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satellite naturel

Mimas, satellite naturel de Saturne
Mimas, satellite naturel de Saturne

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

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.

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.

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.

LES SATELLITES NATURELS DES PLANÈTES DU SYSTÈME SOLAIRE

LES SATELLITES NATURELS DES PLANÈTES DU SYSTÈME SOLAIRE
TERRE
Nom Année de découverte Période de révolution sidérale (jours)
(r) = dans le sens rétrograde
Demi-grand axe de l'orbite Diamètre (km) Densité
(eau = 1)
(103km) (en rayons de la planète)
Lune     27,3217 384,4 60,268 3 476 3,34

MARS

Nom Année de découverte Période de révolution sidérale (jours)
(r) = dans le sens rétrograde
Demi-grand axe de l'orbite Diamètre (km) Densité
(eau = 1)
(103km) (en rayons de la planète)
Phobos I 1877 0,319 9,38 2,76 27×21×19 1,9
Deimos II 1877 1,262 23,46 6,91 15×12×11 1,8

JUPITER

Nom Année de découverte Période de révolution sidérale (jours)
(r) = dans le sens rétrograde
Demi-grand axe de l'orbite Diamètre (km) Densité
(eau = 1)
(103 km) (en rayons de la planète)
Métis XVI 1979 0,295 128 1,79 40 -
Adrastée XV 1979 0,298 129 1,8 26×20×16 -
Amalthée V 1892 0,498 181,4 2,54 262×146×134 3,1
Thébé XIV 1979 0,674 221,9 3,11 110×110×90 -
Io I 1610 1,769 421,6 5,91 3 643 3,53
Europe II 1610 3,551 670,9 9,4 3 122 3,01
Ganymède III 1610 7,155 1 070,40 14,97 5 262 1,94
Callisto IV 1610 16,689 1 882,70 26,33 4 821 1,83
Themisto XVIII 1975/2000 130 7 507 105 ~ 8 -
Léda XIII 1974 240,9 11 170 156,2 10 -
Himalia VI 1904 250,6 11 460 160,3 170 -
Lysithea X 1938 259,2 11 720 163,9 24 -
Elara VII 1905 259,7 11 740 164,2 80 -
S/2000 J11   2000 287 12 560 175,7 ~ 4 -
Carpo XLVI 2003 456,5 17 100 239,2 ~ 6 -
S/2003 J3   2003 504,0 (r) 18 340 256,5 ~ 4 -
S/2003 J12   2003 533,3 (r) 19 000 265,8 ~ 2 -
Euporie XXXIV 2001 553,1 (r) 19 390 271,2 ~ 2 -
Mneme XL 2003 599,0 (r) 20 600 288,1 ~ 4 -
Thelxinoe XLII 2003 601,0 (r) 20 700 289,5 ~ 4 -
S/2003 J18   2003 606,3 (r) 20 700 289,5 ~ 4 -
Helike XLV 2003 617,3 (r) 20 980 293,5 ~ 8 -
S/2003 J16   2003 595,4 (r) 21 000 293,7 ~ 4 -
Euanthe XXXIII 2001 620,0 (r) 21 030 294 ~ 3 -
Harpalyke XXII 2000 623,3 (r) 21 110 295,3 ~ 4 -
Praxidike XXVII 2000 625,3 (r) 21 150 295,8 ~ 4 -
Orthosie XXXV 2001 623,0 (r) 21 170 296,1 ~ 2 -
Hermippe XXX 2001 631,9 (r) 21 250 297,2 ~ 4 -
Iocaste XXIV 2000 631,5 (r) 21 270 297,5 ~ 5 -
Ananke XII 1951 629,8 (r) 21 280 297,7 20 -
Thyone XXIX 2001 632,4 (r) 21 310 298,1 ~ 4 -
S/2003 J15   2003 668,4 (r) 22 000 307,7 ~ 4 -
S/2003 J17   2003 690,3 (r) 22 000 307,7 ~ 4 -
Kallichore XLIV 2003 683,0 (r) 22 400 313,3 ~ 4 -
S/2003 J9   2003 683,0 (r) 22 440 313,9 ~ 2 -
S/2003 J19   2003 701,3 (r) 22 800 318,9 ~ 4 -
Arche XLIII 2002 723,9 (r) 22 930 320,7 ~ 3 -
Pasithee XXXVIII 2001 716,3 (r) 23 030 322,1 ~ 2 -
Kale XXXVII 2001 720,9 (r) 23 120 323,4 ~ 2 -
Chaldene XXI 2003 723,8 (r) 23 180 324,2 ~ 4 -
Eurydome XXXII 2001 720,8 (r) 23 220 324,8 ~ 3 -
Isonoe XXVI 2000 725,5 (r) 23 220 324,8 ~ 4 -
S/2003 J4   2003 723,2 (r) 23 260 325,4 ~ 4 -
Erinome XXV 2000 728,3 (r) 23 280 325,6 ~ 3 -
Taygete XX 2000 732,2 (r) 23 360 326,7 ~ 5 -
Carme XI 1938 743,2 (r) 23 400 327,3 30 -
Aitne XXXI 2001 741,0 (r) 23 550 329,4 ~ 3 -
Kalyke XXIII 2000 743,0 (r) 23 580 329,8 ~ 5 -
Pasiphae VIII 1908 743,6 (r) 23 620 330,4 ~ 36 -
Sponde XXXVI 2001 749,1 (r) 23 810 333 ~ 2 -
Megaclite XIX 2000 252,8 (r) 23 810 333 ~ 5 -
Aoede XLI 2003 748,8 (r) 23 810 333 ~ 8 -
Sinope IX 1914 758,9 (r) 23 940 334,9 28 -
Cyllene XLVIII 2003 737,8 (r) 24 000 335,7 ~ 4 -
S/2003 J23   2003 759,7 (r) 24 060 336,5 ~ 4 -
S/2003 J5   2003 759,7 (r) 24 080 336,8 ~ 8 -
Callirrhoe XVII 1999 758,8 (r) 24 100 337,1 ~ 8 -
Autonoe XXVIII 2001 765,1 (r) 24 120 337,4 ~ 4 -
S/2003 J10   2003 767,0 (r) 24 250 339,2 ~ 4 -
Hegemone XXXIX 2003 781,6 (r) 24 510 342,8 ~ 6 -
Eukelade XLVII 2003 781,6 (r) 24 560 343,5 ~ 8 -
S/2003 J14   2003 807,8 (r) 25 000 349,7 ~ 4 -
S/2003 J2   2003 982,5 (r) 28 570 399,6 ~ 4 -

