satellite naturel

Corps céleste qui gravite autour d'un astre de masse plus importante. Par exemple, la Lune est le satellite naturel de la Terre, qui est elle-même l’un des satellites naturels du Soleil.

Par opposition, on parle de satellites artificiels pour les engins construits par les hommes et placés en orbite autour d’un astre (principalement autour de la Terre) à des fins scientifiques, militaires ou commerciales.

1. Origines des satellites naturels

Les satellites naturels, également appelés lunes (avec une minuscule), n’ont pas tous la même origine. Trois processus peuvent aboutir à la formation d’un satellite naturel :

• le phénomène d’accrétion (agglomération de matière sous l’effet de la gravitation) à partir du disque protoplanétaire à l’origine des planètes et des autres petits corps célestes du Système solaire (→ accrétion) ;
• la capture de petits astres (astéroïdes ou comètes) par le champ gravitationnel de planètes, bien après la formation du Système solaire ;

• la collision entre météorites et planètes, se traduisant par l’arrachement d’une partie du manteau de la planète (cas probable de la Lune, par exemple).

2. Dimension, composition chimique et aspect des satellites naturels

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Selon leur origine et l’astre autour duquel ils gravitent, les satellites naturels ont des dimensions, des compositions chimiques et des aspects de surface très variés (présence de cratères, d’activité volcanique, etc.).

Ils sont généralement classés en fonction de leur taille en trois grandes familles :
• les gros satellites, de diamètres supérieurs à 3 000 km, comme la Lune, les satellites de Jupiter et Titan (le plus gros satellite de Saturne) ;
• les petits satellites, de diamètres compris entre 200 et 3 000 km, tels que Téthys (satellite de Saturne), Ariel (satellite d’Uranus), Néréide (satellite de Neptune) et Charon (satellite de Pluton) ;

• les petits corps, de diamètres inférieurs à 200 km, tels que Phobos et Deimos (satellites de Mars), les autres, très nombreux, étant regroupés principalement autour des deux grandes planètes gazeuses, Jupiter et Saturne.

On connaît assez bien la composition chimique des satellites de diamètres supérieurs à 200 km : ce sont des corps principalement rocheux, contenant des proportions différentes de glace d’eau et d’autres composés volatils (méthane, ammoniac, etc.). En revanche, la composition chimique des nombreuses petites lunes, de diamètres inférieurs à 200 km, est souvent moins bien connue.

Par ailleurs, si les gros et petits satellites ont une forme sphérique, les petits corps ont souvent des formes irrégulières.

3. Rotation et révolution des satellites naturels

Dans le Système solaire, la révolution des satellites naturels autour de leur planète mère s’effectue généralement dans un sens privilégié, qui est le même que celui des planètes autour du Soleil (déplacement d’ouest en est, dans le sens de rotation de la planète).

Toutefois, de nombreux satellites des planètes géantes gazeuses tournent dans le sens opposé, sur des orbites dites rétrogrades : Triton (un des satellites de Neptune), Phœbé (un des satellites de Saturne), plusieurs lunes externes de Jupiter (Ananké, Carmé, Pasiphaé, Sinopé) ; de telles lunes sont vraisemblablement des objets capturés (anciens astéroïdes ou anciennes comètes) par le champ gravitationnel de ces gigantesques planètes.

Les périodes de révolution (rotation autour de sa planète mère) et de rotation (rotation propre autour de son axe) des satellites naturels sont souvent affectées par des effets de marée (la force d’attraction entre les corps n’est pas la même en tous points) et de résonances orbitales (influence gravitationnelle entre deux objets orbitant autour d’un troisième avec des périodes de révolution dont le rapport est une fraction entière simple ; par exemple, Mimas et Tethys sont en résonance 4:2 signifie que Mimas effectue 4 révolutions autour de Saturne quand Tethys en réalise 2).

Un satellite naturel effectue une rotation synchrone lorsque sa période de révolution est synchronisée avec sa période de rotation. Dans ce cas, le satellite naturel présente toujours la même face à sa planète mère (cas du couple Terre-Lune).

Enfin, il existe des satellites coorbitaux dont les orbites sont voisines.

