Satellite naturel - Définition
Un satellite naturel est un objet qui orbite autour d'une planète ou d'un autre objet plus grand que lui-même et qui n'est pas d'origine humaine, par opposition aux satellites artificiels. De tels objets sont également appelés lunes, par analogie avec la Lune, le satellite naturel de la Terre.
Techniquement, le terme pourrait s'appliquer à une planète orbitant une étoile, ou même une étoile orbitant un centre galactique, mais une telle utilisation est rare. En temps normal, il désigne les satellites naturels des planètes, planète naines et petits corps.
Origine
On suppose que les satellites naturels orbitant relativement proches d'une planète sur une orbite prograde se sont formés dans la même région du disque protoplanétaire à l'origine de cette planète. Par opposition, les satellite irréguliers (orbitant généralement sur des orbites distantes, inclinées, excentriques ou rétrogrades) seraient des objets étrangers capturés et éventuellement fragmentés lors de collisions.
Il existe des exceptions ou des variations à ce modèle standard de formation. En particulier, les couples Terre-Lune[1] et peut-être Pluton-Charon[2] tireraient leur origine de la collision de deux grands objets proto-planétaires. La matière éjectée en orbite autour du corps central aurait alors formé un ou plusieurs objets par accrétion. On pense par ailleurs que les satellites d'astéroïdes se forment principalement par ce processus.
Définition
Le terme de " satellite " ne possède pas de définition scientifique précise. En particulier, l'existence de couples Pluton-Charon et Terre-Lune, où le rapport des masses entre le corps central et son satellite n'est pas aussi prononcé que dans la plupart des autres systèmes, rend difficile la détermination d'une limite séparant un système satellitaire d'une planète double. Une définition commune suppose qu'un système satellitaire doit posséder un barycentre situé sous la surface du corps le plus large, mais elle n'est pas officielle et reste arbitraire.
À l'autre bout de l'échelle, les systèmes annulaires autour des géantes gazeuses du système solaire sont composés de petits morceaux de glace et de roche et il n'existe aucune limite définissant une taille à partir de laquelle un tel morceau est suffisamment grand pour être considéré comme un satellite à part entière.
 Comparaison de la Terre et de la Lune. |
 Comparaison de Jupiter et de ses quatre principaux satellites. |
Terminologie
Le premier satellite naturel connu était la Lune. Jusqu'à la découverte des satellites galiléens en 1610, aucune occasion ne s'était donc présentée pour caractériser de tels objets. Galilée choisit pour sa part le terme latin planetæ (" planètes ") pour les désigner. C'est Képler qui les nommera "satellites" en 1611, du latin satelles signifiant " gardien " ou " compagnon ", le satellite semblant accompagner la planète dans ses déplacements.
Christiaan Huygens, le découvreur de Titan, fut le premier à utiliser le terme " lune " pour ce type d'objet, appelant Titan Luna Saturni ou Luna Saturnia (" la lune de Saturne " ou " la lune saturnienne ").
Au fil des découvertes, le terme fut abandonné ; Jean-Dominique Cassini utilisait parfois le terme de " planètes " pour ses découvertes, mais plus souvent celui de " satellites ", .
Le terme de " satellite " devint la norme pour décrire un objet en orbite autour d'une planète, permettant d'éviter l'ambiguïté de " lune ". Cependant, en 1957, le lancement de Spoutnik 1, le premier objet artificiel en orbite autour de la Terre, rendit nécessaire la distinction entre les satellites artificiels et les satellites naturels. Le terme simple de " satellite " tendit à désigner principalement les objets artificiels et le terme " lune " fut à nouveau souvent employé; mais, par exemple, on appelle toujours 'satellite" les nouveaux corps détectés autour des planètes géantes du système solaire (leur désignation provisoire est "S" suivi d'un numéro) ou des astéroïdes.
Satellites naturels du système solaire
Généralités
Actuellement (avril 2007), on connait environ 240 satellites naturels dans le système solaire. 163 lunes orbitent autour des planètes du système solaire : Jupiter en compte 63, Saturne 57, Uranus 27, Neptune 13, Mars 2 et la Terre 1. 4 lunes orbitent autour de planètes naines. Des dizaines d'autres ont été découvertes autour d'astéroïdes et autres petits corps. Certaines études estiment que 15% des objets transneptuniens possèdent au moins un satellite.
Les plus grandes lunes du système solaire (d'un diamètre supérieur à 3 000 km) sont la Lune de la Terre, les lunes galiléennes de Jupiter (Io, Europe, Ganymède et Callisto), Titan, la lune de Saturne, et Triton, la lune de Neptune. Toutes ces lunes sont plus grandes que Pluton. Ganymède et Titan sont plus grandes que Mercure, la plus petite des planètes du système solaire.
