au sommaire


    Les lois de Kepler ont été énoncées par l'astronomeastronome Johannes KeplerJohannes Kepler au début du XVIIe siècle, à partir des observations et mesures de la position des planètes faites par Tycho Brahe. Ces lois étaient aussi une continuation des idées de Nicolas Copernic, au XVIe siècle, qui avait proposé le modèle héliocentriquehéliocentrique, postulant que les planètes, y compris la Terre, orbitent autour du Soleil. Cette idée novatrice a fourni le cadre conceptuel initial pour les travaux ultérieurs de Kepler.

    Les lois de Kepler ont jeté les bases pour le développement ultérieur de la mécanique céleste et ont été un prélude essentiel à la formulation de la loi de la gravitation universelle par Isaac Newton. Ces lois ont permis d'expliquer les mouvements apparents des planètes et ont renforcé le passage d'une vision géocentriquegéocentrique à une vision héliocentrique du Système solaire. L'héritage des lois de Kepler réside dans leur capacité à dévoiler les mystères des mouvements célestes, ouvrant ainsi la voie à une compréhension plus profonde de l'univers qui nous entoure. Elles ont démontré que des lois mathématiques pouvaient décrire avec précision les mouvements planétaires, jetant ainsi les bases de la mécanique céleste.

    Loi de Kepler n°1 - la loi des orbites elliptiques

    La première loi stipule que les orbites des planètes autour du Soleil sont des ellipses, avec le Soleil situé en un des foyersfoyers. Une ellipse est une courbe géométrique où la somme des distances de deux points fixes (foyers) à n'importe quel point sur la courbe reste constante. Ainsi, chaque planète suit une trajectoire elliptique autour du Soleil, définie par cette première loi.

    Première loi de Kepler : les planètes décrivent une ellipse dont le Soleil occupe l'un des foyers. © Futura-Sciences
    Première loi de Kepler : les planètes décrivent une ellipse dont le Soleil occupe l'un des foyers. © Futura-Sciences

    Loi de Kepler n°2- la loi des aires égales

    La deuxième loi concerne la vitessevitesse orbitaleorbitale d'une planète. Elle énonce que le segment de ligne qui relie une planète au Soleil balaye des aires égales en des intervalles de temps égaux. En d'autres termes, une planète se déplace plus rapidement lorsqu'elle est plus proche du Soleil (périhéliepérihélie) et plus lentement lorsqu'elle est plus éloignée (aphélieaphélie). Cette loi souligne la conservation du moment angulairemoment angulaire dans le mouvement planétaire.

    Deuxième loi de Kepler : le rayon Soleil-planète balaie des aires égales pendant des intervalles de temps égaux. © Denys (fr) (GFDL or CC by-sa 3.0), <em>Wikimedia Commons</em>
    Deuxième loi de Kepler : le rayon Soleil-planète balaie des aires égales pendant des intervalles de temps égaux. © Denys (fr) (GFDL or CC by-sa 3.0), Wikimedia Commons

    Loi de Kepler n°3 - la loi des périodes orbites et des carrés des demi-grands axes

    La troisième loi relie les périodes orbitales des planètes avec les demi-grands axesdemi-grands axes de leurs orbites. Plus précisément, le carré de la période de révolutionpériode de révolution d'une planète est proportionnel au cube de la longueur de son demi-grand axe. Cela signifie que plus une planète est éloignée du Soleil, plus sa période orbitale est longue. Cette loi offre une perspective quantitative sur la dynamique des orbites planétaires.

    Applications des lois de Kepler pour la navigation et l'exploration spatiale

    Les lois de Kepler ont de nombreuses applicationsapplications dans divers domaines scientifiques et technologiques. Voici quelques-unes des applications les plus importantes :

    • Navigation spatiale : les lois de Kepler sont utilisées pour calculer les trajectoires des satellites, sondes spatiales et autres engins spatiaux. Les concepteurs de missions spatiales appliquent ces lois pour planifier les orbites et les manœuvres nécessaires.
    • Astronomie : les astronomes utilisent les lois de Kepler pour étudier le mouvement des planètes, des comètescomètes et des astéroïdesastéroïdes. Ces lois sont également appliquées à l'étude des systèmes stellairessystèmes stellaires et des galaxies.
    • Calcul des périodes orbitales : en utilisant la troisième loi de Keplertroisième loi de Kepler, il est possible de calculer les périodes orbitales des planètes et des satellites naturels, ce qui est crucial pour la planification des missions spatiales et l'étude des systèmes planétaires.
    • Conception de missions spatiales : les ingénieurs spatiaux appliquent les lois de Kepler pour concevoir des missions spatiales efficaces. Cela inclut le choix des trajectoires d'insertion orbitale, les manœuvres de correction de trajectoire et la planification des fenêtresfenêtres de lancement.
    • Découverte d'exoplanètesexoplanètes : les lois de Kepler sont utilisées dans la recherche d'exoplanètes. En observant les variations de luminositéluminosité d'une étoile à mesure qu'une planète orbite autour d'elle, les astronomes peuvent déduire des informations sur l'orbite de la planète.
    • Exploration des astéroïdes et des comètes : les missions d'exploration des astéroïdes et des comètes, comme la mission RosettaRosetta de l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne (ESA), utilisent les lois de Kepler pour planifier les trajectoires des sondes spatiales et pour effectuer des manœuvres d'approche.
    • Prédiction des éclipseséclipses : les lois de Kepler sont utilisées pour prédire les éclipses solaires et lunaires. En connaissant les orbites des corps célestes, les astronomes peuvent anticiper quand et où ces événements astronomiques se produiront.
    • Étude des exoclimats : l'étude des exoplanètes implique l'application des lois de Kepler pour déterminer la période orbitale, la distance par rapport à leur étoileétoile parente, et d'autres paramètres cruciaux pour comprendre les conditions climatiques potentielles.