Planète double

Le terme informel « planète double » est utilisé pour décrire deux planètes en orbite l'une autour de l'autre. Le terme formel est système binaire planétaire ou de planètes (à ne pas confondre avec un système planétaire à deux planètes).

La définition des planètes de l'Union astronomique internationale adoptée en 2006 mentionne qu'un objet en orbite autour d'une planète est un satellite et non pas une planète. À ce titre, aucune « planète double » n'est reconnue officiellement.

Un critère communément utilisé de façon informelle est que, indépendamment de cet aspect satellitaire, chaque objet doit respecter les critères définissant une planète et que le barycentre de la paire doit être à l'extérieur des deux corps. Cependant, ce dernier critère n'est pas approuvé par tout le monde et d'autres définitions ont été proposées.

De façon analogue, on peut parler d'astéroïde double, comme pour (90) Antiope et son satellite, ou plus généralement de système double de planètes mineures, notamment pour le couple formé par la planète naine Pluton et son gros compagnon Charon[1] - [2], parois qualifié de « planète naine double » depuis le reclassement de Pluton.

Contexte

Il y a depuis longtemps un débat sur la définition du seuil entre une planète double et un système planète-satellite. Dans la plupart des cas, le problème ne se pose pas puisque le secondaire (l'objet le plus petit du couple considéré) a une masse relativement faible en comparaison de celle du primaire (l'objet le plus gros). En particulier, à l'exception des systèmes Terre-Lune et Pluton-Charon, tous les satellites de planètes et planètes naines du Système solaire ont des masses inférieures à 0,00025 (1/4000) fois celle de leur primaire. D'un autre côté, la Terre et la Lune ont un ratio de masse de 0,01230 (1/81) et Pluton et sa lune Charon un ratio de masse de 0,147 (1/7).

Définitions

Définition classique

Deux planètes fictives en orbite autour de leur centre commun de gravité.

Un point de vue généralement accepté pour faire la différence entre un système planète-satellite et une planète double est la localisation du centre de masse des deux objets. Si le centre de masse n'est pas localisé sous la surface de l'un des deux objets, on le désigne généralement comme une planète double. Dans ce cas, les deux objets orbitent autour d'un point central placé dans l'espace qui les sépare. Selon cette définition, Pluton et Charon seraient considérés comme une planète (naine) double, alors que la Terre et la Lune ne le seraient pas.

Selon cette définition, un système $P-S$ (où $P$ est l'objet primaire — c'est-à-dire le plus massif des deux — et $S$ l'objet secondaire) est un système binaire de planètes si et seulement si :

{\begin{cases}{\dfrac {R_{\mathrm {P} }}{D}}<{\dfrac {M_{\mathrm {S} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}\\\\{\dfrac {R_{\mathrm {S} }}{D}}<{\dfrac {M_{\mathrm {P} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}\end{cases}}

où $R_{\mathrm {X} }$ et $M_{\mathrm {X} }$ désignent le rayon et la masse de l'objet $X$ , et $D$ la distance entre $P$ et $S$ .

Démonstration

Soient $D_{\mathrm {P} }$ et $D_{\mathrm {S} }$ les distances du centre de masse $G$ aux centres des deux objets. La position de $G$ est définie par $M_{\mathrm {P} }D_{\mathrm {P} }=M_{\mathrm {S} }D_{\mathrm {S} }$ . Comme $D_{\mathrm {P} }+D_{\mathrm {S} }=D$ , on obtient :

{\begin{cases}D_{\mathrm {P} }={\dfrac {M_{\mathrm {S} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}D\\\\D_{\mathrm {S} }={\dfrac {M_{\mathrm {P} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}D\end{cases}}

Pour que $G$ soit extérieur aux deux objets il faut et il suffit que $D_{\mathrm {P} }>R_{\mathrm {P} }$ et $D_{\mathrm {S} }>R_{\mathrm {S} }$ , ce qui conduit immédiatement aux deux inégalités citées plus haut.

Remarque : en pratique la seconde de ces deux relations est toujours vérifiée (centre de masse extérieur à l'objet secondaire), c'est la première qui ne l'est généralement pas (le plus souvent le centre de masse est situé à l'intérieur de l'objet primaire).

