réponse simple
Réponse simple :
Selon la loi de la gravitation de Newton, tous les corps exercent des forces d’attraction les uns sur les autres. Ainsi, au même titre que la pomme dans un arbre, la lune subit une force d’attraction dirigée vers le centre de la terre.
La gravité agit sur la lune à chaque instant (sources multiples)
On est donc en droit de se demander pourquoi notre satellite ne s’écrase pas simplement sur nos têtes.
Tout d’abord, rappelons-nous que dans l’espace, il n’y a pas d’air. Cela semble évident, mais il faut savoir que cette absence d’atmosphère signifie également une absence de frottement, et donc une vitesse qui ne diminue pas avec le temps. Autrement dit, la vitesse actuelle de la lune sera approximativement la même demain ou dans un million d’années.
La lune tourne à vitesse constante
En quoi la vitesse est-elle importante ? La trajectoire initiale de la lune est une ligne droite, ce qui tend à l’éloigner de notre planète sphérique. Sans la Terre, la lune serait donc une sorte d’astéroïde qui parcourrait l’espace à grande vitesse.
On peut donc effectivement dire que la lune tombe sur Terre, mais cette attraction est contrebalancée à chaque instant par la vitesse du satellite vers l’extérieur1.
Le mouvement résultant de cet équilibre est l’ellipse que représente l’orbite lunaire, dont les imperfections sont dues à de nombreux facteurs, comme l’attraction du soleil et des autres planètes, la forme cabossée de la Terre, etc…
L'orbite lunaire (source)
Si la force de gravité ou la vitesse de la lune augmentaient soudainement, cet équilibre serait rompu, entrainant la chute de la lune, sa déroute dans le cosmos ou l’instauration d’une nouvelle orbite à une distance différente.
réponse avancée
Réponse avancée :
Comme la pomme de Newton, la lune subit une force d’attraction dirigée vers le centre de la terre, appelée gravitation.
L'accélération terrestre agit sur la lune et modifie la direction de son vecteur vitesse (sources multiples)
Avec l’attraction du soleil, il s’agit de la seule force importante que subit notre satellite. Il est donc pertinent de se demander comment il est possible que la lune reste en orbite autour de notre planète sans s’y écraser.
En réalité, si l’on pouvait freiner la lune jusqu’à la rendre immobile, elle commencerait alors à se comporter comme la pomme et à s’écraser sur terre. C’est donc sa grande vitesse qui permet à la lune de persister sur sa trajectoire, vitesse qui reste approximativement constante dans le temps, car l’absence d’atmosphère dans l’espace rend quasi nul les frottements qui pourraient entraver la course du satellite.
A titre comparatif, en lançant un objet avec une vitesse suffisante depuis la Terre, il vous serait théoriquement possible de l’envoyer en orbite. C’est d’ailleurs ce qu’on fait régulièrement avec les satellites artificiels, bien que la poussée d’un réacteur soit nécessaire pour en ajuster la trajectoire.
Schéma de mise en orbite d'un satellite (source)
Il est possible d’étudier ce phénomène plus en détail grâce aux lois de Kepler.
Au XVI siècle, Tycho-Brahé a effectué un grand nombre de mesures relativement au mouvement des planètes. Grâce à ces observations, Kepler put en déduire trois lois, dont la première nous est utile ici:
--> "Les trajectoires des planètes sont des ellipses dont le soleil occupe l’un des foyers."
Ce cas est également applicable au couple lune-Terre. Il faudra attendre Newton pour expliquer en détail ce phénomène, qui découle en réalité d’une loi plus générale :
--> "Si la résultante des forces s’appliquant sur un corps pointe toujours au même endroit et est proportionnelle à l’inverse du rayon au carré (1/r2), alors la trajectoire de ce corps est une ellipse."
Dans le cas de la lune, la seule force qu’elle subit est une attraction qui est constamment dirigée vers le centre de la terre. Selon les lois gravitationnelles, cette force vaut :
La proposition précédente est ainsi vérifiée.
Ce raisonnement devrait toutefois également pouvoir être tenu pour la pomme que l’on envoie en l’air. Le problème vient du fait que l’on a pour l’instant omis la taille de la terre dans notre approche.
En effet, on a simplement dit que la lune et la pomme vont suivre une orbite elliptique autour du centre de la terre. Or il se peut très bien que cette orbite passe à l’intérieur de la croute terrestre, si la vitesse est trop faible.
Le centre de la Terre occupe bien l'un des foyers (sources multiples)
La pomme effectuera donc un arc d’ellipse avant de heurter le sol de notre planète, ce qui n’est pas le cas de la lune, dont la vitesse et la trajectoire lui permettent de rester en orbite.
L'orbite lunaire (source)
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Commentaires
Question intéressante !
En fait la réponse est un peu plus compliquée que simplement « la lune va tomber sur la terre ».
Imaginons qu’à un moment donné, on parvienne à baisser la vitesse de la lune d’une certaine quantité. Ce qui va se passer est que la lune va changer d’orbite autour de la terre, c’est-à-dire qu’elle va tourner autour de la terre avec une autre trajectoire (probablement une ellipse dans notre cas). Il n’est donc pas dit que la lune va tomber sur la terre, cela va dépendre de combien on a changé sa vitesse. Je ne vais pas le faire ici, mais il est tout à fait possible de calculer le changement de vitesse a appliqué sur la lune pour qu’en effet elle s’écrase.
Visuellement, on peut se faire une idée de ce qui se passe avec l’image sur cette page wikipedia:fr.wikipedia.org/.../.... On peut imaginer une fusée sur l’orbite circulaire verte. A un moment donne, sa vitesse augmente et son orbite change (ellipse jaune). Ensuite on rechange une fois la vitesse de la fusée et son orbite devient le cercle rouge. . La même chose se passerait (dans l’autre sens) si on modifiait la vitesse de la lune.