Comete

Comète

Hale Bopp en 1997

En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de poussière du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse très allongée, et souvent accompagné d'une longue traînée lumineuse due à l'interaction à vitesse élevée entre la comète au voisinage du Soleil et diverses forces émanant du Soleil : vent solaire, pression de radiation et gravitation.

Le mot comète vient du grec « komêtês » (Κομήτης) qui signifie chevelu ; il est dû à l'immense queue faite de gaz et de poussières d'environ 30 à 80 millions de kilomètres.

Sommaire

Le nom d'une comète

Mise à part la comète de Halley, ou celle de Encke, le nom d'une comète est attribué officiellement par une commission de l'Union Astronomique Internationale (UAI, IAU en anglais), dont le siège est à Washington. Certaines comètes historiques ne comportent pas de nom : ainsi parle-t-on de la grande comète de 1843.

Premier procédé

Les noms du ou des deux premiers observateurs d'une nouvelle comète lui sont attribués officiellement ; ainsi on parle de la comète Hale-Bopp, découverte en juillet 1995 par Allan Hale et Thomas Bopp.

Ce procédé comporte des inconvénients, notamment depuis la découverte de nombreuses comètes par des sondes spatiales : le programme LINEAR en a découvert plusieurs dizaines, et la sonde SoHO plusieurs centaines.

Procédé intermédiaire

Avant 1995, une nouvelle comète possédait souvent une double dénomination. La première, provisoire, en attente de la dénomination définitive. Deux ans après sa découverte, le nom définitif lui était attribué selon les critères suivants : l'année du passage au périhélie, suivie d'un numéro d'ordre noté en chiffres romains indiquant sa place à l'intérieur de l'année en question (exemple : 1994 IV). Ce procédé comportait aussi de nombreux inconvénients (notamment pour les comètes à courte période). Pour les comètes à courte période, on mettait un numéro d'ordre devant le P/ : comète 19/P Borrelly.

Nouveau procédé

Depuis le 1er janvier 1995, le nom officiel d'une nouvelle comète comporte en sus d'autres indications.

Ainsi le nom officiel de la comète Hale-Bopp est C/1995 O1 :

  • C/ indique qu'il s'agit d'une comète à longue période (éventuellement non périodique) ; on mettra P/ pour une comète à courte période, ou D/ pour une comète disparue ;
  • 1995 indique que la comète a été découverte en 1995 ;
  • O indique qu'elle a été découverte au cours de la première quinzaine de juillet (chaque lettre de l'alphabet, excepté I, correspond à un demi-mois) ;
  • 1 indique enfin qu'il s'agit de la première comète découverte au cours de cette période.

Dénombrement

On connaît à l'heure actuelle plus de 2 000 comètes qui ont été répertoriées.

L'une des comètes les plus célèbres est la comète de Halley, qui réapparaît tous les 75 ou 76 ans.

Autres comètes célèbres :

Comètes retenues pour être survolées par des sondes spatiales :

Description

Une comète se compose essentiellement de trois parties : le noyau, la chevelure et les queues. Le noyau et la chevelure constituent la tête de la comète.

Lors du dernier passage de la comète de Halley en 1986, 6 sondes spatiales (ICE, Vega-1, Vega-2, Sakigake, Suisei et Giotto) ont frôlé la comète et enregistré des données et des images précieuses pour notre connaissance des comètes.

Le noyau

L'hypothèse de constitution du noyau la plus communément admise et confirmée par les récentes expériences spatiales, est qu'il serait un corps solide constitué de glaces (eau, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone) et de matières météoritiques agglomérées (modèle dit de la « boule de neige sale » proposé par Fred Whipple). Ces glaces se subliment sous l'action du rayonnement solaire et donnent naissance à la chevelure, puis aux queues.

Le diamètre du noyau (non sphérique) est estimé entre quelques centaines de mètres et quelques dizaines de kilomètres.

