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Les Comètes

Aperçu
Les comètes sont des petits corps qui circulent autour du Soleil sur des orbites très allongées, qui leur font parcourir un long trajet entre les régions périphériques du Système solaire et ses régions internes où elles deviennent visibles. Certaines, à l'instar de la comète de Halley, dont les retours sont espacés de 76 ou 77 ans environ, reviennent à intervalles plus ou moins réguliers, ce sont les comètes périodiques. elles circulent dans le même sens que les planètes, dans le sens direct. 
On distingue parmi les comètes périodiques plusieurs familles, en fonction de leur période (intervalle entre chaque passage). Celles dont la période est inférieure à vingt ans s'avèrent suivre des orbites peu inclinées par rapport au plan de l'écliptique. Et leur course est fortement influencée par Jupiter, on les désigne sous le nom de comètes joviennes. Celles dont la période est comprise entre 20 et 200 ans ont des orbites qui peuvent être plus inclinées et qui les conduisent au delà de l'orbite de Neptune. On les range dans la famille de Halley.
D'autres n'ont été observées qu'une fois. Peut-être parce qu'elles ne sont pas périodiques du tout à cause des perturbations qu'elles ont subies sur leur route qui leur interdiraient à jamais de revenir à proximité du Soleil, peut-être seulement parce que leur période est beaucoup trop longue pour que ses retours n'aient jamais de chance d'être observés, ni même calculés. On en parle comme des comètes non-périodiques ou nouvelles comètes. Contrairement aux comètes périodiques, le plan de leur orbite peut être quelconque par rapport à celui de l'écliptique, et la moitié d'entre elles possède un sens de révolution rétrograde
Il y a donc des comètes qui visitent périodiquement les cieux, et d'autres, qui ne font que les traverser sous tous les angles possibles, une seule fois et à jamais, sans qu'on sache ce qu'elles deviennent. Mais les comètes quel que soit leur destin semblent bien s'inviter à partager celui des humains, d'une manière ou d'une autre - variable selon les époques. Tout au long de l'histoire, les connaissances et les fantasmes qui leurs sont attachés n'ont cessé ainsi de s'entremêler. D'abord considérées comme de simples exhalaisons de l'atmosphères terrestres, elles ont fini par être admise au rang d'astres comme les autres. Ou presque. Elles obéissaient sans doute à l'attraction universelle. Mais quelle était donc leur taille réelle, leur masse, leur composition chimique? Au fil des époques, chaque question  a obtenu sa réponse, mais n'est jamais parvenu à dissiper complètement les angoisses que le passage impromptu de ces astres vagabonds suscite. Parfois même, à parcourir leur histoire, il semble que mieux on connaît les comètes, et plus on se trouve des raisons de les redouter... .
Les comètes sont composées d'un noyau solide, principalement constitué de glace et de poussières agglomérées, et dont les dimensions sont en général de l'ordre de quelques kilomètres seulement. Lorsqu'elles approchent du Soleil, celui-ci échauffe leur surface. La glace se désagrège alors progressivement et libère - parfois sous la forme de jets qui peuvent se révéler très spectaculaires - quantité de particules de glace vite transformées en gaz, ainsi que des poussières (ce sont ces mêmes poussières, qui lorsqu'elles entre dans l'atmosphère terrestre où elles se consument, donnent naissance aux étoiles filantes).

Sous l'effet du rayonnement solaire, la matière éjectée, donne ensuite naissance, autour du noyau, aux divers phénomènes caractéristiques des comètes, à savoir la formation d'une chevelure ou coma en forme d'auréole, et aussi le plus souvent d'une longue traînée lumineuse, généralement composite, qui correspond à la queue. L'astronomie spatiale a également mis en évidence dès 1969 une dernière composante des comètes : une enveloppe d'hydrogène neutre.
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Comète.
La comète C/2002 V1, le 29 janvier 2003. Source : European Space Agency
Copyright: 2003, B. Dintinjana et J. Skvarc.

On notera que l'activité cométaire est définie par la seule présence de la coma. Les comètes peu actives peuvent n'avoir aucune queue. C'est d'ailleurs ce qui est le plus courant. Ainsi, les comètes aisément visibles à l'oeil nu sont-elles assez rares, alors même que les astronomes signalent en moyenne deux comètes par mois. Des comètres très brillantes, comme la comète McNaught, qui est passée au périhélie en janvier 2007, sont exceptionnelles : des observateurs ont estimé sa magnitude à -5 ou -6 (aucune n'avait été aussi lumineuse depuis 40 ans).

