Gravitation classique
Problème à N corps, de 2 à l'infini...
Jérôme Perez
Paris les Presses de l'ENSTA
Partie I La dynamique du système solaire
1 Une brève histoire de la mécanique céleste
7
2 Le problème à deux corps
21
2.1 Équations du mouvement21
2.2 Solution des équations du mouvement23
2.3. Trajectoire elliptique25
2.3.1 Caractéristiques de l'orbite26
2.3.2 Anomalie excentrique28
2.3.3 Anomalie moyenne30
2.3.4 Éléments de l'orbite31
3 Le problème à deux corps perturbé
33
3.1 Notion de force perturbatrice33
3.2 Équations planétaires de Lagrange35
3.2.1 Variation des constantes35
3.2.2 Équations planétaires40
3.2.3 Éléments de Delaunay44
3.3 Réduction du problème à N corps44
3.4 Exemples d'application48
3.4.1 Théorie de la Lune48
3.4.2 Orbite d'un satellite dans le champ gravitationnel terrestre52
4 Rudiments de mécanique analytique
63
4.1 Équations de Lagrange64
4.2 Équations de Hamilton69
partie II Dynamique des galaxies
5 Introduction
77
6 Les équations de la dynamique stellaire
83
6.1 L'équation de Poisson83
6.2 Le système de Vlasov-Poisson86
6.3 Moments de l'équation de Vlasov94
6.3.1 Les équations de Jeans94
6.3.2 Le théorème du viriel97
7 Temps caractéristiques
105
7.1 Le temps de croisement et le temps dynamique105
7.2 Le temps de relaxation à deux corps106
8 Équilibre des systèmes autogravitants
111
8.1 Le théorème de Jeans111
8.2 Propriétés des équilibres112
8.2.1 La fonction de distribution ne dépend que de E112
8.2.2 La fonction de distribution dépend de E et de L2114
8.3 Orbite d'une particule test dans un potentiel radial116
8.3.1 Théorie générale116
8.3.2 Orbites radiales120
8.4 Inversions et applications122
8.4.1 Les formules d'inversion122
8.4.2 Comment inventer la troisième dimension123
8.4.3 La fonction de distribution à partir de la densité124
8.5 Couples potentiel-densité célèbres126
8.5.1 Le potentiel képlérien126
8.5.2 Le potentiel homogène126
8.5.3 Lois de puissances : Modèles (alpha, bêta, gamma)127
8.5.4 L'amas isochrone132
8.5.5 Modèles exponentiels133
8.5.6 La sphère isotherme136
8.5.7 Bilan : quel profil pour quel objet ?143
9 Stabilité des systèmes autogravitants
147
9.1 L'instabilité de Jeans147
9.1.1 Première approche147
9.1.2 Le cas fluide149
9.1.3 Approche cinétique151
9.2 La stabilité par des méthodes énergétiques157
9.2.1 Structure hamiltonienne de l'équation de Vlasov157
9.2.2 Application fondamentale à la stabilité160
9.3 Instabilités thermodynamiques168
9.3.1 Une propriété fondamentale168
9.3.2 La sphère isotherme dans une boîte170
9.4 Stabilité et spirales179
10 Que s'est-il passé ?
185
10.1 Trois instabilités185
10.2 Un mécanisme global187
partie III Problèmes de synthèse
11 Problèmes de synthèse
193
11.1 Les points de Lagrange193
11.2 Le métro gravitationnel198
11.3 Orbium Caelestium201
11.4 Les galaxies polytropiques204
11.5 Masses complexes, distances imaginaires208
11.6 Une affaire de dimension212
11.7 Gravitation newtonienne, matière noire, gravitation modifiée216
11.8 Mouvement d'une particule de masse variable dans un potentiel gravitationnel220
11.9 Équations planétaires, mouvements classiques du périastre, application à Mercure222
11.10 Harcèlement entre polytropes225
11.11 Un modèle de sphère isotherme en boîte228
11.12 Le trou noir des sphères isothermes231
Références235
Index239