Dans le monde de tous les jours, la gravité est la force qui fait tomber les objets vers le bas. En astronomie, la gravité est également la force qui amène les planètes à se déplacer sur des orbites quasi circulaires autour des étoiles. À première vue, il n'est pas évident que la même force puisse donner lieu à des comportements apparemment différents. Pour comprendre pourquoi, il est nécessaire de comprendre comment une force externe affecte un objet en mouvement.
La force de gravité
La gravité est une force qui agit entre deux objets quelconques. Si un objet est significativement plus massif que l'autre, alors la gravité attirera l'objet le moins massif vers le plus massif. Une planète, par exemple, subira une force la tirant vers une étoile. Dans le cas hypothétique où les deux objets sont initialement stationnaires l'un par rapport à l'autre, la planète commencera à se déplacer en direction de l'étoile. En d'autres termes, il tombera vers l'étoile, comme le suggère l'expérience quotidienne de la gravité.
L'effet du mouvement perpendiculaire
La clé pour comprendre le mouvement orbital est de se rendre compte qu'une planète n'est jamais stationnaire par rapport à son étoile mais se déplace à grande vitesse. Par exemple, la Terre se déplace à environ 108 000 kilomètres par heure (67 000 miles par heure) sur son orbite autour du soleil. La direction de ce mouvement est essentiellement perpendiculaire à la direction de la gravité, qui agit le long d'une ligne allant de la planète au soleil. Alors que la gravité tire la planète vers l'étoile, sa grande vitesse perpendiculaire la transporte latéralement autour de l'étoile. Le résultat est une orbite.
Force centripète
En physique, tout type de mouvement circulaire peut être décrit en termes de force centripète - une force qui agit vers le centre. Dans le cas d'une orbite, cette force est fournie par la gravité. Un exemple plus familier est un objet tourbillonnant au bout d'une ficelle. Dans ce cas, la force centripète provient de la corde elle-même. L'objet est tiré vers le centre, mais sa vitesse perpendiculaire le maintient en mouvement en cercle. En termes de physique de base, la situation n'est pas différente du cas d'une planète en orbite autour d'une étoile.
Orbites circulaires et non circulaires
La plupart des planètes se déplacent sur des orbites approximativement circulaires, en raison de la façon dont les systèmes planétaires sont formés. La caractéristique essentielle d'une orbite circulaire est que la direction du mouvement est toujours perpendiculaire à la ligne joignant la planète à l'étoile centrale. Cela ne doit pas être le cas, cependant. Les comètes, par exemple, se déplacent souvent sur des orbites non circulaires très allongées. De telles orbites peuvent encore être expliquées par la gravité, bien que la théorie soit plus compliquée que pour les orbites circulaires.