A mesure que la comète s'éloigne, elle perd de son éclat, sa queue diminue, puis elle devient invisible à l'oeil et enfin au télescope. Si la comète est périodique, à son retour elle peut avoir éprouvé de grands changements d'intensité. Ainsi la comète de Halley, en 1456, qui répandit la terreur parmi les populations avait une queue de 60° de longueur; en 1682, elle n'avait plus que 30°; en 1759, la queue fut presque invisible; en 1835, au contraire, elle atteignit 20°. Mais ce n'est pas d'un passage à l'autre que s'observent les changements. Pendant les quelques mois de son apparition, la comète de Halley, encore, a éprouvé des changements de forme et d'éclat très remarquables non seulement dans la queue, mais dans la chevelure.

Moreri, en 1674, distinguait trois sortes de comètes : la comète barbue ou orientale au soleil; sa queue paraît marcher devant elle en signe de barbe; la comète à longue queue ou occidentale par rapport au Soleil; enfin la comète à la rose ou comète chevelue, qui est opposée au Soleil. Ces distinctions n'ont plus aujourd'hui de signification.
Il y a trois causes principales aux changements de forme constatés dans les comètes, ainsi qu'à la grande variété de leurs apparences :
a) La première est simplement due à leur position par rapport à la Terre et au Soleil, et c'est à elle que l'on doit par exemple l'apparition pour une poignée de comètes d'une antiqueue, et surtout, selon la proximité au Soleil, le démarrage, puis l'arrêt de l'activité cométaire.

b) La seconde est due à l'activité du Soleil lui-même, qui se traduit par une émission plus ou moins puissante de vent solaire, dont les interactions avec les particules qui environnent les comètes joue un rôle important.

c) La dernière concerne des changements réels survenant dans le noyau cométaire. D'un passage à l'autre, les comètes perdent de leurs éléments volatils, et peu à peu les épuisent. Le résultat en est la cessation de l'activité cométaire, comme cela est arrivé à la comète Arend-Rigaux, pour laquelle on n'a plus affaire pratiquement qu'à un noyau cométaire nu. Certains petits corps ordinairement classés parmi les astéroïdes, à l'exemple du circastéroïde Phaeton, sont en fait très probablement d'anciennes comètes.
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Comète Churyumov-Gerasimenko.
La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko ("Tchouri"). Ci-dessus, photographiée
à 285 km de distance par la sonde Rosetta. Ci-dessous, une des premières
images de la surface transmises, le 13novembre 2014, par l'atterrisseur Philae.
Sources :  ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team; MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; et ESA/Rosetta/Philae/CIVA.
Comète Churyumov-Gerasimenko, par Philae.
Les comètes ne sont pas seulement menacées à terme de cessation d'activité. Leur noyau peu également être purement et simplement détruit. On a a vu ainsi plus d'une se briser en plusieurs morceaux, et même s'écraser sur une planète ou sur le Soleil...
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Coeurs brisés

La chaleur subie par les noyaux cométaires lorsqu'ils se rapprochent du Soleil est quelquefois énorme. Et les astronomes qui ont assisté, au XIXe siècle, à la fracturation de la comète de Biela ont vu dans l'échauffement le principal facteur de sa destruction, soupçonnant que la situation pouvait être souvent encore plus extrême. Ainsi la comète de 1843 est passée à une distance de la surface du Soleil égale au 1/10 de son rayon seulement, et la comète de 1668 passa encore plus près. Depuis 1995, une autre comète au coeur brisé attire l'attention : il s'agit de la comète Schwassmann-Wachmann 3, d'abord divisée en trois fragments, et dont on a pu observer à l'occasion  du passage l'un d'eux au plus près de la Terre, en mai 2006, que la fragmentation se poursuivait dinnant naissance à plusieurs douzaines de petites comètes.

Si effectivement l'échauffement et la perte de matière consécutive subis par le noyau d'une contribue à le fragiliser, ils ne sont pas les seuls en cause. Le noyau peut se briser sous le seul effet de ses tensions internes. Et surtout il peut être aidé considérablement par les effets de marée.

