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Liban 2009
EXERCICE II : LE CERCLE DES PLANÈTES DISPARUES (5 points)
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1. Orbite d’Éris
1.1. Le carré de la période de révolution T d’une planète autour du Soleil est
T2
proportionnel au cube du demi-grand axe a de l’orbite elliptique : 3 = Cte .
a
1.2. Appliquons la troisième loi de Kepler à Pluton et Éris évoluant autour du Soleil :
TE2
TP2
= Cte = 3 ,
aE3
aP
aE3 TE2
TE2
soit 3 = 2 or TE (= 557 ans) > TP (= 248 ans) donc 2 > 1
aP TP
TP
aE3
alors 3 > 1 ou aE3 > aP3 finalement aE > aP, l’orbite d’Éris se situe au-delà de celle de
aP
Pluton.
2. Découverte de Dysnomia
2.1. Mouvement de Dysnomia
2.1.1. On utilisera un référentiel constitué par le centre d’inertie d’Éris et par trois étoiles
lointaines et fixes. On pourrait parler de référentiel « ériscentrique ». Ce référentiel est
considéré comme galiléen.
2.1.2. Considérons le mouvement circulaire uniforme de Dysnomia dans le référentiel
« ériscentrique ». Le satellite Dysnomia est soumis à une unique force d’attraction
gravitationnelle exercée par Éris, FE→D .
D
Appliquons la deuxième loi de Newton à Dysnomia : FE→D = MD .a
−G.
ME .MD
.uED = MD .a
RD2
a = −G.
FE →D
uED
E
ME
.uED
RD2
2.1.3. Le vecteur accélération est porté par le rayon de la trajectoire (il est radial ) et
est orienté vers le centre de la trajectoire (il est centripète ).
2.1.4. La période de révolution TD de Dysnomia est la durée pendant laquelle Dysnomia
2.π .RD
effectue un tour (distance parcourue = 2.π.RD). Sa vitesse est v =
(1)
TD
Le mouvement de Dysnomia est circulaire et uniforme, la norme du vecteur accélération est
v2
dans ce cas : a =
.(2)
RD
D’après (1) v2 =
soit TD2 =
4.π 2 .R2D
TD2
4.π 2 .R2D
, que l’on remplace dans (2) alors a =
TD2
RD
=
4.π 2 .RD
TD2
4.π 2 .RD
a
Or d’après la question 2.1.2. la norme du vecteur accélération est a = G.
ME
RD2
4.π 2 .RD
4.π 2 .RD3
T =
=
(3)
M
GM
. E
G. 2E
RD
2
D
on obtient TD = 2π
RD3
G.ME
TD2
4 π2
Et d’après (3) on retrouve la troisième loi de Kepler 3 =
RD G.ME
2.2. Masse d’Éris
4.π² 3
2.2.1.
D’après la troisième loi de Kepler on a : G.ME =
.RD
TD2
4.π²
ME =
.RD3
2
G.TD
4 × π² × (3,60 × 10 7 )3
= 1,63×1022 kg
-11
6 2
6,67 × 10 × (1,30 × 10 )
ME 1,63 × 1022
2.2.2.
=
= 1,24
MP 1,31× 1022
La masse d’Éris est un peu plus grande que celle de Pluton.
Si Eris n’est pas considérée comme une planète, alors Pluton qui a une masse moins
importante que celle d’Eris ne l’est pas non plus.
Eris et Pluton sont en fait des représentants des « planètes naines ».
ME =