Le Moment Cinétique est une grandeur vectorielle qui mesure la quantité de rotation d’un corps par rapport à un point : \( \vec{L} = \vec{r} \times \vec{p} \)
\( \vec{L}\) : Moment cinétique (ou moment angulaire), \( \vec{r}\) : Vecteur position, qui part du point de référence (origine) jusqu'au corps en mouvement, \( \vec{p}\) : Quantité de mouvement (ou impulsion) du corps.
La loi de conservation du moment cinétique est un principe fondamental de la mécanique classique et quantique. Elle stipule que dans un système isolé (où aucune force extérieure résultante n’exerce de moment), le moment cinétique total se conserve.
Dans un scénario d’effondrement d’un nuage proto-solaire en rotation, on s’attend à ce que le moment cinétique soit conservé. Cependant, les simulations montrent qu’en l'absence de mécanismes de transfert de moment cinétique, le Soleil devrait tourner beaucoup plus vite en quelques heures au lieu de 27 jours.
Le moment cinétique total du Système solaire est largement concentré dans les planètes, en particulier les géantes gazeuses comme Jupiter et Saturne. Ce fait est contre-intuitif : le Soleil contient plus de 99,8 % de la masse du Système solaire, mais seulement environ 2 % de son moment cinétique total. En revanche, Jupiter et Saturne représentent à eux seuls plus de 90 % de ce moment cinétique.
Le moment cinétique orbital \( L \) d’un corps de masse \( m \), se déplaçant sur une orbite circulaire de rayon \( r \) avec une vitesse \( v \), est donné par : \(L = m \cdot r \cdot v\)
Pour une orbite de type keplerienne, on peut exprimer \( L \) en fonction de la masse \( M \) de l’astre central (ici le Soleil), par : \(L = m \cdot \sqrt{G M r}\) où \( G \) est la constante gravitationnelle.
Le paradoxe du moment cinétique du Système solaire est une énigme astrophysique liée à la répartition inattendue du moment cinétique entre le Soleil et les planètes.
Corps | Moment cinétique (kg·m²/s) | % du total | Commentaires |
---|---|---|---|
Jupiter | 1.9 × 1043 | 60% | Planète dominante en moment orbital |
Saturne | 7.8 × 1042 | 25% | Deuxième contributeur majeur |
Autres planètes | 3.8 × 1042 | 12% | Inclut Uranus, Neptune, etc. |
Soleil (rotation) | 1.9 × 1041 | ~2% | Rotation différentielle faible |
Astéroïdes et comètes | ~1039 | <0.01% | Contribution négligeable |
Source : NASA Planetary Fact Sheet, Ward & Canup 2002
La principale raison expliquant le paradoxe du moment cinétique du Système solaire est le freinage magnétique, associé au couplage entre le champ magnétique du jeune Soleil et le disque protoplanétaire.
Le Soleil a perdu l’essentiel de son moment cinétique de rotation au profit du disque, puis des planètes. Les planètes, en se formant à grande distance, ont hérité de la majeure partie du moment angulaire total.
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