troisième loi de Kepler

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.

Dans la cuisine sombre du nuage moléculaire du Taureau, à 450 années-lumière de nous, des dizaines de systèmes planétaires sont en préparation.

Le 26 septembre 2022, la sonde DART a percuté le satellite naturel Dimorphos à une vitesse de 6,6 km/s. Une fontaine de débris a jailli dans l'espace. Pierres, poussière, grains de sable — tout s'est soulevé dans un éclair silencieux.

Le bord du projecteur. Dès qu'on masque l'éclat aveuglant de l'étoile centrale, un théâtre d'ombres apparaît. Le coronographe de James Webb, tel un rideau épais, a occulté l'étoile TW Hydrae – et sur une scène de 120 unités astronomiques (quatre fois la distance jusqu'à Neptune), son disque d'accrétion entre en jeu.

À 26 000 années-lumière de la Terre, au cœur de la Voie lactée, l'étoile S301 file à travers l'espace à 18 000 kilomètres par seconde. Elle contourne le trou noir supermassif Sgr A* sur une orbite allongée.

L'étoile Tabby, phare dans la mer cosmique, déroute les astronomes depuis 2015. Sa lumière ne scintillait pas au rythme des planètes, mais comme dispersée par une tempête — des chutes profondes, des sursauts brusques. Mais au milieu de ce chaos, une chute régulière, presque parfaite, a été découverte. L'œil du cyclone.

Tous les 165 jours, la planète géante plonge vers son étoile, effleurant presque sa couronne de feu, puis s'envole dans le vide glacé. C'est TIC 241249530 b — une exoplanète avec une excentricité record de 0,94.

Un petit compagnon, tel un nageur, fend les couches invisibles de gaz dans l'enveloppe gonflée d'une géante rouge. Chaque orbite excite un sillage acoustique — des ondes de compression qui traversent le plasma.

Parmi les exoplanètes incandescentes qui tournent dangereusement près de leur étoile se cache un mystère de naissance. Il y a près de trois décennies, Michel Mayor et Didier Queloz ont découvert le premier de ces mondes, et depuis, les astronomes se demandent : comment une géante gazeuse peut-elle se…

17 minutes — c'est le rythme auquel bat le cœur de AM Canes Venatici, donnant le tempo à toute la classe des binaires ultra-compactes. Dans ces systèmes, deux naines blanches tournent dans une danse mortelle, resserrant leur orbite sous le murmure encore inaudible des ondes gravitationnelles.

Au centre de la Voie lactée, enveloppé de poussière et de lueurs, se cache un trou noir supermassif — Sagittaire A*. Autour de lui, tels des papillons de nuit attirés par la flamme, tournoient des dizaines d'étoiles repères.

Il y a un quart de siècle, Michel Mayor et Didier Queloz découvraient la première exoplanète de type Jupiter chaud — et brisaient tous les canons de la formation planétaire.

Il y a deux mille ans, dans la constellation de l'Éridan, brillait un phare lumineux, inscrit dans les registres des astronomes antiques. Hipparque, en 129 avant J.-C., le nota comme une étoile de première magnitude ; Ptolémée, dans l'Almageste, confirma son éclat ; et le savant perse al-Soufi, en 964, le voyait encore parmi les plus brillantes.

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.

Les radiotransitoires à longue période (LPT) forment une classe énigmatique découverte récemment. Leurs impulsions durent des minutes ou des heures, et personne n'en comprenait la nature. ASKAP J1745-5051, capté par le télescope australien ASKAP, est le premier à avoir reçu une explication complète.

À 158 années-lumière de nous, autour d'une étoile sombre, la naine rouge TOI-6894, une planète se déplace paisiblement. Son année dure moins de deux jours terrestres, mais elle-même est un monde frais avec une température d'équilibre d'environ 420 K, à peine plus chaud qu'un sauna.

Une personne sur une vieille photo se tient dans une foule tout en tournant sur elle-même — deviner son âge est presque impossible. C'est à peu près ainsi que les astronomes déterminent l'âge et la masse des étoiles lointaines, et ils se trompent souvent.

Dans un supraconducteur, les électrons s'associent en paires, comme des danseurs qui se tiennent par la main. Habituellement, la distance entre eux — la taille de la paire — dépend de leur vitesse et de la force de leur liaison. Mais parfois, la piste de danse disparaît presque, et il n'y a plus de place pour bouger.

Le cœur ne propulse pas le sang en un jet régulier, mais par à-coups. Chaque battement est une onde qui court le long des artères, comme une ondulation sur un tuyau tendu. On a longtemps cru que la vitesse du métabolisme chez les animaux ne dépendait que de la façon dont les vaisseaux se ramifient — un peu comme les tuyaux d'une maison.

Tous les 1151 ans, les sept planètes du Système solaire — de Mercure à Neptune — se retrouvent presque aux mêmes points de leurs orbites. Leur dispersion est inférieure à un degré, comme si le mécanisme céleste se remontait sur le même air.

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.

Une toupie lourde lancée près d'un trou noir ne suit pas la courbe que tracent les manuels. Sa propre rotation et son aplatissement — comme une citrouille écrasée aux pôles — font zigzaguer sa trajectoire. Dans une nouvelle étude, ce chemin sinueux a été calculé plus précisément que jamais.

Un ordinateur classique, lorsqu'il cherche une loi de la nature à partir de données, tente de deviner une formule complète d'un seul coup. C'est comme si un cuisinier, sans connaître la recette, jetait tous les ingrédients dans la casserole en espérant obtenir une soupe.

Une éruption solaire ressemble à un court-circuit dans une enseigne au néon géante. À l'intérieur du Soleil, les champs magnétiques s'enroulent en boucles, comme des élastiques torsadés, et lorsqu'ils se reconnectent, de l'énergie est libérée dans l'espace.

Au centre d'un nuage de poussière cosmique, des astronomes ont découvert une étoile invisible. Elle est enveloppée d'un disque de gaz en rotation. Ce disque fonctionne comme une balance romaine : la vitesse du gaz à différentes distances du centre révèle la masse de l'astre. La règle est simple : plus on se rapproche du centre, plus le mouvement est rapide.

Trois planètes géantes lointaines tournent si près de leur étoile que leur année ne dure que quelques jours terrestres. Ces mondes sont appelés Jupiter chauds, et leurs orbites sont une véritable énigme : comment ont-ils pu se retrouver si près de l'étoile alors qu'ils sont nés loin, dans les confins froids du système ?

Deux traducteurs écoutent la même symphonie. L'un n'entend que la note fondamentale, une mélodie pure et prévisible. L'autre perçoit les harmoniques qui modifient la couleur de chaque note.

Les trois planètes du système Kepler-51 intriguent depuis longtemps les astronomes : par leur taille, elles rappellent Saturne, mais leur densité est inférieure à celle de l'eau. Ces mondes « super-gonflés », dont les masses ne dépassent pas dix fois celle de la Terre, sont comme des pissenlits cosmiques — massifs mais presque sans poids.