SATURNE

Nom Année de découverte Période de révolution sidérale (jours)
(r) = dans le sens rétrograde
Demi-grand axe de l'orbite Diamètre (km) Densité
(eau = 1)
(103 km) (en rayons de la planète)
Pan XVIII 1981/1990 0,575 133,6 2,22 20 0,6
Daphnis XXXV 2005 0,594 136,5 2,26 ~ 7 -
Atlas XV 1980 0,602 137,7 2,28 37×34×26 0,6
Prométhée XVI 1980 0,613 139,4 2,28 148×100×68 0,6
Pandore XVII 1980 0,629 141,7 2,35 110×88×62 0,6
Épiméthée XI 1980 0,694 151,4 2,51 138×110×110 0,6
Janus X 1966/1980 0,695 151,5 2,51 194×190×154 0,6
Mimas I 1789 0,942 185,5 3,08 408×392×382 1,14
Methone XXXII 2004 1,01 194 3,22 ~ 6 -
Pallene XXXIII 2004 1,14 211 3,5 ~ 8 -
Encelade II 1789 1,37 238 3,95 512×494×490 1
Téthys III 1684 1,888 294,7 4,89 1 072×1 056×1 052 1
Calypso XIV 1980 1,888 294,7 4,89 30×16×16 1
Telesto XIII 1980 1,888 294,7 4,89 30×25×15 -
Dioné IV 1684 2,737 377,4 6,26 1 120 1,5
Hélène XII 1980 2,737 377,4 6,26 36×32×30 1,5
Polydeuces XXXIV 2004 2,74 377,4 6,26 ~ 8 -
Rhéa V 1672 4,517 527 8,74 1 528 1,2
Titan VI 1655 15,945 1 221,83 20,27 5 150 1,88
Hypérion VII 1848 21,277 1 481,10 24,58 370×280×226 1,5
Japet VIII 1671 79,33 3 561,30 59,09 1 436 1,02
Kiviuq XXIV 2000 449 11 370 189 ~ 17 -
Ijiraq XXII 2000 451 11 440 190 ~ 10 -
Phoebé IX 1898 550,48 (r) 12 952 214,91 230×220×210 -
Paaliaq XX 2000 687 15 200 252 ~ 20 -
Skathi XXVII 2000 729 (r) 15 650 260 ~ 6 -
Albiorix XXVI 2000 738 16 390 272 ~ 26 -
S/2004 S11   2004 822 16 950 281 ~ 6 -
Erriapo XXVIII 2000 871 17 610 292 ~ 8 -
Siarnaq XXIX 2000 893 18 160 301 ~ 32 -
Tarvos XXI 2000 926 18 420 303 ~ 13 -
S/2004 S13   2004 906 (r) 18 450 306 ~ 6 -
S/2004 S17   2004 986 (r) 18 600 309 ~ 4 -
Mundilfari XXV 2000 951 (r) 18 710 310 ~ 6 -
Narvi XXXI 2003 956 (r) 18 720 311 ~ 6 -
S/2004 S15   2004 1 008 (r) 18 750 311 ~ 6 -
S/2004 S10   2004 1 026 (r) 19 350 321 ~ 6 -
Suttungr XXIII 2000 1 017 (r) 19 470 323 ~ 6 -
S/2004 S12   2004 1 048 (r) 19 650 326 ~ 6 -
S/2004 S18   2004 1 052 (r) 19 650 326 ~ 6 -
S/2004 S07   2004 1 103 (r) 19 800 329 ~ 6 -
S/2004 S09   2004 1 077 (r) 19 800 329 ~ 6 -
S/2004 S14   2004 1 081 (r) 19 950 331 ~ 6 -
Thrymr XXX 2000 1 089 (r) 20 470 340 ~ 6 -
S/2004 S16   2004 1 271 (r) 22 200 368 ~ 4 -
S/2004 S08   2004 1 355 (r) 22 200 368 ~ 6 -
Ymir XIX 2000 1 312 (r) 23 100 383 ~ 16 -

