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VI 1 Mouvement circulaire uniforme d'un point de la Terre En raison La Terre poss`ede un satellite naturel, la Lune, et une multitude de satellites ar- tificiels 

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De 7,8 km/s en orbite basse, la vitesse des satellites passe à 3,1 km/s en orbite géostationnaire La Lune, à 384 000 km de la Terre, ne tourne qu'à 1 km/s 1 2

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Lune ou du Soleil • Ces forces varient tout au long de l'orbite et tout se passe, pour le système Terre-satellite, comme s'il existait une force perturbatrice δF 

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M7VI. Satellites de la Terre2008-2009VI La Terre et ses satellites { Cas de des orbites circu- laires VI.1 Mouvement circulaire uniforme d'un point de la Terre l'axeTz0.

Terre, les axesTx0,Ty0et l'axe sud-nordTz0.

D'abord, le vecteur

¡¡¡!vA=R0est tangent µa la trajectoire circu- laire et perpendiculaire au plan (¡!TA;¡!ez0) :¡¡¡!vA=R0=vA¡!eµ.

CommeHA=r=RTsinµoµu :

-RT=TAest le rayon moyen de la Terre et 2 la norme de la vitesse vaut : v

A=r:!T=RT!Tsinµ=RTcos¸

Ordre de grandeur :On voit clairement que, si la latitude¸augmente, la vitesse du pointA aux p^oles (¸= 90±au p^ole nord et¸=¡90±au p^ole sud).

329m:s¡1.

VI.2 Satellites de la Terre

autour d'un centre attractif, de masse plus importante, sous l'in°uence de l'attraction La Terre possµede unsatellite naturel, la Lune, et une multitude desatellites ar- octobre 1957; il orbita trois mois autour de la Terre durant lesquels il fournit des informations sur la haute atmosphµere. Rq2 :Aujourd'hui, le nombre de satellites arti¯ciels est envi- ron 2500 (!) avec de bien meilleures performances techniques Ex :

µA titre d'exemple, citons les satellites :

-SPOT(Satellites Pour l'Observation de la Terre), Positionnement Global) pour la localisation civile ou militaire en tout point de la surface de la

Terre,

4http ://pcsi-unautreregard.over-blog.com/Qadri J.-Ph.

2008-2009VI. Satellites de la TerreM7

VI.3 Mouvement plan d'un satellite

l'in°uence de l'interaction gravitationnelle. ¡¡¡¡!LT=R0(A) =¡!TA£m¡¡¡!vA=R0=¡!Ctese traduit par un mouvement plan, qui contient le centreTde la Terre.

VI.4 Vitesse de satellisation

m ¡¡¡!aA=R0=¡!FT!A,m(ar¡!er+aµ¡!eµ) =¡Gm:MT r

2¡!er

avec, pour une trajectoire circulaire 8 vA=R0=r_µ¡!eµ ¡¡¡!aA=R0= (¢Är¡r_µ2)¡!er+ (rĵ+ 2¢_r_µ)¡!eµ=¡v2 r

¡!er+dv

dt¡!eµ 8 >>:Selon

¡!eµ:dv

dt= 0!v=Cte: mouvementuniforme Selon

¡!er:v2

r =¡GMT r 2,! v=r GMT r K

T=2¼r

v = 2¼s r 3 GMT T 2 r

3=4¼2

GMT Rq :Il convient de ne pas confondre l'altitudezd'un satellite et sa distancerpar rapport au centreTde la Terre :r=RT+zavecRT'6400km. estuniforme.

VI.5 Ordre de grandeur

a) La Lune :Le centre de la Lune a un mouvement approximativement circulaire uniforme, v'r

6;67:10¡11£6:1024

384400:103= 1;02km:s¡1etT'2¼£384400:103

1;02:103= 2;36:106s'27;3j

Qadri J.-Ph.http ://pcsi-unautreregard.over-blog.com/5

M7VI. Satellites de la Terre2008-2009b) SPOT :

tudezde l'ordre de 822km. donc, respectivement : v's

6;67:10¡11£6:1024

(6400 + 822):103= 7;44km:s¡1

Image de Lhassa (Chine) par SPOT 4

etT'2¼£(6400 + 822):103

7;44:103= 6095s= 101;4min= 1h41min35s

5 ans.

1 c) Premiµere vitesse cosmique Lapremiµere vitesse cosmiqueest la vitesse d'un satellite arti¯ciel en orbite basse quasi rasante (r'RT) : v 1=r GMT R

T'7;9km:s¡1

4¼2R3T

GMT'1h24min

la Terre avec une distance minimale d'approchermin'RT. Selon les objectifs de la mission et les contraintes technologiques et scienti¯ques, on classe les orbites circulaires selon l'altitudezpar rapport µa la surface terrestre : -Orbites terrestres basses LEO(Low Earth Orbit) oµu250< z <1500km; c'est le cas de SPOT (z= 822km); -Orbites terrestres moyennes MEO(Medium Earth Orbit), oµu10000< z < 1.

SPOT 5sur le site du Cnes

(http ://spot5.cnes.fr/index3.htm)

6http ://pcsi-unautreregard.over-blog.com/Qadri J.-Ph.

2008-2009VI. Satellites de la TerreM7

sa latitude doivent ^etre ¯xes. r

3=4¼2

GMT: r'µGMT:T2 1=3 = 42220km, z=r¡RT= 35820km 2 Leur altitude est exactementz= 35786km| ce qui leur permet de

En 2011 un troisiµeme satellite de ce type

devrait ^etre mis sur orbite, suivi d'un quatriµeme en 2012. Ils di®µerent des pre- image toutes les 15 minutes au lieu de 30.

