Paramètre gravitationnel standard
Le paramètre gravitationnel standard d'un corps, noté μ (mu), est le produit de la constante gravitationnelle G par la masse M de ce corps :
- .
Quand M désigne la masse de la Terre ou du Soleil, μ s'appelle la constante gravitationnelle géocentrique ou la constante gravitationnelle héliocentrique.
Le paramètre gravitationnel standard s'exprime en kilomètres cubes par seconde carrée (km3/s2 ou km3 s−2). Pour la Terre, 398 600,441 8 ± 0,000 8 km3/s2.
En astrophysique, le paramètre μ fournit une simplification pratique des différentes formules liées à la gravitation. En fait, pour le Soleil, la Terre et les autres planètes disposant de satellites, ce produit GM est connu avec une meilleure précision que celle associée à chacun des deux facteurs G et M[alpha 1]. On utilise donc la valeur du produit GM connue directement plutôt que de multiplier les valeurs des deux paramètres G et M.
Petit objet en orbite stable
Si , c'est-à-dire si la masse de l'objet en orbite est très inférieure à la masse du corps central :
Le paramètre gravitationnel standard pertinent est relatif à la plus grosse masse et non à l'ensemble des deux.
La troisième loi de Kepler permet de calculer le paramètre gravitationnel standard, pour toutes les orbites circulaires naturelles stables autour d'un même corps central de masse .
Orbites circulaires
Pour toutes les orbites circulaires autour d'un corps central :
avec :
- est le rayon orbital,
- est la vitesse orbitale,
- est la vitesse angulaire,
- est la période orbitale.
Orbites elliptiques
La dernière égalité ci-avant relative aux orbites circulaires se généralise facilement aux orbites elliptiques :
où :
- est le demi grand axe.
- est la période orbitale.
Trajectoires paraboliques
Pour toutes les trajectoires paraboliques, est constant et égal à .
Pour les orbites elliptiques et paraboliques, vaut deux fois le demi grand axe multiplié par l'énergie orbitale spécifique.
Valeurs numériques
Valeurs de pour différents corps du Système solaire :
Notes et références
Notes
- Pour un corps céleste disposant de satellites la valeur du produit GM est directement déduite des paramètres orbitaux des satellites (via l'accélération gravitationnelle GMd2 où d désigne la distance planète-satellite), généralement connus avec une très grande précision, alors que la constante G n'est connue que par mesure directe (précision relative de seulement 4,6 × 10−5) et que la masse M n'est connue qu'à travers le rapport (GM)G.
Références
- (en) E. V. Pitjeva, « High-Precision Ephemerides of Planets — EPM and Determination of Some Astronomical Constants », Solar System Research, vol. 39, no 3, , p. 176 (DOI 10.1007/s11208-005-0033-2, lire en ligne [PDF])
- D. T. Britt et al Asteroid density, porosity, and structure, pp. 488 in Asteroids III, University of Arizona Press (2002).
- (en) R.A. Jacobson, « The masses of Uranus and its major satellites from Voyager tracking data and Earth-based Uranian satellite data », The Astronomical Journal, vol. 103, no 6, , p. 2068–2078 (DOI 10.1086/116211, lire en ligne)
- (en) M. W. Buie, W. M. Grundy, E. F. Young, L. A. Young, S. A. Stern, « Orbits and photometry of Pluto's satellites: Charon, S/2005 P1, and S/2005 P2 », Astronomical Journal, vol. 132, , p. 290 (DOI 10.1086/504422, lire en ligne), « astro-ph/0512491 », texte en accès libre, sur arXiv.
- (en) M.E. Brown et E.L. Schaller, « The Mass of Dwarf Planet Eris », Science, vol. 316, no 5831, , p. 1585 (PMID 17569855, DOI 10.1126/science.1139415, lire en ligne)