Une orbite elliptique est la trajectoire en forme d’ellipse que suit un corps celeste — planete, comete, satellite — autour d’un autre corps sous l’effet de la gravite. Decrites mathematiquement par Johannes Kepler au debut du XVIIe siecle, les orbites elliptiques sont la regle dans le systeme solaire : toutes les planetes suivent des ellipses autour du Soleil, qui occupe l’un des deux foyers de chaque ellipse.
Les lois de Kepler
La premiere loi de Kepler stipule que les planetes decrivent des ellipses dont le Soleil occupe l’un des foyers. La deuxieme loi stipule que le segment reliant une planete au Soleil balaie des aires egales en des temps egaux — ce qui signifie que la planete se deplace plus vite quand elle est pres du Soleil (au perihelie) et plus lentement quand elle est eloignee (a l’aphelie). La troisieme loi relie la periode orbitale au demi-grand axe de l’ellipse.
Excentricite et forme de l’orbite
L’excentricite d’une ellipse mesure son degre d’aplatissement, de 0 (cercle parfait) a 1 (parabole). L’orbite de la Terre est quasi-circulaire, avec une excentricite de 0,017. Les cometes ont souvent des orbites tres allongees avec des excentricites proches de 1, qui les amènent tres pres du Soleil avant de les eloigner aux confins du systeme solaire.
Importance en astronomie
Comprendre les orbites elliptiques est fondamental pour predire les positions des planetes, planifier les missions spatiales et evaluer les risques d’impact d’asteroides. Les trajectoires des sondes spatiales exploitent habilement la mecanique orbitale — en particulier les assistances gravitationnelles — pour atteindre des destinations lointaines avec un minimum de carburant.
Exemple concret
La comete de Halley a une orbite tres elliptique avec une excentricite de 0,967. Son perihelie (le point le plus proche du Soleil) se situe a 0,59 UA (entre Venus et le Soleil), tandis que son aphelie (le point le plus eloigne) se situe a 35 UA, au-dela de Neptune. Cette orbite extremement allongee explique sa periode orbitale de 76 ans.
Questions frequentes
Pourquoi les orbites sont-elles elliptiques et non circulaires ?
C’est une consequence directe de la loi de gravitation universelle de Newton. Une ellipse, et plus generalement une conique (ellipse, parabole, hyperbole), est la solution mathematique des equations du mouvement sous une force gravitationnelle en 1/r². Le cercle est un cas particulier d’ellipse (excentricite nulle).
Les orbites sont-elles stables indefiniment ?
Non parfaitement. Les interactions gravitationnelles entre planetes perturbent les orbites sur de longues periodes. Ces perturbations sont generalement faibles et les orbites restent stables sur des milliards d’annees, mais peuvent sur des echelles de temps tres longues provoquer des instabilites dans le systeme solaire.
Les satellites artificiels suivent-ils aussi des orbites elliptiques ?
Oui. La plupart des satellites artificiels suivent des orbites elliptiques. L’orbite circulaire est un cas limite atteint en pratique avec une certaine precision. La Station spatiale internationale, par exemple, suit une orbite quasi-circulaire a environ 400 kilometres d’altitude.