l'orbite du deuxième objet massif. Nous le voyons dans le système solaire, où Jupiter a les astéroïdes troyens et grecs devant et derrière lui. Dans un sens, ces astéroïdes sont partagés entre Jupiter et le Soleil - ils ne sont pas totalement dominés par la gravité de l'un ou l'autre, mais sont fortement affectés par les deux.

tldr Une lune pourrait orbiter à une grande distance d'un binaire proche de planètes (bien que je ne sois pas sûr que cela se produise naturellement), ou si une planète est >25x plus massive que l'autre, alors elles pourraient partager de petites lunes ou des astéroïdes dans le Points de Lagrange L4 et L5, à la traîne devant et derrière l'orbite de la plus petite planète.


Deux planètes pourraient-elles partager la même orbite sans entrer en collision ?

La configuration de la planète est instable lors du partage d'une orbite à moins qu'elle n'ait le statut inférieur de planète, ce qui peut fonctionner si elle est dans la bonne position.

Demandé par : Edward Seymour, Hove

La définition d'une planète inclut la condition qu'elle ait « nettoyé son orbite » d'autres grands corps. Donc, à proprement parler, deux « planètes » sur la même orbite ne seraient pas classées comme des planètes. Mais il est possible que deux corps semblables à des planètes partagent la même orbite autour d'une étoile centrale sans entrer en collision : le deuxième objet devrait être positionné à un point particulier dans le champ gravitationnel du premier objet.

A ce « point de Lagrange », les forces centrifuges et gravitationnelles agissant sur le deuxième objet sont telles qu'il suit la même orbite que le premier objet. Cependant, pour les gros objets, une configuration orbitale aussi précise ne restera probablement pas stable très longtemps. En effet, la Terre a peut-être eu un compagnon co-orbital au début de son histoire, avec lequel elle est rapidement entrée en collision, formant peut-être la Lune.

Il existe cependant plusieurs exemples de corps plus petits partageant l'orbite d'une planète, tels que les astéroïdes troyens, qui suivent la trajectoire de Jupiter autour du Soleil.

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Deux planètes découvertes partageant la même orbite

Dans une première cosmique, le télescope Kepler a découvert deux planètes partageant la même orbite. Il existe une théorie selon laquelle notre lune a été créée lorsqu'un corps partageant notre orbite s'est écrasé sur la Terre, mais jusqu'à présent, personne n'avait trouvé de preuve de planètes co-orbitantes ailleurs dans l'univers.

Il est possible qu'un tel phénomène se produise lorsque la matière autour d'une étoile nouveau-née se transforme en planètes. Dans l'orbite d'une planète autour d'une étoile, il y a deux endroits où un troisième corps peut orbiter en toute sécurité. Ces points, appelés points de Lagrange, sont à 120 degrés devant et derrière le corps le plus petit. Les planètes co-orbitantes découvertes, situées dans le système à quatre planètes KOI-730, sont toujours distantes de 120 degrés, des éléments permanents les unes des autres dans le ciel nocturne.

Cinquante millions d'années après la naissance de notre système solaire, la lune s'est peut-être formée à partir des débris d'une collision entre la Terre et un corps de la taille de Mars nommé Theia. Pour que cela soit vrai, Theia aurait dû toucher la terre à une vitesse relativement faible. Richard Gott et Edward Belbruno de l'Université de Princeton disent que cela n'aurait pu se produire que si Theia était originaire d'un point de Lagrange. La découverte des planètes KOI-730 montre que c'est possible.

Peut-être qu'un jour ces co-orbiteurs entreront en collision et formeront une autre lune. Mais cela n'arrivera pas avant un certain temps, car les simulations montrent que les planètes continueront à partager leur orbite pendant au moins 2,22 millions d'années de plus.


Glossaire

aphélie : le point de son orbite où une planète (ou un autre objet en orbite) est le plus éloigné du Soleil

apogée: le point de son orbite où un satellite terrestre est le plus éloigné de la Terre

Ceinture d'astéroïdes: la région du système solaire entre les orbites de Mars et de Jupiter dans laquelle se trouvent la plupart des astéroïdes la ceinture principale, où les orbites sont généralement les plus stables, s'étend de 2,2 à 3,3 UA du Soleil

périgée: le point de son orbite où un satellite terrestre est le plus proche de la Terre

périhélie : le point de son orbite où une planète (ou un autre objet en orbite) est le plus proche du Soleil


Conjonction planétaire : l'histoire montre pourquoi ce n'est pas "Star of Bethlehem"

On pense qu'au 6ème siècle avant notre ère, les trois mages ont suivi une étoile qui les a conduits à Bethléem, où ils ont trouvé le nouveau-né Jésus-Christ.

