Kaptain

Capturer un astéroïde, comment ?

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On dit que peut-être Phobos a été capturé par Mars. Je veux bien mais comment ? Adinct me dit que c'est une question d'angle et de vélocité. OK, mais pour moi, il faut qu'il y ait perte d'énergie quelque part, sinon, je vois pas bien comment le truc qui arrive ne repart pas au loin.
On fait frôler l'atmosphère martienne à certaines sondes pour les ralentir et circulariser leur orbite petit-à-petit. Là, je comprend car il y a dissipation d'énergie. Mais dans le vide complet ?

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Il y a peut-être d'infimes traces d'atmosphère là où se situe Phobos. J'ai lu il y a des années qu'il s'écrasera sur Mars dans des millions d'années, à moins qu'il ne forme un anneau en se disloquant.
C'est le cas contraire pour Deimos qui un jour se séparera de l'attraction martienne. Ca fait penser aux petits astéroïdes qui se satellisent autour de la Terre et repartent au bout de quelques années. C'est peut-être le même mécanisme mais il faudrait qu'une fusée vienne le confirmer.

Antoine

[Ce message a été modifié par antoine 80 (Édité le 23-03-2010).]

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Comme le dit adinct, c'est une question d'angle : si l'objet arrive perpendiculairement à Mars il s'écrasera quelque soit sa vitesse, s'il a une trajectoire parallèle il aura plus de risque de se barrer, sauf si sa vitesse est assez faible, pour faire simple (si tu aimes les maths, tu en as pour quelques heures à calculer l'angle et la vitesse nécessaires à la satellisation )

C.P.

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On peut déjà se fixer un peu les idées avec le voyage des sondes spatiales vers Mars, et leur satellisation, hors freinage atmosphérique.

Pour satelliser un engin spatial sur une orbite elliptique, il suffit que sa vitesse d’injection ne dépasse pas la vitesse de libération.. Et bien sûr tout dépend de la masse de la planète cible puis de l'altitude atteinte en approche, j'imagine.
Il existe une vitesse en dessous de laquelle la satellisation n’est pas possible : le satellite retomberait ou brûlerait dans l’atmosphère. Cette vitesse minimum est la vitesse de satellisation circulaire.

Mais il faut que la sonde aille suffisamment lentement pour être capturé par le champ de gravité martien.

Il faut aussi tenir compte de la vitesse de Mars qui circule sur son orbite solaire à 87 000 km/h.
Une sonde spatiale fonce vers Mars à 108000 km/h (sur les centaines de millions de kilomètres de l'orbite de transfert de Hohmann, c.a.d. tangente à l'orbite de la Terre au point de départ et tangente à l'orbite de Mars à l'arrivée), mais à une vitesse égale à la différence des deux planètes, soit environ 20 000 km/h. Pour se placer en orbite, il lui faut ralentir jusqu'à la vitesse limite de 2700 km/h, sinon elle échappera à l'influence de Mars...

Les familles d'astéroïdes sont issus de la fragmentation catastrophique de corps "parents" à une date inconnue dans le passé.
Hors si la vitesse d'entraînement du corps parent serait typiquement de l'ordre de 80000 km/h voire plus, la vitesse d'éjection des astéroïdes elle est beaucoup plus faible parait-il...
Si on y soustrait la vitesse orbitale de Mars, dans le cadre de conditions d'approche optimale, le coup est jouable..
Enfin... en tout cas, ça se serait possiblement déjà produit au moins deux fois donc, pour Phobos et Deimos...

Enfin ce que j'en dis moi, c'est pour faire avancer le trucmuch... à vérifier par un expert.. ch'ui pas une "fusée", ça se saurait , je subodore, je suppute même, hein Toinou...


[Ce message a été modifié par vaufrègesI3 (Édité le 23-03-2010).]

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quote:
Il faut aussi tenir compte de la vitesse de Mars qui circule sur son orbite solaire à 87 000 km/h.