Lorsqu'une comète s'approche d'un corps très massif, la conjugaison de l'attraction gravitationnelle qui s'exerce sur lui et de la force centrifuge peut très efficacement le détruire. C'est ce qui s'est passé par exemple avec la comète Shoemaker-Levy 9, d'abord brisée en plusieurs morceaux, puis engloutie par Jupiter en 1994.

On connaît également une famille de comètes, appelée le groupe de Kreutz, qui s'approchent tellement près du Soleil qu'elles finissent par s'y abîmer. Le satellite d'observation du Soleil Soho a détecté ces dernières années un grand nombre de ces événements. Kreutz, qui leur a donné son nom, avait expliqué dès le XIXe siècle, qu'elles étaient toutes issues d'un même corps, brisé il y a longtemps par l'effet de marée solaire.


La fragmentation de la comète West, en mars 1976.
Source : New Mexico State University.

Le plan d'une comète.


Rouages
Le noyau - Les astronomes se font actuellement du noyau des comètes une idée qui reste proche du modèle élaboré en 1950 par Fred Whipple, et que l'on résume souvent en décrivant ces objets comme des boules de neige sale. Une expression qui fait la part belle à la composante glacée (formée principalement d'eau, d'ammoniac, de méthane, de dioxyde et de monoxyde de carbone), et minimise l'importance de la composante rocheuse (fragile squelette de poussières, essentiellement composées de silicates).
Ce qui commande l'activité cométaire dépend ainsi largement de l'importance et de la nature des glaces présentes. La glace d'eau se sublime à une température relativement élevée et exige que la comète soit suffisamment rapprochée du Soleil pour que la coma et éventuellement la queue se manifestent. Mais les calculs montre que nombre de comètes deviennent actives à des distances bien supérieures - parfois déjà au-delà de l'orbite de Jupiter. Cela la signifie que des matériaux encore plus volatils que l'eau sont présent. Ce constat est à la base de l'hypothèse faite par Whipple de la présence d'ammoniac, de méthane, etc.
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La comète Tempel 1.
 Le noyau de la comète Tempel 1, 
photographié en 2005 par la sonde Deep Impact.
Crédit :  Univ. Maryland, JPL-Caltech, NASA
Ces dernières années des indices sont apparus (par exemple avec la comète de Encke) selon lesquels, le modèle de la boule de neige sale doit être amendé sur divers points. En particulier, il serait peut-être nécessaire de décrire aussi les noyaux cométaires plutôt comme des boules de boue. Autrement dit, comme des objets où la partie silicatée aurait une importance plus grande. Ainsi les noyaux cométaires seraient assez proches des petits astéroïdes, et ne différeraient d'eux que par une proportion plus grande des éléments volatils à l'origine de l'activité cométaire proprement dite.
N. B. - Certains textes un peu anciens utilisent, à propos des comètes, le terme de noyau dans un sens différent du sens actuel : ce noyau-là correspond en fait à ce que les astronomes appellent aujourd'hui la condensation centrale. C'est seulement la partie la plus brillante de la coma.
La coma*, approximativement sphérique, forme avec le noyau la tête de la comète. D'une brillance très variable d'une comète à l'autre, elle peut avoir diamètre dépassant les cent mille kilomètres et la rendre alors très lumineuse. Cette nébulosité, qui est quelque sorte l'atmosphère de la comète est composée du matériau expulsé par le noyau et est donc principalement composée de poussières et de vapeur d'eau. Mais ce matériau est aussi le siège de diverses transformations.
L'interaction du matériau expulsé avec le vent solaire n'est pas négligeable. L'observation de la comète Hyakutake, par exemple, a révélé qu'elle était probablement à l'origine du rayonnement X (rayonnement électromagnétique de haute énergie) que l'on a constaté dans la coma.
L'existence de tels phénomènes, ajoutée à l'action du rayonnement solaire de plus basse énergie, qui font que les molécules directement issues du noyau, ou molécules-mères, sont presque immédiatement détruites pour donner naissance à divers composés. Ceux-ci sont beaucoup plus faciles à observer que les molécules mères, et pendant longtemps, ils introduit beaucoup d'ambiguïtés et d'incertitudes sur la nature exacte de celles-ci. La situation a maintenant changé, notamment grâce à l'étude in-situ des comètes, démarrée en 1986 avec la rencontre de sondes avec la comète de Halley, puis grâce aux études des comètes à l'aide du télescope spatial infrarouge ISO.

