Les planètes gravitent autour de leurs étoiles mères tout en étant séparées par d’énormes distances. Dans notre système solaire, les planètes sont comme grains de sable dans une région de la taille d’un terrain de football. Le temps que mettent les planètes à orbiter autour de leur soleil n’a aucune relation spécifique les unes avec les autres.
Mais parfois, leurs orbites présentent des motifs frappants. Par exemple, les astronomes étudiant six planètes en orbite autour d’une étoile À 100 années-lumière, ils viennent de constater qu’ils tournent autour de leur étoile avec un rythme presque rythmé, en parfaite synchronisation. Chaque paire de planètes termine son orbite dans des temps qui sont des rapports de nombres entiers, permettant aux planètes de s’aligner et d’exercer une poussée gravitationnelle et une traction sur l’autre pendant leur orbite.
Ce type d’alignement gravitationnel est appelé résonance orbitaleet c’est comme une harmonie entre des planètes lointaines.
je suis un astronome qui étudie et écrit sur cosmologie. Les chercheurs ont découvert plus de 5 600 exoplanètes au cours des 30 dernières années, et leur extraordinaire diversité continue de surprendre les astronomes.
Harmonie des sphères
mathématicien grec Pythagoras a découvert les principes de l’harmonie musicale il y a 2 500 ans en analysant les sons des marteaux des forgerons et des cordes pincées.
Il croyait que les mathématiques étaient au cœur du monde naturel et proposait que le soleil, la lune et les planètes émettent chacun des bourdonnements uniques basés sur leurs propriétés orbitales. Il pensait que cette « musique des sphères » serait imperceptible à l’oreille humaine.
La résonance orbitale, comme celle observée avec les lunes de Jupiter, se produit lorsque les orbites des corps planétaires s’alignent – par exemple, Io tourne autour de Jupiter quatre fois dans le temps qu’il faut à Europe pour orbiter deux fois et à Ganymède une fois. Crédit : WolfmanSF/Wikimedia Commons
Il y a quatre cents ans, Johannes Kepler repris cette idée. Il a proposé que les intervalles musicaux et les harmonies décrivaient les mouvements des six planètes connues à l’époque.
Pour Kepler, le système solaire avait deux basses, Jupiter et Saturne ; un ténor, Mars ; deux altos, Vénus et Terre ; et une soprano, Mercury. Ces rôles reflétaient le temps qu’il fallait à chaque planète pour orbiter autour du soleil, des vitesses plus faibles pour les planètes extérieures et des vitesses plus élevées pour les planètes intérieures.
Il a intitulé le livre qu’il a écrit sur ces relations mathématiques « L’harmonie du monde » Bien que ces idées présentent certaines similitudes avec le concept de résonance orbitale, les planètes n’émettent pas réellement de sons, puisque le son ne peut pas voyager à travers le vide de l’espace.
Résonance orbitale
La résonance se produit lorsque les planètes ou les lunes ont des périodes orbitales qui sont rapports de nombres entiers. La période orbitale est le temps nécessaire à une planète pour effectuer un tour complet autour de l’étoile. Ainsi, par exemple, deux planètes en orbite autour d’une étoile seraient dans une résonance de 2 : 1 lorsqu’une planète met deux fois plus de temps que l’autre pour orbiter autour de l’étoile. La résonance est visible uniquement dans 5% des systèmes planétaires.
Dans le système solaire, Neptune et Pluton sont en résonance 3:2. Il y a aussi un triple résonance, 4:2:1, parmi les trois lunes de Jupiter : Ganymède, Europe et Io. Pendant le temps qu’il faut à Ganymède pour orbiter autour de Jupiter, Europe tourne deux fois et Io tourne quatre fois. Les résonances se produisent naturellement, lorsque les planètes ont des périodes orbitales qui sont le rapport de nombres entiers.
Les intervalles musicaux décrivent la relation entre deux notes musicales. Dans l’analogie musicale, il est important intervalles musicaux basés sur les rapports de fréquences sont la quatrième, 4:3, la quinte, 3:2 et l’octave, 2:1. Quiconque joue au la guitare ou le piano pourrait reconnaître ces intervalles.