4. Les satellites naturels dans le Système solaire

Dans le Système solaire, les astronomes ont répertoriés plus de 130 satellites naturels et ce nombre ne cesse d’augmenter grâce aux moyens de détection toujours plus performants. La grande majorité d’entre eux orbite autour de planètes et, à l’exception de Mercure et Vénus, toutes les planètes du Système solaire possèdent un ou plusieurs satellites naturels. Toutefois, certaines lunes gravitent autour de planètes naines (comme Pluton) ou même d’astéroïdes (comme la petite lune Dactyle orbitant autour de 243 Ida).

4.1. Les satellites naturels des planètes telluriques

Les planètes telluriques possèdent très peu de satellites naturels en raison de leur position proche du Soleil et de leur faible masse. D’ailleurs, les deux planètes les plus proches du Soleil, Mercure et Vénus, n’ont même aucun satellite.

La Terre ne possède qu’un seul satellite naturel : la Lune. Celle-ci est dépourvue d’une atmosphère qui pourrait freiner l'arrivée d'autres corps célestes. Elle est par conséquent criblée de cratères d’impact de météorites. Le diamètre moyen de la Lune est de 3 476 km et sa distance moyenne à la Terre est de l’ordre de 384 400 km. La durée de sa révolution sidérale, c'est-à-dire le temps que met la Lune pour accomplir une révolution complète autour de la Terre, est d’un peu plus de 27 jours.

La planète Mars possède deux satellites, Phobos et Deimos, qui sont de petite taille (diamètres respectifs de 26 et 15 km), de forme irrégulière (ellipsoïde) et dépourvus d’atmosphère (donc criblés de cratères). Ces deux satellites sont probablement des astéroïdes capturés par la planète rouge peu de temps après sa formation.

4.2. Les satellites naturels des planètes gazeuses

Contrairement aux planètes telluriques, les planètes géantes gazeuses possèdent un grand nombre de satellites naturels, de tailles très variées.

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Jupiter, la plus grande planète du Système solaire, possède le plus grand nombre de satellites naturels (plus de 60  répertoriés). Ses satellites les plus connus, appelés satellites galiléens en hommage au savant Galilée qui les a découverts à l’aide de sa lunette astronomique en 1610, sont :
• Io (3 643 km de diamètre), qui présente un volcanisme actif en sa surface, constamment remodelée, et ne conserve par conséquent aucune trace de bombardement météoritique ;
• Europe (3 130 km de diamètre), dont la surface est totalement recouverte de glace d’eau ;
• Callisto (4 806 km de diamètre), dont la surface sombre et froide est constellée de cratères d’impact météoritique ;
• Ganymède (5 268 km de diamètre, soit un diamètre supérieur à celui de la planète Mercure), dont la surface parsemée de cratères est constituée d’environ 90 % de glace d’eau.

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Saturne, la deuxième plus grande planète du Système solaire, possède elle aussi de nombreux satellites (plus de 50  répertoriés). Les lunes saturniennes, de faibles densités, sont composées en grande partie de matériaux glacés, identiques à ceux de l’enveloppe externe de la nébuleuse de gaz et de poussières à l’origine du Système solaire. Leurs tailles varient de 20 km de diamètre (Pan) à 5 150 km (Titan).

Titan est l’unique satellite du Système solaire à posséder une atmosphère dense et saturée de nuages atteignant 200 km d’altitude.

Uranus possède pour sa part 27 satellites répertoriés, dont le plus grand est Titania (1 580 km de diamètre), caractérisé par une surface parsemée de cratères et striée de longues vallées.

Neptune n’affiche que 14 satellites, dont le plus grand est Triton (2 700 km de diamètre), composé d’azote et de méthane ; l’orbite de Triton est rétrograde (en sens inverse du mouvement direct), c’est-à-dire qu’il se déplace sur l’orbite dans le sens des aiguilles d’une montre lorsqu'on le regarde depuis le pôle nord du plan de révolution.

La planète naine Pluton possède 3 satellites : Charon (1 200 km de diamètre), et deux petites lunes de diamètres compris entre 65 et 200 km ; baptisées Nix (S/2005 P2) et Hydra (S/2005 P1), elles ont été découvertes en 2005 à l’aide du télescope spatial Hubble.

4.3. Tableau des principales caractéristiques des satellites naturels

Le tableau suivant recense les caractéristiques astronomiques de la plupart des satellites du Système solaire : numéro, année de découverte, période de révolution, demi-grand axe de l'orbite, diamètre et densité.