orbite circulaire

Une pierre lancée décrit une courbe, mais une planète autour du Soleil suit une courbe fermée. Pourquoi une ellipse plutôt qu'un cercle ou une spirale ? La première loi de Kepler donne la réponse, mais sa démonstration exige d'ordinaire des calculs complexes. Ce travail propose un chemin plus court — à travers un simple rapport de vitesses.

Un réacteur de fusion de type stellarator ressemble à un cocon magnétique savamment torsadé. Sa mission est de confiner un plasma surchauffé pour que les noyaux d'hydrogène fusionnent et produisent de l'énergie. Mais la forme tridimensionnelle du cocon crée des fuites : certaines particules s'échappent, surtout les plus rapides, celles qui transportent la chaleur principale.

Une pierre lancée suit une trajectoire courbe et retombe. Une planète autour d'une étoile, c'est la même pierre, mais qui tombe indéfiniment, en décrivant une courbe fermée autour de l'astre. Dans le monde de Newton, cette courbe est une ellipse parfaite, et la planète revient au même point à chaque révolution.

Le problème des trois corps est l'éternelle pierre d'achoppement de la mécanique céleste. Déjà Poincaré, à la fin du XIXe siècle, avait compris que son chaos échappe à toute solution analytique générale. Dans cette folie gravitationnelle, on ne rencontre que rarement des îlots de régularité — les orbites périodiques.

Le moteur de distorsion repose sur l'idée d'Einstein selon laquelle les corps massifs courbent le courbure de l'espace-temps — cette scène même où se déroulent tous les événements cosmiques. Imaginez une bulle d'espace-temps courbé.

Un ordinateur quantique ressemble à un orchestre où chaque musicien — le qubit — doit jouer sa partition avec précision et en rythme. Habituellement, on installe les musiciens à des places fixes et on les relie par des pupitres-câbles.

Une particule quantique qui parcourt un anneau fermé laisse deux « enregistrements » différents sur son passage. Le premier est comme une empreinte digitale sur une poignée de porte : il reste inchangé, quel que soit le nombre de fois où l'on tourne la poignée, et ne renseigne que sur la forme et le matériau.

Aux confins du Système solaire, là où le Soleil n'est guère plus brillant que les autres étoiles, des blocs de glace tournoient : ce sont les objets transneptuniens. Leurs orbites évoquent des cerceaux jetés au hasard. Mais regardez de plus près : douze de ces cerceaux ne flottent pas au hasard dans le vide.

Un cœur en plastique repose sur l'eau et ne se retourne pas, quelle que soit la façon dont on le tourne. Il se fige dans n'importe quelle position, comme si l'eau le tenait par des fils invisibles. Ce tour de force est rendu possible grâce à la courbe de Zindler — une figure dont toutes les lignes qui divisent l'aire en deux parties égales ont la même longueur.

Le télescope Kepler a observé des milliers d'étoiles pendant des années, détectant les planètes grâce aux minuscules baisses de luminosité lorsqu'elles passent devant leur étoile. Ce passage, ou transit, permet de mesurer la taille de la planète, mais pas la forme de son orbite.

Un bloc de glace traverse le Système solaire sur une trajectoire ouverte : il arrive de l'espace interstellaire, contourne le Soleil et repart dans l'obscurité.

Un microbe muni de flagelles nage dans l'eau comme un humain se déplace avec ses bras. Mais si un humain nageait en brasse, il irait tout droit, tandis que le microbe suivrait une spirale. Tout vient du fait que le microbe n'a pas de direction unique : chaque portion de sa surface pousse l'eau dans une direction différente, et le corps se tord comme un tire-bouchon.

Un trou de ver est un tunnel dans l'espace reliant des régions éloignées de l'Univers. L'ombre qu'il projette sur un fond de gaz brillant a longtemps été considérée comme aussi arrondie que celle d'un trou noir. Mais pour un trou de ver en rotation (que l'on peut traverser), la forme de l'ombre pourrait être surprenante : le bord devient dentelé, comme une roue d'engrenage.

Un matériau magnétique peut être comparé à une foule de minuscules boussoles. Dans un aimant ordinaire, toutes les aiguilles pointent dans la même direction, et les faire tourner toutes d'un coup n'est pas simple. Les physiciens ont trouvé un moyen de le faire à l'aide d'un courant électrique.

Deux étoiles, en se rapprochant dans une danse cosmique, subissent un balancement supplémentaire — conséquence de la courbure de l'espace-temps (un effet prédit par Einstein). Une planète qui orbite autour d'elles se balance aussi.

Ce n'est qu'en passant devant une étoile que Chiron a révélé son secret. Trois anneaux de glace ceignent ce corps de 200 kilomètres, hybride de comète et d'astéroïde.

Trois corps qui s'attirent selon la loi de la gravitation universelle : voilà un problème qui déroute les mathématiciens depuis trois siècles. Depuis Poincaré, on sait qu'il n'existe pas de solution générale et que les trajectoires sont chaotiques. Mais dans ce chaos, il y a des îlots d'ordre : les orbites périodiques, où le mouvement se répète.