Rotation synchrone


Rotation synchrone
Vu la rotation synchrone de leur lune, les habitants du corps central ne verront jamais son côté vert

La rotation synchrone est un phénomène qui se produit lorsqu'un satellite naturel orbite à proximité de sa planète et qui a comme conséquence que la période de rotation du satellite est synchronisée avec sa période de révolution de sorte que, vu de la planète, il lui présente toujours la même face. On dit aussi que ces périodes sont en résonance. La rotation synchrone ne concerne pas seulement les satellites naturels des planètes mais tout objet en orbite autour d'un autre.

Sommaire

Description

L'attraction gravitationnelle entre deux corps produit une force de marée sur chacun d'eux, les étirant dans la direction de l'axe planète-satellite. Si les corps en question sont suffisamment flexibles et que la force de marée est suffisamment forte, ces corps seront légèrement déformés. Comme la plupart des lunes et tous les corps astronomiques de grande taille sont sphériques sous l'action de leur propre gravité, l'action des forces de marée les rend légèrement prolates (cigaroïdes).

Dans le cas des systèmes lune-planète, cette forme allongée est instable. Supposons que le satellite tourne plus vite sur lui-même qu'autour de sa planète, et que sa planète tourne plus vite sur elle-même que le satellite ne tourne autour d'elle (le phénomène sera le même si le contraire est vrai, seuls les signes seront inversés). Entrainées par la rotation du satellite, les protubérances soulevées par la marée de la planète se retrouveront en avance ; la force gravitationnelle de la planète exercera alors un couple sur chaque protubérance, qui aura pour effet de ralentir la rotation du satellite. Chacune des deux protubérances a tendance à revenir sur sa position stable, elles contribuent toutes les deux à freiner la rotation de la planète. L'effet dépend des forces de friction qui sont nécessaires pour déplacer ces protubérances, il peut être moindre si les protubérances sont plus fluides (marées océaniques ou atmosphériques).

Par le principe d'action et de réaction, le couple appliqué par la planète sur le satellite, agit en réaction sur le mouvement orbital du couple planète-satellite (comme un cosmonaute qui serre un boulon se met à tourner autour du boulon). Le moment angulaire orbital, augmente précisément d'autant que le moment angulaire rotationnel du satellite diminue.

Si la révolution du satellite est plus rapide que la rotation de la planète (ce qui est le cas de Phobos autour de Mars, ainsi que de plusieurs des lunes intérieures d'Uranus), les forces de marée de la planète auront tendance à faire diminuer la vitesse de rotation du satellite sur lui-même et décroître son rayon orbital, ce qui placera le satellite sur une orbite descendante où il orbitera plus vite (énergie cinétique acquise par l'énergie potentielle de la chute). Le gain de moment angulaire de rotation du satellite sur lui-même accroît encore cette tendance, car il est pris sur le moment angulaire de révolution.
Phobos finira par s'écraser sur la surface de Mars.

De la même façon, les marées soulevées par le satellite sur sa planète vont chercher à synchroniser la rotation de cette dernière avec la révolution de son satellite ; dans le cas d'une rotation de la planète sur elle-même plus rapide que la rotation du satellite autour de la planète, les protubérances de la planète vont exercer un couple net sur le satellite qui aura pour effet de le « pousser » dans le sens de son orbite, et donc de le forcer à s'éloigner, et dans le même temps, de ralentir la rotation de la planète sur elle-même.
Les effets sont inverses si la période de rotation de la planète sur elle-même est inférieure à la période orbitale du satellite : la rotation de la planète s'accélère et le satellite se rapproche. Dans le cas du système Terre-Lune, la distance les séparant augmente de 3,84 cm par an (étude par Lunar Laser Ranging).

Dans le cas des petites lunes, de forme irrégulière, ces forces auront tendance à aligner le plus grand axe de la lune avec le rayon orbital, et le plus petit axe avec la normale à l'orbite.

Exemples d'objets en rotation synchrone

Une grande partie des lunes du système solaire sont en rotation synchrone avec leur planète, car elles orbitent à de faibles distances de leur planète et la force de marée augmente rapidement avec la diminution de cette distance (le gradient gravitationnel est proportionnel à l'inverse du cube de la distance). En outre, Mercure est en rotation synchrone avec le Soleil dans un rapport 3:2.
Plus subtilement, Vénus est (quasiment) en rotation synchrone avec la Terre, de sorte que toutes les fois où Vénus est en conjonction inférieure, Vénus présente (presque exactement) la même face à la Terre. Mais, les forces de marée impliquées dans la synchronisation Vénus-Terre sont extrêmement faibles et il se peut que ce ne soit qu'une coïncidence, valable à notre « époque astronomique », d'autant plus que cette synchronisation n'est pas exacte (voir à l'article Vénus).

Charon, satellite de Pluton, est en rotation synchrone avec ce dernier : comme la Lune avec la Terre, il lui présente toujours la même face. Mais, contrairement à cette dernière, Charon évolue sur l'orbite géostationnaire de Pluton. Ainsi, outre le fait de présenter toujours la même face, Charon parait donc immobile dans le ciel de Pluton.

En général, tout objet qui orbite pendant de longues périodes à proximité d'un autre objet beaucoup plus massif est susceptible d'être en rotation synchrone avec celui-ci. On suppose que les étoiles binaires proches soient mutuellement en rotation synchrone. De même, on pense que les planètes extrasolaires qui ont été détectées à proximité de leur étoile sont en rotation synchrone avec celle-ci.

Articles connexes

Voir aussi


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Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Rotation synchrone de Wikipédia en français (auteurs)

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