Bien vu, je n'avais pas pensé à ça, l'astéroïde "rattrapant" la planète, avec un faible différentiel de vitesse.

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C'est le statut radicalement bizarre de Phobos qui a amené à l'hypothèse de la satellisation par les volcans, qui se trouvent dessous. Elle est tout à fait sérieuse, quoique délaissée actuellement. A tel point que vaufrèges13 a cru que je rigolais, en fait pas du tout.

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Mon impression ( après avoir bu un café au bistrot ) est que la capture a lieu (ou pas) suivant, comme déjà dit, l'angle d'arrivée de l'objet mais aussi des masses capturé/capturant et de leur vitesse relative.
Peut-être que ( voir les fusées) la vitesse relative des 2 corps doit être comprise entre la vitesse de satellisation et celle de libération?
Pour ce qui est de la perte d'énergie, n'est-ce pas le moment cinétique qui se transmet de l'objet capturé à l'objet capturant sinon à l'effet de marée ?

[Ce message a été modifié par Alain 31 (Édité le 24-03-2010).]

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Je connaissais un peu ce scénario Super, mais même si cette proposition existe bel et bien, elle a beaucoup du mal à être construite de façon crédible (encore moins que les autres, c'est dire! ).
Comme tu l'écris, ce sont les bizarreries de Phobos (entres autres son orbite équatoriale) qui conduisent à explorer toutes les possibilités...
Donc même cette hypothèse est sans doute à creuser, et au sens propre > avec Phobos-Grunt !

J'ai cru que tu rigolais car, pour le moins, c'est surtout le ton de ton message qui n'encourageait guère à te prendre au sérieux

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quote:
Pour ce qui est de la perte d'énergie, n'est-ce pas le moment cinétique qui se transmet de l'objet capturé à l'objet capturant (...) ?

Bien vu aussi, je n'y avais pas pensé...

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HI, HI, Kaptain,

Voici la formule v = (G*M/R)^1/2

Où G est la constante gravitationnelle universelle (6,6742×10-11 m3·kg-1·s-2), M la masse de la planète, et R le rayon de l'orbite.

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Tu peux détailler ? v est la vitesse relative de l'astéroïde ? Pas d'angle d'approche/d'incidence dans la formule ? Pourtant il me semble que si l'astéroïde fonce droit sur la planète ça fait boum ?????

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C'est simple.

En réalité, ce qui compte c'est la vitesse de l'astéroïde et sa distance par rapport à la planète au moment où il survole la planète. Si sa vitesse est égale à la racine carrée du rapport gm/r alors la planète capture l'astéroïde, si elle est inférieure, l'astéroïde s'écrase sur la planète, et si la vitesse est supérieure , il continue son chemin. L'angle que je mentionnais est fonction de la distance.
Qd on envoie une sonde sur Mars, à sa proximité, généralement on fait actionner les moteurs pour réduire la vitesse de façon à ce que la sonde soit satellisée ou se pose sur la surface. Ce qui correspond à des velocités très précises.
Imagine alors que Phobos soit passé près de Mars avec précisément la bonne vélocité de capture.


[Ce message a été modifié par adintc (Édité le 24-03-2010).]

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Ah OK, donc il faut une fourchette de vitesses assez étroite en fait, ça doit pas arriver tous les jours...

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Je ne vois pas comment l'angle d'arrivée d'une sonde pourrait permettre sa satellisation autour d'une planète. Au fur et à mesure de l'approche de la sonde sa vitesse par rapport à la planète augmente du fait de l'attraction gravitationnelle de cette dernière.

Il faut d'une manière ou d'une autre ralentir la sonde pour permettre son insertion sur une orbite proche d'une planète.

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Bon alors ChiCyg si je suis ton raisonnement: une sonde arrive au voisinage de Mars, sa chute s'accélère de par l'attraction, le parachute s'ouvre pour la freiner , mais elle ne se met pas en orbite puisqu'elle se pose sur la planète.
Je penserais que tu as oublié quelque chose pour que l'objet se satellise, non?

