Orbite de la Terre

L'orbite de la Terre est la course de notre planète autour du Soleil. Ce mouvement périodique décrit une ellipse presque circulaire dont la période de révolution correspond à une année sidérale, soit un peu plus de 365 jours. Conjuguée avec l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre, l'orbite de la Terre entraîne le cycle annuel des saisons.

Pour les objets en orbite autour de la Terre, voir orbite terrestre.
Vue d'artiste de la rotation de la Terre et de sa révolution autour du Soleil. Le dessin n'est pas à l'échelle.
Animation montrant l'orbite des planètes du Système solaire interne. L'orbite de la Terre est tracée en bleu.

Le mouvement de la Terre autour du Soleil s'effectue à une vitesse orbitale d'environ 30 km/s, lui faisant parcourir chaque année environ un milliard de kilomètres. Du point de vue du pôle Nord de la Terre, celle-ci parcourt son orbite dans le sens antihoraire. Par conséquent, en raison de la rotation de la Terre, la direction apparente de ce mouvement pour un observateur terrestre dépend de l'heure de la journée à laquelle est faite l'observation et correspond, par exemple, à celle de l'ouest à midi.

L'orbite de la Terre se situe dans la zone habitable circumstellaire du Système solaire, qui permet notamment la présence d'eau sous forme liquide à sa surface. Cependant, la variation périodique, sur des milliers d'années, de certains paramètres de l'orbite et de l'axe de rotation terrestres entraîne des périodes de glaciations plus ou moins étendues sur la planète.

Décrite précisément à partir du XVIIe siècle, l'orbite de la Terre est la source de plusieurs étalons et référentiels, dont la durée de l'année, la longueur de l'unité astronomique, la valeur du parsec et le plan de l'écliptique.

Historique

La représentation de la Terre dans l'Univers a fait l'objet de plusieurs modèles au cours de l'histoire. L'idée que la Terre puisse être en mouvement et parcourir une orbite est relativement récente et n'est acceptée que depuis quelques centaines d'années. Elle réfère à l'héliocentrisme, qui place le Soleil au centre et les planètes tournant autour de lui, formant le Système solaire[1].

Système héliocentrique simplifié de Copernic extrait de Des révolutions des sphères célestes (1543).

Historiquement, l'héliocentrisme a été précédé par le géocentrisme, qui plaçait la Terre au centre de l'Univers, l'ensemble de la voûte céleste tournant autour. L'Almageste de Ptolémée, publié au IIe siècle, est la référence sur le sujet pendant plus de mille ans. Bien que des idées héliocentriques auraient été exprimées dès l'Antiquité, ce n'est qu'à partir du XVIe siècle qu'elles sont considérées sérieusement, lors de la publication de Des révolutions des sphères célestes (1543) par Nicolas Copernic, qui lance la révolution copernicienne. Freiné par une conception circulaire des orbites, qui n'augmente pas la précision des observations par rapport au modèle géocentrique, ainsi que par les autorités religieuses de l'époque, l'héliocentrisme met encore plus d'une centaine d'années avant de s'imposer en Occident.

Au début du XVIIe siècle, Johannes Kepler affirme que les orbites des planètes sont des ellipses[2]. L'astronome établit les lois de Kepler, qui permettent de décrire la position des planètes avec une précision beaucoup plus grande que celle donnée par les modèles géocentrique et héliocentrique circulaire. Ces lois seront expliquées plus tard par la loi universelle de la gravitation, exposée par Isaac Newton dans les Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Cette dernière consolidera définitivement l'héliocentrisme comme modèle décrivant l'organisation des corps du Système solaire.

Caractéristiques physiques
Caractéristiques physiques de l'orbite de la Terre
CaractéristiqueUnité (J2000.0)
période365,256363004 jours[3]
vitesse moyenne29,78 km/s[4]
107 208 km/h

2 572 992 km/jour

périmètre940 millions de km[5]
aphélie152 x 106 km
1,016 7 UA
périhélie147 x 106 km
0,983 29 UA
demi-grand axe149,6 x 106 km
1,000 002 61 UA[6]
excentricité0,01671123[6]
inclinaison1,578690° par rapport au plan invariable[7]
longitude du nœud ascendant348,73936°[note 1]
argument du périastre114,20783°[note 2]

La Terre effectue un tour complet tous les 365,256 363 004 jours, ce qui correspond à une année sidérale. La vitesse orbitale de la Terre varie entre 29,29 km/s et 30,29 km/s, sa vitesse moyenne est de 29,78 km/s[4] (soit environ 107 200 km/h) ce qui est assez rapide pour couvrir le diamètre de la planète (12 700 km) en sept minutes ou parcourir la distance Terre-Lune (~384 000 km) en un peu moins de quatre heures.

