Si vous avez déjà appris comment la Terre tourne autour du soleil, vous pensez peut-être que notre planète suit une trajectoire de forme ovale qui la rapproche beaucoup plus du soleil à certaines périodes de l'année qu'à d'autres. Vous auriez également de bonnes raisons de penser cela :c'est ainsi que la plupart des manuels scolaires présentent les choses.
En effet, beaucoup de gens pensent que la Terre est plus proche du soleil en été qu’en hiver. Il se trouve que cela est vrai en été dans l'hémisphère sud, mais cela ne peut pas être également vrai en été dans l'hémisphère nord.
Dans l’hémisphère sud, la Terre est 5 millions de kilomètres plus proche du soleil en été qu’en hiver, mais c’est l’inverse dans l’hémisphère nord. La distance moyenne Terre-Soleil est de 150 millions de kilomètres, et la raison principale des saisons est que la Terre est inclinée, de sorte que chaque pôle pointe parfois davantage vers le soleil et parfois plus loin de lui.
Ainsi, l’orbite terrestre ne présente qu’un écart relativement minime par rapport à une circularité parfaite. Mais pourquoi est-il si souvent représenté sous la forme d’un œuf ? Et comment pouvons-nous visualiser la situation réelle ?
Afin d'essayer de comprendre à quel point l'orbite de la Terre et des autres planètes était circulaire, j'ai décidé de comparer la forme de l'orbite terrestre à une roue de vélo ordinaire de 26 pouces en réduisant les dimensions réelles pour l'adapter et en consultant mon vélo local. recherchez ce que les écarts signifieraient pour une vraie roue. J'ai été très surpris du résultat.
L’orbite était bien plus proche d’un cercle parfait que je ne l’avais imaginé auparavant. Si l'orbite était une roue de vélo de 26 pouces (660,4 mm), l'écart par rapport à un cercle parfait serait inférieur à 0,1 mm. C'est comparable à une fine couche de peinture, pratiquement impossible à distinguer d'un cercle parfait à l'œil nu.
Dans mon étude publiée dans Physics Education , j'ai aussi regardé les autres planètes. Les orbites de Vénus et de Neptune sont encore plus proches des cercles parfaits, l'orbite de Vénus ne s'écartant que de 14 μm (un μm ou un micromètre équivaut à un millionième de mètre) et celle de Neptune de 31 μm.
Les planètes dont les orbites sont les moins circulaires sont Mars et Mercure. Si l'orbite de Mars était une roue de vélo de 26 pouces, elle serait en dehors d'un peu moins de 3 mm, ce qui serait à peine perceptible si vous conduisiez un vélo avec une roue aussi fausse.
Mercure a l'orbite la moins circulaire, avec un écart de 14 mm, même si cela ne représente encore que 2 %.
Si vous avez un vélo, il est probable que ses roues ne soient pas aussi circulaires que l'orbite de Mars. Si vous avez eu une collision décente avec un trottoir ou un rocher, votre roue avant pourrait même être moins circulaire que l'orbite de Mercure.
Une petite déviation
Les lecteurs à l'esprit mathématique pourraient se poser une question après avoir lu ce qui précède :si la Terre est en moyenne à 150 millions de kilomètres du soleil et que cette distance varie de 5 millions de kilomètres au cours d'une année, la déviation de son orbite ne devrait-elle pas être un peu plus de 3 % ?
La réponse à cette question est que le soleil n’est pas au centre de l’ellipse mais décalé sur le côté en tant que point appelé foyer. Si pendant sa formation, une planète se déplaçait juste à la bonne vitesse pour contrecarrer la gravité, elle se déplacerait en cercle.
Cependant, dans l’univers réel, les planètes vont rarement à la bonne vitesse pour faire un cercle. Parfois, ils se déplacent un peu plus vite et parfois plus lentement, ce qui ne peut être obtenu qu'avec une orbite elliptique.
Il y a des milliers d'années, les anciens Grecs croyaient que tous les objets célestes tournaient autour de la Terre et voyageaient en cercles parfaits.
Cette idée a prévalu pendant environ 1 500 ans, jusqu'à ce que l'astronome polonais Nicolas Copernic (1473-1543) se rende compte que les planètes (y compris la Terre) tournaient réellement autour du soleil.
Copernic pensait que les orbites étaient circulaires. Plus tard, l'astronome et mathématicien allemand Johannes Kepler (1571-1630) réalisa qu'il avait tort et proposa les trois lois du mouvement planétaire.
La première loi est que les orbites des planètes sont elliptiques et non circulaires. La troisième loi relie la taille de l'orbite d'une planète au temps qu'elle met, d'une manière un peu trop compliquée pour que nous puissions l'aborder ici.
La deuxième loi est que, si vous tracez une ligne allant du soleil à une planète donnée, la ligne balayera des zones égales dans un laps de temps égal à mesure que la planète se déplace. Pensez à la pizza :le coin étroit d’une grande pizza peut avoir la même surface qu’un coin large d’une petite pizza. Cela se produit parce que les planètes se déplacent plus rapidement lorsqu'elles sont plus proches du soleil.
La principale raison pour laquelle les orbites sont dessinées sous forme d'ellipses dans les manuels est de démontrer la deuxième loi de Kepler. Si l'orbite de la Terre était tracée comme indiqué dans le diagramme correctement mis à l'échelle, il serait impossible de voir une différence dans les coins.
Cependant, cela peut donner l’impression que l’orbite de la Terre est beaucoup plus elliptique qu’elle ne l’est en réalité. De tels diagrammes ne sont pas réellement faux :ils sont une exagération, une sorte de caricature mathématique qui met l'accent sur une caractéristique importante.
Même si les Grecs de l’Antiquité se trompaient sur le fait que la Terre était au centre du système solaire, ils ne se trompaient pas beaucoup sur les orbites des planètes. Donc, si vous voulez bien excuser le jeu de mots, nous avons bouclé la boucle.
Plus d'informations : Stephen Hughes, Un nouveau regard sur les orbites, Enseignement de la physique (2024). DOI :10.1088/1361-6552/ad1b21
Fourni par The Conversation
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l'article original. 