La plus grande dimension du noyau de la comète de Halley, de forme oblongue, est d'environ 15 km ; le volume de son noyau a été estimé à 500 km3, pour une masse de 1014 kg, ce qui correspond à une masse volumique moyenne de 200 kg/m3.

La chevelure

La chevelure, ou coma, est constituée d'atomes, de gaz et de poussières issus du noyau de la comète et libérés sous forme de jets de gaz. Très rapidement le rayonnement ultraviolet émanant du Soleil casse les atomes et les molécules (phénomène d'ionisation). La brillance de la chevelure est plus forte à proximité du noyau.

Son diamètre est généralement compris entre 50 000 et 250 000 km, avec des limites extrêmes de 15 000 et 1 800 000 km. La chevelure s'identifie fréquemment avec la tête de la comète, étant donné le faible diamètre relatif du noyau.

Les analyses du gaz de la chevelure de la comète de Halley indiquent que celle-ci contient 80 % d'eau, 10 % de monoxyde de carbone, 3 % de dioxyde de carbone, 2 % de méthane, moins de 1,5 % d'ammoniac et 0,1 % d'acide cyanhydrique.

Les queues

Une comète importante possède en général deux queues visibles :

  • Une queue constituée d'un plasma, rectiligne et se maintenant à l'opposé du Soleil (comme une ombre), poussée à haute vitesse (de l'ordre de 500 km/s) par le vent solaire ; les changements de polarité du vent solaire produisent des ruptures dans la queue de plasma qui se reconstitue dans les heures qui suivent.
Halley le 14 avril 1986
  • Une queue plus large constituée de poussières poussées par la pression de radiation solaire, et incurvée dans le plan de l'orbite. Grâce aux travaux de Michael Finson et Ronald Probstein (1968), qui ont mis en œuvre les hypothèses de Theodor Bredichin (1885) qui faisaient elles-mêmes suite à celles de Bessel, on peut modéliser la queue de poussières. Les trajectoires (kepleriennes) des grains peuvent ainsi être analysées en fonction de la durée d'émission (synchrones) ou en fonction de leur taille (syndynes).
  • Une troisième enveloppe, invisible avec des instruments optiques, mais décelée grâce à la radioastronomie, est la queue d'hydrogène qui s'étend sur des dimensions considérables.

Certaines comètes (Arend-Roland, en avril 1957) présentaient une « anti-queue » que l'on peut expliquer. Il s'agit d'une partie de la queue de poussières (proche du noyau) constituée de gros grains qui, par effet de perspective lorsque la Terre traverse le plan de l'orbite cométaire, semble pointer vers le Soleil.

Leurs dimensions sont considérables : des longueurs de 30 à 80 gigamètres (milliards de mètres) sont relativement fréquentes.

Orbites

Les orbites des comètes sont définies à l'aide de six paramètres (éléments orbitaux) : T (la période), ω (argument de latitude du périhélie), Ω (longitude du nœud ascendant), i (inclinaison), q (distance périhélique), e (excentricité). Lorsqu'on découvre une nouvelle comète, après au moins trois observations distinctes, on modélise une première orbite en prenant e = 1 (on suppose l'orbite parabolique). Puis, lorsque les observations se précisent, on cherche la meilleure orbite osculatrice en affinant la valeur de l'excentricité e.

La majorité des comètes répertoriées ont une orbite elliptique, et gravitent autour du soleil : ce sont les comètes périodiques.

Les comètes sont dites conventionnellement à courte période quand leur période est inférieure à 200 ans. Elles seraient originaires de la ceinture de Kuiper.

Les comètes dont la période est supérieure à 200 ans sont supposées provenir du nuage d'Oort.

Les comètes attachées au système solaire ont une orbite dont l'excentricité est inférieure à 1 (orbites elliptiques, donc comètes périodiques). Il existe quelques rares cas de comètes dont l'excentricité est supérieure à 1 (orbites hyperboliques, donc comètes non périodiques) : soit il s'agit de comètes provenant de l'extérieur du système solaire, soit il s'agit de comètes dont l'orbite a subi des perturbations telles qu'elles vont sortir du système solaire.