Pendant des siècles, les astronomes ont tenté de découvrir la vérité sur cet événement céleste et ce à quoi il a pu faire référence. Certains astronomes pensent que la brillante «étoile de Bethléem» était en fait une conjonction planétaire similaire à celle qui a eu lieu lundi, mais peut-être entre différentes planètes, telles que Vénus, Mars et Jupiter.

"Il est plus que probable qu'un événement similaire à celui-ci puisse expliquer ce qui a été vu à ce moment-là", a déclaré Diana Hannikainen, rédactrice en chef du Sky & Telescope. Inverse.

Mais Patrick Hartigan, professeur de physique et d'astronomie à l'Université Rice au Texas, pense que si nous avions voyagé dans le temps pour observer la conjonction planétaire qui a eu lieu cette année-là, nous aurions été moins qu'impressionnés.

" Du point de vue d'un observateur moderne, si nous devions revenir en arrière et regarder cette conjonction, cela ne semblerait pas être quelque chose de spécial ", dit-il. Inverse. "Il n'y avait pas de star brillante, ce n'était pas particulièrement spectaculaire."

La conjonction qui s'est produite à l'époque des mages a eu des aspects intéressants. Il semble qu'il s'agisse de l'alignement de trois planètes à la fois, mais elles étaient entre huit et neuf fois plus éloignées de la Terre que celle qui a eu lieu cette année, selon Hartigan.

La conjonction de cette année ne ressemblera pas non plus à une seule étoile brillante. Les deux planètes apparaîtront comme deux objets, l'un plus brillant que l'autre.

En fin de compte, l'idée qu'il s'agit de la "star de Noël" est également trompeuse.

" Si cela s'était produit n'importe quelle autre année ou à n'importe quel autre moment de l'année, cela ne s'appellerait probablement pas une " étoile de Noël " ", dit Teets. "Ce genre d'événements, juste parce qu'ils sont si rares, c'est ce qui attire l'attention des gens."


Février 2020

Mercure: Les soirs, du 1er au 16 février, le 10 février est le plus grand allongement oriental.

Vénus: Crépuscule pour tout le mois.

Mars: Ciel du matin pour tout le mois. Le 18 février, un croissant de lune décroissant sera très proche de Mars et dans la moitié ouest de l'Amérique du Nord, la lune semblera occulter (cacher) Mars avant le lever du soleil.

Jupiter: Ciel du matin pour tout le mois.

Saturne: Avant l'aube pendant tout le mois.

Uranus: Ciel du soir pour tout le mois.

Neptune: Ciel du soir jusqu'au 20 février.


Une planète peut-elle orbiter à l'envers par rapport aux autres planètes d'un système solaire ?

Toutes les planètes du système solaire orbitent autour du Soleil dans le même sens que la rotation du Soleil, c'est-à-dire dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, en regardant depuis le pôle nord du Soleil. Celles-ci sont appelées orbites «progrades» (littéralement «avancer»). Leur direction est une conséquence de la rotation initiale du nuage de gaz et de poussière à partir duquel le Soleil et les planètes se sont formés.

Une planète avec une orbite « rétrograde », c'est-à-dire se déplaçant dans le sens opposé à la rotation de son étoile d'origine, nécessiterait un changement d'énergie massif pour inverser son orbite prograde initiale, et c'est pourquoi les planètes avec des orbites rétrogrades sont rares. (Les orbites rétrogrades sont plus courantes avec les comètes et les astéroïdes, car elles sont plus petites et plus faciles à sortir de leurs orbites d'origine.)

Mais les planètes rétrogrades existent – ​​deux exemples sont les exoplanètes Kepler-2b et WASP-17b. Le processus responsable peut être ce que l'on appelle le « mécanisme de Kozai », dans lequel l'effet gravitationnel d'un troisième corps distant peut provoquer une perturbation de l'orbite d'une planète qui déplace lentement la planète sur une orbite inclinée et allongée. Cette inclinaison finit par devenir si extrême que l'orbite est inversée.