Les géantes gazeuses possèdent des systèmes entiers de satellites naturels, dont une moitié ont une taille comparable à la Lune. Parmi les planètes internes, Mercure et Vénus n'ont aucun satellite, la Terre en possède un unique de grande taille (la Lune) et Mars deux lunes minuscules (Phobos et Déimos). Parmi les planètes naines, Cérès n'en possède pas (au contraire de nombreux autres objets de la ceinture d'astéroïdes), Éris en possède un et Pluton trois (Nix, Hydra et Charon).
Rotation synchrone
La plupart des satellites naturels proches sont en rotation synchrone avec le corps autour duquel il tourne, ce qui signifie qu'ils tournent sur eux-même en autant de temps qu'ils effectuent une révolution complète autour de la planète, et présentent ainsi toujours la même face vers la planète (c'est la cas par exemple de la Lune). Parmi les exceptions, Hypérion, une lune de Saturne, tourne de façon chaotique à cause de plusieurs influences exterieures.
En revanche, les satellites extérieurs des géantes gazeuses en sont trop éloignés pour être en rotation synchrone. Par exemple, Himalia (lune de Jupiter), Phœbé (lune de Saturne) et Néréide (lune de Neptune) ont une période de rotation de 10 h et une période orbitale de centaines de jours.
Satellites de satellites
On ne connait aucun satellite naturel d'un autre satellite naturel. On ne sait pas si de tels objets sont stables à long terme. Dans la plupart des cas, les effets de marée causés par la primaire rendrait un tel système instable.
En théorie, un satellite secondaire pourrait exister à l'intérieur de la sphère de Hill d'un satellite primaire, mais aucun objet de ce type n'a encore été détecté.
Satellites troyens
Deux lunes possèdent des petits compagnons à leur point de Lagrange L4 et L5, appellés satellites troyens par analogie avec les astéroïdes troyens de Jupiter :
- Télesto précède Téthys, tandis que Calypso le suit.
- Hélène précède Dioné et Pollux le suit.
Satellites d'astéroïdes
Au début des années 1990, la découverte de la petite lune Dactyl orbitant autour de (243) Ida a confirmé que les astéroïdes peuvent également posséder des satellites naturels. Certains corps, comme (90) Antiope, sont des astéroïdes doubles formés de deux composants de taille similaire. (87) Sylvia possède même deux satellites, Romulus et Rémus.
Liste
La table suivante regroupe les lunes du système solaire selon leur diamètre moyen et le corps autour duquel elles orbitent. La colonne de droite inclut certains autres objets notables (planètes, planètes naines, astéroïdes, transneptuniens) à titre de comparaison.
| Diamètre moyen (km) | Satellites de planètes | Satellites de planètes naines | Satellites de petits corps | Autres corps (pour comparaison) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Terre | Mars | Jupiter | Saturne | Uranus | Neptune | Pluton | Éris | |||
| 6 000-7 000 | Mars | |||||||||
| 5 000-6 000 | Ganymède | Titan | ||||||||
| 4 000-5 000 | Callisto | Mercure | ||||||||
| 3 000-4 000 | Lune | Europe, Io | ||||||||
| 2 000-3 000 | Triton | Éris, Pluton | ||||||||
| 1 000-2 000 | Japet, Rhéa, Dioné, Téthys | Ariel, Umbriel, Titania, Obéron | Charon | 2005 FY9, Sedna, 2003 EL61, Orcus, Quaoar | ||||||
| 500-1 000 | Cérès, Varuna, Ixion, Pallas, Vesta et nombreux transneptuniens | |||||||||
| 100-500 | Amalthée | Phœbé, Hypérion, Encelade, Mimas, Janus, Épiméthée | Sycorax, Miranda, Puck, Portia | Protée, Néréide, Larissa, Galatée, Despina | Dysnomie | S/2005 (2003 EL61) 1, (79360) 1997 CS29, S/2005 (2003 EL61) 2 et de nombreux satellites de transneptuniens | Hygie, Davida, Interamnia et de nombreux autres | |||
| 50-100 | Himalia, Thébé | Pandore, Prométhée | Sétébos, Prospéro, Stéphano, Caliban, Perdita, Bélinda, Rosalinde, Juliette, Desdémone, Cressida, Bianca, Cordélia, Ophélie | Thalassa, Naïade | Nix, Hydra | Ménœtios, S/2000 (90) 1 et de nombreux satellites de transneptuniens | Très nombreux | |||
| 10-50 | Phobos, Déimos | Sinopé, Pasiphaé, Carmé, Ananké, Élara, Lysithéa, Léda, Adrastée, Métis | Hélène, Calypso, Télesto, Atlas, Pan, Pollux, Kiviuq, Ijiraq, Paaliaq, Albiorix, Siarnaq, Tarvos, Ymir | Linus, S/2000 (762) 1, S/2002 (121) 1, Romulus, Petit-Prince, S/2003 (283) 1, S/2004 (1313) 1 et de nombreux satellites de transneptuniens | Très nombreux | |||||
| Moins de 10 | Au moins 47 | au moins 21 | Très nombreux | Très nombreux | ||||||