La queue des comètes correspond au matériau libéré par le noyau cométaire qui est soufflé par la pression de radiation de la lumière solaire dans la direction opposée au Soleil. On reconnaît dans les queues cométaires deux composantes principales (comme la récente comète Hale-Bopp en a fourni un exemple particulièrement spectaculaire), et plus rarement une troisième :
Type I - La première, dite de type I, est la queue de plasma, ou queue ionique. Elle est rectiligne et sa couleur est est bleutée. Sa lumière provient de la fluorescence des molécules gazeuses (et plus spécialement de l'ion CO+) excitées par le rayonnement solaire. Existence et son importance sont directement fonction de l'activité solaire, et peu caractéristiques de la nature de la comète elle-même.

Type II - La seconde queue, qui est généralement plus brillante est la queue de type II, ou queue de poussières. Elle est blanche et incurvée. Son éclat vient essentiellement, comme pour la coma, de la diffusion de la lumière solaire par les particules de poussière qui la composent. La courbure résulte de la composition de deux déplacements des grains de poussière : le premier est l'effet de la pression exercée par le rayonnement solaire, et qui pousse les poussières à l'opposé du Soleil, l'autre est un effet de traînée : il correspond au déplacement des poussières selon le sens de l'orbite de la comète.

Anti-queue - Quelques comètes, comme cela a été par exemple le cas de Arend-Roland en 1957, et Kohoutek en 1973, présentent également une structure analogue à une queue, visible sous certaines conditions dans la direction du Soleil, et appelée l'anti-queue. On la suppose composée de particules assez grosses (jusqu'à 5 cm) semées par la comète sur sa trajectoire.

Les queues ont quelquefois une très grande longueur. Celle de la comète de 1680, par exemple, occupait dans le ciel un arc de 90°, et sa longueur était de 150 millions de kilomètres, c'est-à-dire la distance de la Terre au Soleil. La comète de 1593 était encore plus longue. C'est ordinairement après le passage au périhélie, lorsque la chaleur solaire est dans toute son intensité, que la queue atteint sa plus grande dimension. Puisqu'elle elle est toujours opposée à la direction du Soleil, elle précède donc la comète, tandis qu'elle la suivait avant le passage au périhélie.

Principales structures d'une comète.
Comètes sur le retour.
Lorsqu'une comète a accompli sa révolution elliptique autour du Soleil et qu'elle revient au périhélie, son apparence physique a généralement changé; ce n'est donc pas à son aspect qu'on la reconnaîtra, mais bien à ses éléments qui diffèrent peu de ceux qu'on a déterminés à sa précédente apparition. C'est ainsi que Halley, ayant calculé, d'après les méthodes de Newton, les orbites d'un grand nombre de comètes, fut frappé de la ressemblance des éléments de la belle comète de 1682 avec ceux des comètes observées en 1607 et 1531. L'intervalle de ces apparitions successives étant d'environ 76 ans, il annonça le retour de la même comète pour la fin de 1758 ou le commencement de 1759. Elle est, en effet, revenue au périhélie le 12 mars 1759, et encore une fois depuis, le 15 novembre 1835.
La durée de la révolution étant connue par l'intervalle de deux passages consécutifs au périhélie, on en conclut le grand axe au moyen de la troisième loi de Képler, en la comparant au grand axe de l'orbite terrestre et à la durée de l'année; les lois de Képler se vérifient en effet chez les comètes comme chez les planètes. Pour la comète de Halley, ce demi-grand axe est 18 UA environ, et comme sa distance périhélie est à peu près 1/2, la distance aphélie est 35,5 UA, ce qui dépasse peu le rayon de l'orbite de Neptune.
La situation n'est cependant pas aussi simple que ce succès pourrait le laisser penser. En traversant le Système solaire, une comète peut s'approcher assez d'une planète pour que l'attraction de ce corps influe sensiblement sur sa marche et l'écarte de l'ellipse qu'elle décrit autour du Soleil. Ainsi la comète de Halley, encore, est troublée dans son mouvement par Jupiter et Saturne; et lorsque Clairaut fixa le retour de cette comète pour le milieu d'avril 1759, il dût aussi calculer l'action des grosses planètes sur les éléments de l'orbe elliptique.