Un autre mécanisme possible pour inverser l'orbite d'une planète est l'effet gravitationnel d'une rencontre rapprochée ou d'une collision avec un grand corps. Cependant, la plupart de ces interactions détruiraient probablement complètement la planète, ou au moins l'expulseraient du système stellaire. Il est également possible que le disque de gaz et de poussière d'une étoile, à partir duquel se forment ses planètes, puisse lui-même être renversé si le disque s'éloigne trop près d'un autre amas de matière. Toutes les planètes formées dans ce disque auraient alors des orbites rétrogrades.


12 réponses 12

J'ai supposé, sur la base des connaissances limitées que j'ai sur le sujet, que tous les systèmes stellaires ont des orbites ellipsoïdales (l'étoile étant dans l'un des deux foyers) tout comme la nôtre

Tu as raison, c'est une des lois de Kepler, la première. Un autre, le second, déclare que la ligne reliant l'étoile et la planète balaie des zones égales en des temps égaux, ou, pour le mettre en image

Comme vous pouvez le voir sur l'image, lorsque l'une des deux planètes est dans la région "plus lente", l'autre sera dans la région "plus rapide", ce qui signifie que l'alignement apparent entre les deux planètes et l'étoile ne durera pas trop longtemps. Supposons pour simplifier que la zone est couverte en un mois. Une planète verra l'autre planète disparaître pendant une fraction de ce mois, et elle réapparaîtra dans le ciel.

La seule façon d'y échapper est d'avoir des orbites parfaitement circulaires (à la fin, un cercle n'est qu'une ellipse avec une excentricité = 0 ) si vous approximez l'étoile comme un point dans le ciel.

Compte tenu de la taille apparente de l'étoile dans le ciel, si l'orbite n'est pas excessivement excentrique et que les planètes orbitent pas trop loin de l'étoile, il est toujours possible qu'elles soient constamment cachées les unes des autres, l'étoile couvrant en permanence le ligne de vue.

Dans ce cas, pour découvrir l'existence de l'autre planète, il faut probablement avoir la capacité d'envoyer des satellites hors du plan orbital, pour regarder le système stellaire d'en haut (ou d'en bas).

Il est également possible qu'une courbure relativiste de la lumière près du bord de l'étoile puisse rendre la planète visible pendant les éclipses, lorsque sa position apparente dans le ciel est proche du bord de l'étoile elle-même.

Bien que je doute qu'un tel système soit stable sur la durée nécessaire à l'évolution d'une telle civilisation.


Demandez à Ethan : deux planètes peuvent-elles partager la même orbite ?

« Nous ne sommes pas comme les insectes sociaux. Ils n'ont qu'une seule façon de faire les choses et ils le feront pour toujours, codés pour cette façon. Nous sommes codés différemment, pas seulement pour des choix binaires, go ou no-go. Nous pouvons aller de quatre manières à la fois, selon la sensation de l'air : go, no-go, mais aussi peut-être, plus ce que diable essayons. -Lewis Thomas

Malgré les dangers qu'une frappe occasionnelle de comète ou d'astéroïde peut entraîner, notre système solaire est en fait un endroit merveilleusement stable, les huit planètes devant rester sur leurs orbites, de manière stable, aussi longtemps que le Soleil vivra. Mais tous les systèmes solaires sont-ils ainsi ? Après avoir passé au crible nos questions et suggestions pour Ask Ethan cette semaine, j'ai sélectionné cette question exceptionnelle de Dee Hurley :

Est-il possible d'avoir un système solaire avec deux planètes partageant la même orbite ?

C'est une très bonne question, et notre propre système solaire offre quelques indices pour la réponse.

Selon l'Union astronomique internationale (UAI), il y a trois choses qu'un corps en orbite doit faire pour être une planète :

  1. Il doit être en équilibre hydrostatique ou avoir suffisamment de gravité pour lui donner une forme sphérique. (Plus tous les effets de rotation qui le déforment.)
  2. Il doit être en orbite autour du Soleil et ne pas tout autre corps (comme une autre planète).
  3. Et il faut dégager son orbite de tout planétésimaux ou concurrents planétaires.

Cette dernière définition, à proprement parler, exclut deux planètes partageant la même orbite, puisque l'orbite ne serait pas dégagée s'il y en avait deux.

Mais pourquoi se soucier des définitions techniques ? Préoccupons-nous plutôt de savoir s'il serait possible d'avoir deux planètes semblables à la Terre qui partagent la même orbite autour de leur étoile. La grande inquiétude, bien sûr, est la gravitation, qui peut ruiner une orbite double de l'une des deux manières suivantes : soit une interaction gravitationnelle peut « jeter » très fort l'une des planètes, soit en l'envoyant dans le soleil soit hors du système solaire, ou l'attraction gravitationnelle mutuelle des deux planètes peut les faire fusionner, entraînant une collision spectaculaire.