Modification des éléments orbitaux

Lorsqu'une comète passe à proximité des grosses planètes (essentiellement Jupiter), elle subit des perturbations gravitationnelles qui peuvent modifier certains de ses éléments orbitaux. C'est ainsi que la comète Shoemaker-Levy a percuté Jupiter en 1994 parce que lors de son précédent passage, cette comète était passée suffisamment près de cette planète pour qu'à la fois son orbite soit modifiée et son noyau décomposé en une multitude d'éléments répartis le long de l'orbite.

Les éléments orbitaux d'une comète peuvent aussi être modifiés de manière non prévisible par l'activité du noyau (perturbations non gravitationnelles).

Pour ces raisons les éléments orbitaux d'une comète ne sont jamais définitifs et doivent être recalculés lors de chaque passage (dans le cas des comètes à courte période).

Paramètres de quelques comètes

Voici quelques-uns des paramètres de quelques comètes connues.

Comète Période
(années)
Paramètres de l'orbite
Excentricité Aphélie (ua) Périhélie (ua)
1P/Halley 75,31 0,967 35,1 0,586
2P/Encke 3,30 0,847 4,096 0,339
Hale-Bopp (C/1995 O1) 2537 0,994 371,146 0,914
108P/Ciffreo 7,23 0,542 5,774 1,713
13P/Olbers 69,51 0,930 32,635 1,178
West (C/1975 V1-A) 558306 0,999 13560,217 0,196
109P/Swift-Tuttle 133,28 0,963 51,225 0,959
3D/Biela 6,64 0,751 6,190 0,879
Bradfield (C/2004 F4) 3679 0,999 476,543 0,168
Bennett (C/1969 Y1) 1678 0,996 281,892 0,537
Morehouse (C/1908 R1) 1,0007

Comètes et étoiles filantes

Les essaims d'étoiles filantes (par exemple : Perséides, Orionides, Géminides) sont associés à des comètes. Les poussières perdues par une comète lors d'un passage se répartissent le long de l'orbite de celle-ci en formant une sorte de vaste nuage. S'il advient que la Terre, dans son mouvement orbital annuel, traverse un tel nuage, on assiste alors à une pluie d'étoiles filantes plus ou moins dense suivant l'activité et la nature de la comète. Ces « étoiles filantes », qui n'en sont donc pas, semblent provenir d'une même direction du ciel (le radiant), un peu comme lorsqu'on est dans un tunnel rectiligne et que l'on a l'impression que les bords de celui-ci convergent vers un même point. Le radian porte le nom de la constellation de laquelle semblent provenir les étoiles filantes.

Les poussières cométaires, lorsqu'elles pénètrent dans la haute atmosphère de la Terre s'échauffent et s'ionisent, produisant la traînée lumineuse que l'on connaît.

On peut associer les essaims d'étoiles filantes à des comètes (qu'elles peuvent réensemencer en poussières lors d'un passage) ou à d'anciennes comètes. Ainsi, le célèbre essaim des Perséides (maximum d'intensité le 12 août) est associé à la comète Swift-Tuttle.

Histoire

Premières observations

On a retrouvé des traces d'observations de comètes dans des annales chinoises, mais aussi sur des tablettes babyloniennes. Leur nature véritable, ni leur périodicité n'avaient été trouvées avant les travaux effectués par Edmond Halley en 1682. Tycho Brahe montra que les comètes n'étaient pas un phénomène sublunaire comme ceci était couramment pensé à son époque. Puis Edmond Halley émit en 1705 l'hypothèse que les apparitions cométaires de 1531, 1607 et 1682, n'étaient en fait qu'une seule et même comète, dont il prédit l'apparition suivante en 1758 (voir comète de Halley).