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moi non plus je ne pige pas comment il peut y avoir capture par simple approche, sans collision avec un corps tiers ou freinage (atmosphère, rétrofusée...). Inversez le sens du temps (je pense qu'on peut le faire avec les mouvements de gravitation non ?). On part de la situation actuelle, une orbite elliptique (relativement) stable, et on remonte dans le temps. A un moment donné (celui de la capture), l'astéroide part vers l'endroit d'où il est venu. Mais qu'est-ce qui le fait sortir tout à coup de son orbite ???

[Ce message a été modifié par Thierry Legault (Édité le 25-03-2010).]

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Alain 31, toutes les sondes doivent être freinées pour se satelliser autour d'une planète. C'est clair qu'à partir du moment où la sonde entre dans la sphère d'influence de la planète (où on peut négliger l'influence des autres corps), elle est sur une orbite parabolique ou hyperbolique : pour une même distance elle repassera donc à la même vitesse et s'échappera.

Il faut d'une manière ou d'une autre perdre de l'énergie cinétique pour passer sur une orbite elliptique ou circulaire proche.

Ce freinage est réalisé par des moteurs fusées. L'autre solution est d'utiliser l'atmosphère d'une planète pour le freinage, j'ai cru comprendre que c'était délicat.

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ChiCyg,
Effectivement, l'angle n'a rien à voir, ce qui compte c'est la vitesse.
Si, quand l'astéroïde passe au plus près de la planète, sa vitesse est celle que j'ai donnée par la formule , alors il est alors capturé.Il y a égalité entre l'attraction de la planète avec l'énergie du corps
Évidemment, sa vitesse est modifiée par l'atmosphère, si elle existe, de la planète.
Les vitesses des astéroïdes sont variables, dépendant de leur orbite et de leur position sur l'orbite.
On peut imaginer qu'ils puissent être capturés.
Si la masse de la planète est adéquate , il est satellisé.
Si elle est trop faible, il continue son chemin avec un ricochet et une vitesse accrue.
Si elle est trop forte il s'écrase.

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Une autre solution pour satelliser un corps vagabond ça serait pas de fragmenter le corps ?
Est-ce que c' est une hypothèse plausible dans le cas d' un truc comme Phobos (fragmentation due, par exemple, aux forces de marées) ? Le "gros bout" conserverait une énergie suffisante pour s' extraire du puits de potentiel, mais pas le petit ...

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adintc, tu n'oublies qu'une chose : la sonde est accélérée pendant toute son approche de la planète. Quand elle arrivera à la distance R de ta formule, elle aura obligatoirement une vitesse supérieure à ta vitesse v de satellisation circulaire. Elle transforme toute l'énergie potentielle qu'elle perd en s’approchant de la planète en énergie cinétique (en vitesse). Pour imager, elle a, à chaque instant, emmagasiné suffisamment d’énergie cinétique pour remonter aussi "haut" que là d'où elle vient à la vitesse où elle est arrivée (comme un pendule qui, sans frottement remonte aussi haut que là où il a été lâché).

Si ce n'était pas le cas, les satellites tomberaient sur leur planète et on serait pas là pour en causer

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adintc, je suis d'accord avec Chicyg, je ne vois pas comment on peut passer d'une trajectoire d'approche à une orbite circulaire ou elliptique. S'il a la bonne vitesse et la bonne direction pour se satelliser, ben c'est qu'il est déjà sur orbite ! Non ? Et en même temps j'aimerais bien qu'on réponde à ma question plus haut sur l'inversion du sens du temps

[Ce message a été modifié par Thierry Legault (Édité le 25-03-2010).]

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ChiCyg,

Tu dis:
"la sonde est accélérée pendant toute son approche de la planète. Quand elle arrivera à la distance R de ta formule, elle aura obligatoirement une vitesse supérieure à ta vitesse v de satellisation circulaire"

Ah bon et pourquoi?