Les astronomes doivent par ailleurs prendre en considération ce qu'ils appellent les perturbations non-gravitationnelles. Celles-ci proviennent de ce que lorsque le noyau cométaire, soumis à l'échauffement du Soleil, expulse dans la direction de l'échauffement de la matière sous forme de jets. Ceux-ci, selon le principe de l'action et de la réaction, agissent comme un petit moteur de fusée, capable de dérouter la comète de manière notable.
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La comète de Morehouse, en 1908.
La comète C-1908.
La comète de Morehouse, en 1908.
La comète C-1908.
Destin de comète.
L'excentricité de l'orbite des comètes, c'est-à-dire l'allongement de leur trajectoire qui les conduit à circuler entre les régions périphériques et les régions centrales du Système solaire est la clé de leur devenir. Elle est aussi le facteur, à terme, de leur disparition. En attendant, il en arrive toujours dans les régions proche du Soleil. Et c'est parce qu'il en existe d'immenses réservoirs dans les régions les plus lointaines et froides du Système solaire.

Toutes les comètes connues proviennent de grandes concentrations situés à la périphérie du Système solaire. Dans les années 1950, les astronomes ont déduit des différences orbitales entre les comètes à courte et à longue période que les première proviennent d'un réservoir en forme de disque ou de tore, situé au delà de l'orbite de Neptune et centré sur le plan de l'écliptique, la ceinture de Edgeworth-Kuiper, et que les secondes sont originaires d'une source beaucoup plus lointaine et à symétrie sphérique, le Nuage de Oort.

Les comètes passent ainsi le plus clair de leur existence, sous la forme d'un simple noyau glacé, dans des régions où les conditions physiques permettent de les conserver intactes depuis le temps de leur formation, à la naissance du Système solaire. Cela en fait, pour les astronomes, des témoins privilégiés de cette époque révolue, et explique l'attention qu'ils leur portent.

Reste que les noyaux cométaires s'échappent régulièrement de ces "réserves naturelles" que constituent la ceinture de Edgeworth-Kuiper et le Nuage de Oort, à cause des perturbations gravitationnelles, d'origines diverses, auxquelles elles sont soumises. Sous l'effet, en particulier, de la perturbation gravitationnelle de Jupiter ou d'une autre planète géante, tel ou tel de ces objets quitte sa lointaine orbite et plonge vers l'intérieur du Système solaire où le démarrage de l'activité cométaire le rendra observable.

Certaines comètes pourraient aussi être expulsées définitivement du Système solaire, et finir par former une population chaque jour un peu plus riche de comètes interstellaires. A l'inverse, il est imaginable que des comètes expulsées d'autres systèmes planétaires aient traversé l'espace jusqu'à nous et finissent par visiter les régions internes du Système solaire. Les lois de la mécanique céleste permette de dire que de telles comètes extrasolaires auraient une trajectoire hyperbolique, plutôt qu'elliptique. Et c'est à cela que l'on espère les reconnaître. Pour l'instant, aucune n'a été identifiée.



En librairie - Annie-Chantal Levasseur-Regourd et Philippe de la Cotardière, Les comètes et les astéroïdes, Le Seuil, 1997; Jacques Crovisier, Thérèse Encrenaz, Les Comètes, témoins de la naissance du Système solaire, CNRS Editions/Belin, 1995; André Brahic, Les Comètes, PUF (QSJ), 1993. 

Pour les plus jeunes : Vincent Vanoli, La Comète, 6 pieds sous Terre (BD), 2000; Patrick Moore, Les comètes et les étoiles filantes, Gamma, 1998.

Antonin Masson, Frédéric Pillot, Alexandre Roanne, Comètes et météorites, Milan Jeunesse (+ 7 ans).
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Mais d’où viennent ces objets célestes qui traversent tout l’espace et qui risquent parfois de nous tomber sur la tête? Comment les différencier? Pourquoi certains laissent-ils des traînées lumineuses sur leur passage? Qu’est-ce qu’un cratère d’impact? Autant de questions délicates auxquelles il est souvent difficile de répondre sans l’aide d’un vrai spécialiste de l’astronomie.

C’est pourquoi ce carnet permet aux jeunes lecteurs de différencier une comète d’un astéroïde ou d’une météorite, de comprendre les origines et la composition de ces corps étranges et de découvrir par quels moyens techniques (sondes percutantes ou autres) l’homme a pu les approcher et les étudier.

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