Au total depuis novembre 1977, date de lan-

pour transmettre à un large public ses observations et communiquer, par visioconférence, avec les centres scientifiques et les écoles. Ex3 :Depuis 2002, le satelliteAtlantic Bird 3, positionné à5±ouest au dessus de l"Océan Atlantique, est utilisé en remplacement des satellitesTelecom 2Bet2Cpour diffuser les chaînes hertziennes françaises de télévision et de radio.

VI.8 Autres types d'orbites circulaires

a) Réseau G.P.S. : 2. (http ://www.cnes.fr/web/CNES-fr/794-meteosatmsg.php) Qadri J.-Ph.http ://pcsi-unautreregard.over-blog.com/7

M7VI. Satellites de la Terre2008-2009Outre lesorbites bassesetgéostationnairesvues ci-dessus, il existe

desorbites moyennestelles que celles dessatellites du GPS, totalement opérationnel depuis 1994. La localisation d'un pointAquelconque à la surface de la Terre repose sur la mesure, parA, de la durée de propagation de si- gnaux codés émis en sa direction par quatre satellites. La préci- sion du réseauGPSest inférieure à un mètre pour des utilisations militaires et à dix mètres pour les civils. Il est constitué de 24 satellites à l"altitudez= 20200km, répartis sur six plans orbi- taux d"inclinaisoni= 55±par rapport au plan équatorial. Il en résulte que la vitesse de satellisation et la période de révolution sont respectivement : v=r GMT r =s

6;67:10¡11£6:1024

(20200 + 6400):103'3;9km:s¡1 etT=2¼r v '2¼£(20200 + 6400):103 3900
'11h58min8s

Rq :Notons que la période de révolution est approximativement égale à la moitié de celle de

la Terre; autrement dit, un satellite du réseauGPSfait environ deux révolutions pendant que la Terre en fait une. En termes techniques, on dit que l"orbite est2=1.

Ces orbites, pour lesquelles la période de révolutionTest une fraction simple de la période de

révolution de la TerreTT, sont ditesorbites phasées: n:T=m:TT avec, ici :n= 2etm= 1.

Intérêt :Une telle simplicité dans la relation entre les périodes de révolution est intéressante

pour comparer des images de la surface terrestre et suivre l"évolution d"une région déterminée à

intervalles de temps réguliers. b) Galileo :Actuellement, l"Europe développe son propre système de navigation et de localisa-

tion :Galileo. ce réseau sera constitué de 30 satellites, d"altitudez= 24000km, et répartis sur

3 plans orbitaux inclinés de56±par rapport au plan équatorial.

Le premier satellite a été mis sur orbite le 28 décembre 2005 et a commencé à émettre des

signaux le 12 janvier 2006; à partir de 2010, Galileo orira aux utilisateurs une précision dans

la localisation de un mètre. a) CoRoT :Nombreux sont aussi les satellites en orbite autour de la Terre qui sont destinés

à l"étude de l"Univers. Ainsi, le satelliteCorot(Convection Rotation and planetary Transits), mis

en décembre 2006 sur une orbite polaire d"altitudez= 896km, est muni d"un télescope capable d"explorer le milieu stellaire et intergalactique. 3

Sa mission principale est double : étudier lastructure interne des étoilesen analysant leurs mou-

vements sismiques et rechercher desexoplanètes, c"est-à-dire des planètes situées hors du système

solaire et orbitant autour d"étoiles éloignées.

La première exoplanète à été découverte le 6 octobre 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz,

de l'Université de Genève (Suisse), à partir d'observations réalisées à l'Observatoire de Haute-

Provence.

4

En janvier 2009, on comptait 334 exoplanètes.

b) Le télescope spatial Hubble :dédié à l"exploration de l"Univers, ce satellite de laNASAest

sur une orbite basse, d"altitudez= 570km. Il a été nommé ainsi en hommage aux travaux de

l"astrophysicien américain Edwin Hubble qui ont conduit à la théorie de l"expansion de l"Univers.

5 3.

CoRoTsur le site du Cnes

(http ://smsc.cnes.fr/COROT/Fr/index.htm) 4. 5.

Hubblesur le site de la NASA/EAS

(http ://www.spacetelescope.org/index.html)

8http ://pcsi-unautreregard.over-blog.com/Qadri J.-Ph.

2008-2009VI. Satellites de la TerreM7

Proto-étoiles (NGC 3603)

Galaxie M 74

Nébuleuse d'Orion

c) COBE : Un autre satellite important pour l"étude de l"Univers est COBE(Cosmic Background Explorer), lancé en novembre 1999. Il a permis d'eectuer des observations du fond dius cosmo- logique, c'est-à-dire du rayonnement émis par l'Univers lors de ses premiers instants. L'exploitation des données recueillies a apporté des informa- tions sur l'origine de l'Univers et a conforté la théorie du Big Bang : les physiciens américains John Mather et George Smoot ont obtenu le prix Nobel 2006 pour leurs travaux dans ce domaine.

Construction du satellite COBE

Rq1 :Les considérations présentées ci-dessus pour les satellites de la Terre restent valables

pour les satellites naturels ou artificiels orbitant autour d"autres planètes, pourvu que leurs mouvements soient circulaires uniformes.

Rq2 :Le système solaire a été redéfini, le 24 août 2006, par l"Union Internationale d"Astronomie,

avec un nombre de planètes égal à 8.Pluton, découvert par l"Américain Clyde Tombaugh en 1930,

a été classé parmi un nouveau type d"astres, celui desplanètes naines. Qadri J.-Ph.http ://pcsi-unautreregard.over-blog.com/9quotesdbs_dbs46.pdfusesText_46