John Flamsteed propose en 1680 une relation d'attraction-répulsion entre comètes et le soleil.

Après d'abord avoir réfuté cette théorie, Isaac Newton prouve dans son oeuvre majeure, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, que les comètes obéissent aux mêmes lois que les planètes, et possèdent une masse.

Connaissances actuelles

Une comète est un astéroïde de forme irrégulière pouvant atteindre une dizaine de kilomètres de diamètre, elle est constituée de glace et de poussière. Les comètes étaient vues à l'origine comme un halo lumineux qui apparaissait épisodiquement dans le ciel, et qui était interprété, selon son aspect et la période historique, comme un signe de bon ou mauvais augure. En fait, elles ne deviennent visibles que quand elles se rapprochent du Soleil, l'action de ce dernier provoque des émissions de gaz et de poussières qui réfléchissent la lumière solaire.

Les premiers résultats obtenus par la mission Stardust ont considérablement modifié les hypothèses concernant la formation des comètes. En effet les grains prélevés dans la coma de la comète Wild 2 par cette mission et ramenés sur Terre contiennent de l'olivine, matériau qui ne peut être synthétisé qu'à de très hautes températures (1 300 K). On est donc amené à penser que les noyaux de comètes ont été formés à proximité du Soleil et ont par la suite été éjectés vers le Nuage d'Oort. Pourtant les premières interprétations données de l'analyse des grains rapportés par Stardust doivent être prises avec circonspection : on soupçonne des interactions entre le matériau qui les contenaient (aérogel) avec l'atmosphère terrestre.

Notamment du fait des expériences spatiales, l'étude scientifique des comètes au XXe siècle a révélé leur vraie nature.

La récupération in situ n'est pas l'unique moyen de récupérer de la matière cométaire. La Terre traverse continuellement divers nuages de poussières stellaires et notamment de la matière cométaire lorsque l'orbite de la Terre coïncide avec le sillage d'une comète. C'est ainsi que depuis 1982, la NASA récupère à l'aide d'avion pouvant voler à haute altitude de la poussière cométaire[1].

Les expériences spatiales

Les connaissances sur les comètes, notamment celles de leurs noyaux, ont considérablement progressé depuis l'avènement des expériences spatiales. Au total, ce sont actuellement près de dix missions spatiales qui ont contribué à mieux connaître les noyaux cométaires.

  • La sonde européenne Giotto, lancée le 2 juillet 1985 par une fusée Ariane 1 pour approcher le noyau de la comète de Halley à moins de 500 km ;
  • La sonde japonaise Sakigate, en direction de Halley ;
  • La sonde japonaise Suisei, en direction de Halley ;
  • Les deux sondes soviétiques Vega 1 et Vega 2, qui, après avoir détaché un module vers la planète Vénus a pris un certain nombre de clichés de la comète de Halley ;
  • La sonde américaine Deep Space 1, lancée en 2001, qui a étudié le noyau de la comète 19P/Borrelly ;
  • La sonde américaine Deep Impact, lancée en 2005, avait pour objectif de creuser un cratère artificiel par collision entre le noyau de la comète Tempel 1 et un impacteur ;
  • La sonde américaine Stardust, lancée en 2004, était destinée à récolter et à ramener sur Terre de la poussière cométaire provenant de la comète Wild 2 ;
  • La sonde européenne Rosetta lancée en 2005 en direction de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko qu'elle atteindra en novembre 2014.
  • La sonde européenne SoHO destinée à étudier le Soleil en continu et qui de ce fait a permis de découvrir des comètes qui finissaient leur vie en « tombant » dans le Soleil, appelées comètes rasantes ;

Notes et références

  1. (fr) Jean Étienne, « Le brownleeite, un minéral inconnu dans la poussière d'une comète », 16 juin 2008, Futura-Science. Mis en ligne le 16 juin 2008, consulté le 16 juin 2008

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