Du point de vue des pôles nord de la Terre et du Soleil, la Terre tourne dans le sens antihoraire sur son orbite et sur son axe, tout comme le Soleil tourne en sens antihoraire sur son axe selon ce point de vue. Ce parcours suit la forme d'une ellipse d'une excentricité d'environ 0,0167[1]. L'orbite de la Terre n'est donc pas un cercle parfait avec pour milieu le Soleil. Le Soleil est plutôt déphasé sur l'un des foyers de l'ellipse.

Le schéma suivant montre la relation entre la ligne des solstices, la ligne des équinoxes et la ligne des apsides de l'orbite de la Terre. Le périhélie se situe entre le 2 et le , alors que l'aphélie se situe entre le 3 et le . Les solstices se situent entre le 20- et le 21-, alors que les équinoxes se situent entre le 19- et le 22-.

Schéma de l'orbite de la Terre. La forme elliptique est ici fortement exagérée.

À long terme, les caractéristiques physiques de l'orbite de la Terre ne sont pas stables. Elles sont influencées, notamment, par l'interaction gravitationnelle qu'exercent entre eux les corps célestes. Ainsi, par exemple, l'écliptique se déplace d'environ 119 centimètres (47 pouces) par siècle[pas clair][5][réf. à confirmer].

Caractéristiques futures

Des mathématiciens et astronomes tels Laplace, Lagrange, Gauss, Poincaré, Kolmogorov, Vladimir Arnold et Jürgen Moser, ont cherché à prouver la stabilité des mouvements planétaires. Cela a conduit à de nombreux développements mathématiques montrant une certaine stabilité des orbites planétaires du Système solaire[8],[9][réf. à confirmer]. Cependant, le problème s'assimile à un problème à N corps, pour lequel il n'existe pas actuellement de solution exacte.

Par contre, une étude de Jacques Laskar publiée en 1989 montre que le Système solaire, et plus particulièrement le Système solaire interne (Mercure, Vénus, Terre et Mars), est chaotique à partir d'une échelle de temps de quelques dizaines de millions d'années, avec une durée de Liapounov évalué à 5 millions d'années[10].

Notes et références
(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Earth's orbit » (voir la liste des auteurs).
  1. La référence donne −11.26064°, ce qui correspond à 348,73936°[4].
  2. La référence liste la longitude du périhélie, qui correspond à la somme de la longitude du nœud ascendant avec l'argument du périhélie. Ainsi, 114,20783° + (−11,26064°) = 102,94719°[4].
  1. Orbite, le voyage extraordinaire de la Terre : la trajectoire 2012.
  2. (en) Walter W. Bryant, Pioneers of Progress : Men of Science, S. Chapman, (présentation en ligne, lire en ligne), « Kepler ».
  3. (en) J.L. Simon, P. Bretagnon, J. Chapront, M. Chapront-Touzé, G. Francou et J. Laskar, « Numerical expressions for precession formulae and mean elements for the Moon and planets », Astronomy and Astrophysics, vol. 282, no 2,‎ , p. 663–683 (dir.),
  4. (en) David R. Williams, « Earth Fact Sheet », NASA, .
  5. (en) Astronomical Algorithms, Willmann-Bell, , 429 p. (présentation en ligne), ?
  6. (en) Standish, E. Myles; Williams, James C, « Orbital Ephemerides of the Sun, Moon, and Planets »(Archive • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?) [PDF], International Astronomical Union Commission 4: (Ephemerides)
  7. (en) David J. Tholen, Victor G. Tejfel et Arthur N. Cox, Allen's Astrophysical Quantities, Springer Science & Business Media, , 719 p. (ISBN 0-387-98746-0, présentation en ligne, lire en ligne), chap. 12 (« Planets and Satellites »), p. 294
  8. (en) J. Laskar, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, Bristol, Institute of Physics Publishing, (lire en ligne), « Solar System: Stability »
  9. (en) John Gribbin, Deep simplicity : bringing order to chaos and complexity, New York, Random House, , 1re éd., 275 p. (ISBN 978-1-4000-6256-0, présentation en ligne), ?
  10. Jacques Laskar, « Le Système solaire est-il stable ? », Séminaire Poincaré XIV,‎ , p. 221-246 (lire en ligne)

Médiagraphie

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Voir aussi
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