URANUS

Nom Année de découverte Période de révolution sidérale (jours)
(r) = dans le sens rétrograde
Demi-grand axe de l'orbite Diamètre (km) Densité
(eau = 1)
(103km) (en rayons de la planète)
Cordelia VI 1986 0,33 49,7 1,95 ~ 30 -
Ophelia VII 1986 0,37 53,8 2,1 ~ 30 -
Bianca VIII 1986 0,43 59,2 2,31 ~ 40 -
Cressida IX 1986 0,46 61,8 2,41 ~ 60 -
Desdemona X 1986 0,47 62,7 2,45 ~ 60 -
Juliet XI 1986 0,49 64,6 2,52 ~ 80 -
Portia XII 1986 0,51 66,1 2,58 ~ 110 -
Rosalind XIII 1986 0,56 69,9 2,73 ~ 60 -
Cupidon XXVII 2003 0,618 74,8 2,93 ~ 24 -
Belinda XIV 1986 0,623 75,26 2,94 80 -
Perdita XXV 1986/2003 0,638 76,4 2,99 80 -
Puck XV 1985 0,762 86 3,37 160 -
Mab XXVI 2003 0,923 97,7 3,82 ~ 32 -
Miranda V 1948 1,43 129,4 5,08 480×466 1,2
Ariel I 1851 2,52 191 7,48 1 160 1,7
Umbriel II 1851 4,144 266 10,41 1 170 1,4
Titania III 1787 8,706 436 17,05 1 580 1,7
Obéron IV 1787 13,463 583,5 22,79 1 520 1,6
Francisco XXII 2001 666,6 (r) 4 280 167,3 ~ 12 -
Caliban XVI 1997 579 (r) 7 230 282,9 96 -
Stephano XX 1999 675 (r) 8 002 309,2 ~ 20 -
Trinculo XXI 2001 758,1 (r) 8 571 335,3 ~ 10 -
Sycorax XVII 1997 1 289 (r) 12 179 475 190 -
Margaret XXIII 2003 1 695 14 345 561,3 ~ 12 -
Prospero XVIII 1999 1 992,8 (r) 16 418 630 30 -
Setebos XIX 1999 2 202,3 (r) 17 459 688,8 30 -
Ferdinand XXIV 2001 2 823,4 (r) 21 000 821,6 ~ 12 -

NEPTUNE

Nom Année de découverte Période de révolution sidérale (jours)
(r) = dans le sens rétrograde
Demi-grand axe de l'orbite Diamètre (km) Densité
(eau = 1)
(103km) (en rayons de la planète)
Naïade III 1989 0,294 48,23 1,95 96×60×52 -
Thalassa IV 1989 0,311 50 2,02 108×100×52 -
Despina V 1989 0,335 53 2,12 180×148×128 -
Galatea VI 1989 0,429 62 2,5 204×184×144 -
Larissa VII 1989 0,555 74 2,97 216×204×168 -
Proteus VIII 1989 1,122 118 4,75 440×416×404 -
Triton I 1848 5,877 (r) 355 14,33 2 707 2,05
Néréide II 1949 360,1 5 513 222,67 340 -
S/2002 N1   2002 1 874,80 (r) 15 686 633,4 120 -
S/2002 N3   2002 2 982,30 20 857 911,8 76 -
S/2002 N2   2002 2 918,90 22 452 906,6 96 -
S/2002 N4   2002 8 863,1 (r) 47 279 1 880,50 120 -
Psamathe   2003 9 136,1 (r) 46 738 1 887,3 76 -
S/2004 N 1   2013 0,9362 105,2 4,25 16 -

PLUTON

Nom Année de découverte Période de révolution sidérale (jours)
(r) = dans le sens rétrograde
Demi-grand axe de l'orbite Diamètre (km) Densité
(eau = 1)
(103km) (en rayons de la planète)
Charon I 1978 6,3872 19,6 17 ~ 1 207 ~ 1,7
S/2005 P2   2005 25,5 49,5 43    
S/2005 P1   2005 38,2 64,7 56,3