Les intervalles musicaux peuvent être utilisés pour créer des gammes et des harmonies.
Les résonances orbitales peuvent modifier la façon dont la gravité influence deux corps, les obligeant à accélérer, à ralentir, à se stabiliser sur leur trajectoire orbitale et parfois à perturber leurs orbites.
Pensez à pousser un enfant sur une balançoire. Une planète et une balançoire ont toutes deux une fréquence naturelle. Donnez à l’enfant une poussée qui correspond au mouvement de balancement et il recevra un coup de pouce. Ils recevront également un coup de pouce si vous les poussez une fois sur deux dans cette position, ou une fois sur trois. Mais poussez-les à des moments aléatoires, parfois avec le mouvement de la balançoire et parfois contre, et ils n’obtiendront aucun coup de pouce.
Pour les planètes, le boost peut les maintenir sur leur trajectoire orbitale, mais il est beaucoup plus susceptible de perturber leurs orbites.
Résonance exoplanétaire
Les exoplanètes, ou planètes situées en dehors du système solaire, présentent des exemples frappants de résonance, non seulement entre deux objets, mais également entre des « chaînes » résonnantes impliquant trois objets ou plus.
La résonance orbitale peut provoquer une accélération ou une oscillation des planètes ou des astéroïdes.
L’étoile Gliese 876 possède trois planètes avec des rapports de périodes d’orbite de 4:2:1, tout comme les trois lunes de Jupiter. Képler 223 possède quatre planètes avec des ratios de 8:6:4:3.
La naine rouge Képler 80 a cinq planètes avec des ratios de 9:6:4:3:2, et TOI178 possède six planètes, dont cinq sont dans une chaîne résonante avec des rapports de 18:9:6:4:3.
TRAPPISTE-1 est le détenteur du record. Elle possède sept planètes semblables à la Terre, dont deux pourraient être habitables, avec des rapports d’orbite de 24:15:9:6:4:3:2.
L’exemple le plus récent de chaîne résonante est le HD110067 système. Elle se trouve à environ 100 années-lumière et compte six planètes sous-Neptune, un type courant d’exoplanète, avec des rapports d’orbite de 54:36:24:16:12:9. La découverte est intéressante car la plupart des chaînes de résonance sont instables et disparaissent avec le temps.
Malgré ces exemples, les chaînes résonantes sont rares, et seulement 1% de tous les systèmes planétaires les affichent. Les astronomes pensent que les planètes se forment en résonance, mais les petits coups de pouce gravitationnels des étoiles qui passent et des planètes errantes effacent la résonance au fil du temps. Avec HD 110067, la chaîne résonante a survécu pendant des milliards d’années, offrant une vue rare et intacte du système tel qu’il était lors de sa formation.
Sonification d’orbite
Musique des orbites planétaires, créée par des astronomes de l’Observatoire européen austral.
Les astronomes utilisent une technique appelée sonification traduire des données visuelles complexes en son. Cela donne aux gens une manière différente d’apprécier les belles images du Le télescope spatial Hubbleet il a été appliqué à Données radiologiques et ondes gravitationnelles.
Avec les exoplanètes, la sonification peut transmettre les relations mathématiques de leurs orbites. Les astronomes de l’Observatoire européen austral ont créé ce qu’ils appellent « musique des sphères » pour le système TOI 178 en associant un son sur une échelle pentatonique à chacune des cinq planètes.
UN traduction musicale similaire a été réalisé pour le système TRAPPIST-1, avec des fréquences orbitales multipliées par un facteur de 212 millions pour les amener dans la plage audible.
Les astronomes ont également créé une sonification pour le système HD 110067. Les gens ne sont peut-être pas d’accord sur le fait que ces interprétations ressemblent à de la vraie musique, mais il est inspirant de voir les idées de Pythagore se concrétiser après 2 500 ans.
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