Ce dernier cas est, en fait, quelque chose qui est arrivé à la Terre alors que le système solaire n'avait que quelques dizaines de millions d'années ! La collision a entraîné la formation de notre Lune et a très probablement provoqué un événement majeur de resurfaçage sur notre planète.

Deux planètes ne font pas un excellent travail pour occuper exactement la même orbite, car il n'y a pas de vraie stabilité dans ces cas. Le mieux que vous puissiez faire est d'espérer une quasi-stable orbite, c'est-à-dire que si, techniquement, sur des échelles de temps infiniment longues, tout est instable, vous pouvez obtenir des configurations qui durent des milliards d'années avant qu'une de ces deux « mauvaises » se produise. Et pour cela, je souhaite vous présenter un concept : les points de Lagrange.

Si vous ne considérez que deux masses - le Soleil et une seule planète - il y a cinq points (appelés points de Lagrange) autour de chacun où les effets gravitationnels du Soleil et de la planète s'annulent, et les trois corps se déplacent sur une orbite stable pour toujours . Malheureusement, seuls deux de ces points de Lagrange, L4 et L5, sont stables, tout ce qui commence aux trois autres (L1, L2 ou L3) s'éloignera de manière instable et finira par entrer en collision avec la planète ou être éjecté.

Mais L4 et L5 sont les points autour desquels les astéroïdes se rassemblent. Les mondes géants gazeux en ont tous des milliers, mais même la Terre en a un : l'astéroïde 3753 Cruithne, qui est actuellement sur une orbite quasi-stable avec notre monde !

Bien que cet astéroïde en particulier ne soit pas stable à l'échelle du milliard d'années, il est tout à fait possible que deux planètes partagent une orbite comme celle-ci. Il est également possible d'avoir un binaire planète, qui ressemblerait beaucoup au système Terre/Lune (ou au système Pluton/Charon), sauf sans « gagnant » clair quant à savoir qui est la planète et qui est la lune. Si vous aviez un système où deux planètes étaient comparables en masse/taille, et seulement séparées par une courte distance, vous pourriez avoir ce qu'on appelle un système planétaire binaire ou double. Des études récentes indiquent que cela est, en fait, possible.

Mais il y a une autre façon de le faire, et c'est quelque chose que vous n'auriez peut-être pas pensé être stable : vous pouvez avoir deux planètes sur deux orbites distinctes, l'une intérieure à l'autre, où les orbites échanger périodiquement lorsque le monde intérieur dépasse le monde extérieur. Vous pourriez penser que c'est fou, mais notre système solaire a un exemple où cela se produit : deux des lunes de Saturne, Epiméthée et Janus

Tous les quatre ans, la lune intérieure (la plus proche de Saturne) vient dépasser la lune extérieure, et leur attraction gravitationnelle mutuelle fait que la lune intérieure se déplace vers l'extérieur, tandis que la lune extérieure se déplace vers l'intérieur et ils échangent.

Au cours des 25 dernières années, nous avons beaucoup observé ces deux lunes danser, et pour autant que nous puissions en juger, cette configuration est stable tout au long de la durée de vie de notre système solaire. En d'autres termes, il est tout à fait concevable que nous ayons un système planétaire quelque part dans notre galaxie avec deux planètes (plutôt que des lunes) qui font exactement cela !

La mauvaise nouvelle, du moins pour l'instant, est que sur les milliers de planètes découvertes autour d'autres étoiles, nous n'avons pas encore de planètes candidates binaires. (Vous en avez peut-être entendu parler il y a quelques années, mais il a été rétracté.) Bien sûr, notre technologie n'a pas progressé au point où nous avons découvert lunes autour des exoplanètes non plus, et pourtant nous nous attendons à ce qu'elles soient là.

La réalité est que ces circonstances de partage d'orbite devraient être rares, mais pas si rares que nous ne nous attendons pas à le voir jamais. Donnez-nous un meilleur télescope de recherche de planètes, un million d'étoiles et environ 10 ans, et je serais prêt à parier que nous trouverions des exemples des trois cas d'orbites de partage de planètes. Les lois de la gravité et nos simulations nous disent qu'elles devraient être là. La seule étape qui reste est de les trouver.


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