N'oublie pas que les astéroïdes ont des vitesses assez lentes sur leur orbites solaires.Les vitesses des satellites sur des orbites planétaires sont plus élevées que les vitesses des astéroides sur des orbites solaires.

Supposons que l'astéroïde vienne de la ceinture entre Mars et Jupiter alors il se déplace plus lentement que Mars d'après la 3ième loi de Képler. Les orbites sont voisines, l'astéroïde est devant Mars
Quand Mars se rapproche de lui, il est attiré et si au moment où il est à la distance minimale avec Mars sa vitesse est racine de GM/R, il est capté.

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Salut ChiCyg > Je pense que tu as raison, en tout cas au moins pour les sondes spatiales .

Les engins spatiaux lancés à destination des planètes externes (et sur orbite solaire) ont essentiellement acquis leur vitesse grace à celle impulsée par la révolution de la Terre autour du Soleil, soit au minimum 108000 km/h. Même si la vitesse de révolution de Mars permet d'atteindre un différentiel d'environ 20000 km/h, c'est encore bien trop rapide pour se satelliser autour de Mars.
je me permet de citer ce que j'ai écrit plus haut :
>> Pour se placer en orbite, il lui faut -la sonde spatiale- ralentir jusqu'à la vitesse limite de 2700 km/h, sinon elle échappera à l'influence de Mars...[/b]<<
Freinage INTENSE obligé donc...

Je serais plus prudent pour les astéroïdes dont l'écart de vitesse relative pourrait demeurer très faible, même si le puit gravitationnel martien accélèrerait leur approche.. A voir..

A noter malgré tout que dans l'hypothèse selon laquelle Phobos et Deimos seraient des astéroïdes capturés par Mars, il est postulé aussi que cet évènement serait survenu au cours de la formation finale d'accrétion de la planète Mars. Hors, à cette époque, la planète Mars aurait été entourée d'une atmosphère plus étendue, autorisant un freinage des 2 objets.
Mais là encore, il reste à le démontrer.

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C'est vrai pour les sondes spatiales qui ont des moteurs fusées.

Un astéroïde n'a pas cette possibilité (jusqu'à maintenant)


Thierry, si tu considère l'effet inverse, l'astéroide est satellisé il possège une vitesse définie plus haut, qui est la première vitesse cosmique.

Pour quitter l'attraction de la planète il faut atteindre la seconde vitesse cosmique, qui est plus élevée d'un facteur 2^1/2.

La planète , en ralentissant l'astéroide prend de l'énergie gravitationnelle. dans le sens inverse elle la restitue.

[Ce message a été modifié par adintc (Édité le 25-03-2010).]

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quote:
La planète , en ralentissant l'astéroide prend de l'énergie gravitationnelle. dans le sens inverse elle la restitue.
Elle ne peut pas prendre ni restituer sa propre énergie gravitationnelle !

adintc, il faut tenir compte non pas de la vitesse de la sonde ou de l'astéroïde autour du soleil mais par rapport à Mars. Au point de départ la sonde ou l'astéroïde s'approche de Mars supposons que ce rapprochement soit très lent : il est à une distance D avec une vitesse quasi-nulle. Lorsqu'il se sera rapproché de Mars à la distance d, il aura perdu de l'énergie potentielle (il sera "descendu" vers la planète) et donc gagné une énergie cinétique qui sera presque le double de l'énergie cinétique pour rester en orbite circulaire à la distance d. Il aura juste la vitesse de libération. Il faut donc éliminer une partie de cette énergie cinétique. Ca peut se faire par réaction, par freinage dans l'atmosphère, par interaction avec un disque, par capture en présence d'un troisième corps, ...

PascalD, la fragmentation ne peut pas le faire, à moins qu'elle soit suffisamment violente genre explosion pour produire une "réaction" ce qui parait peu probable.

Thierry Legault, tant qu'il n'y a pas de dissipation d'énergie frottement, échauffement, pression de radiation, magnétisme, onde gravitationnelle, ... le temps peut être inversé.

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