Exemple du système Pluton-Charon :

$R_{\mathrm {P} }=$ 1 185 km, $M_{\mathrm {P} }=$ 1,314 × 10²² kg, $R_{\mathrm {S} }=$ 607 km, $M_{\mathrm {S} }=$ 1,52 × 10²¹ kg, $D=$ 17 181 km :

{\begin{cases}{\dfrac {R_{\mathrm {P} }}{D}}\simeq 0{,}069<{\dfrac {M_{\mathrm {S} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}\simeq 0{,}104\\\\{\dfrac {R_{\mathrm {S} }}{D}}\simeq 0{,}035<{\dfrac {M_{\mathrm {P} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}\simeq 0{,}896\end{cases}}

Le système Pluton-Charon est une planète double (le centre de masse du système est situé à l'extérieur des deux objets).

Exemple du système Terre-Lune :

$R_{\mathrm {P} }=$ 6 371 km, $M_{\mathrm {P} }=$ 5,973 6 × 10²⁴ kg, $R_{\mathrm {S} }=$ 1 737 km, $M_{\mathrm {S} }=$ 7,347 7 × 10²² kg, $D=$ 384 399 km :

{\begin{cases}{\dfrac {R_{\mathrm {P} }}{D}}\simeq 0{,}017>{\dfrac {M_{\mathrm {S} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}\simeq 0{,}012\\\\{\dfrac {R_{\mathrm {S} }}{D}}\simeq 0{,}005<{\dfrac {M_{\mathrm {P} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}\simeq 0{,}988\end{cases}}

Le système Terre-Lune n'est pas une planète double (le centre de masse du système est situé à l'extérieur de la Lune, mais à l'intérieur de la Terre).

Le même concept peut être étendu à un système de deux planètes, ou d'une étoile et d'une planète.

Exemple du système Soleil-Jupiter :

$R_{\mathrm {P} }=$ 696 342 km, $M_{\mathrm {P} }=$ 1,989 1 × 10³⁰ kg, $R_{\mathrm {S} }=$ 69 911 km, $M_{\mathrm {S} }=$ 1,898 6 × 10²⁷ kg, $D=$ 778 412 027 km :

{\begin{cases}{\dfrac {R_{\mathrm {P} }}{D}}\simeq 0{,}00089<{\dfrac {M_{\mathrm {S} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}\simeq 0{,}00095\\\\{\dfrac {R_{\mathrm {S} }}{D}}\simeq 0{,}00009<{\dfrac {M_{\mathrm {P} }}{M_{\mathrm {P} }+M_{\mathrm {S} }}}\simeq 0{,}99905\end{cases}}

Le centre de masse du système est situé (légèrement) à l'extérieur du Soleil, et bien sûr (très loin) à l'extérieur de Jupiter : si le Soleil était une planète on qualifierait le système Soleil-Jupiter de planète double. Ce système est comparable à une étoile double, sauf que Jupiter n'est pas assez grosse pour que les réactions de fusion nucléaire s'enclenchent en son centre.

Définition d'Isaac Asimov

En utilisant la définition d'Asimov, la Terre forme avec la Lune une planète double.

Une autre définition propose une relation entre la masse du satellite, de la planète et du Soleil combinée à la distance entre le satellite, la planète et le Soleil. Ainsi, il est déterminé quel objet exerce la plus grande force sur le satellite. Cette définition a été proposée par Isaac Asimov. Dans le cas de Saturne et de son satellite Titan, il a été démontré que l'effet gravitationnel de Saturne sur Titan est 380 fois plus grand que celui du Soleil. Dans presque tous les cas, la planète exerce une force plus grande que le Soleil : le cas de la Lune est ici une exception qui ferait du système Terre-Lune une planète double, l'effet gravitationnel du Soleil sur la Lune étant environ le double de celui exercé par la Terre sur la Lune.

Décisions

En 2006, l'Union astronomique internationale a brièvement songé à définir de manière claire le terme « planète double », qui aurait de fait inclus Pluton et Charon, mais cette définition n'a finalement pas été ratifiée.

Notes et références

Stern 1997, p. 778
(en) Bill Arnett, « Pluto », sur http://nineplanets.org, 2011

Annexes

Bibliographie

(en) S. Alan Stern, « Clyde Tombaugh (1906-97) Astronomer who discovered the Solar System's ninth planet », Nature, vol. 385,‎ 1997, p. 778 (résumé, lire en ligne) :
« (Pluto and Charon are) the only known example of a true double planet. »
(en) Jack J. Lissauer, « It's not easy to make the Moon », Nature, vol. 389,‎ septembre 1997, p. 327 (résumé)

Liens externes

Planète-double: Gallinago Media

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