La comète périodique 9P/Tempel 1 est un petit corps glacé du Système solaire dont l'étude intensive, marquée par deux missions spatiales majeures, a radicalement transformé notre compréhension de la structure interne des noyaux cométaires et de la nature des processus géologiques à l'oeuvre sur ces vestiges primitifs. Découverte le 3 avril 1867 par Wilhelm Tempel à Marseille, cette comète de la famille de Jupiter est un objet de magnitude modeste dont l'orbite, aujourd'hui bien contrainte, a subi des modifications notables sous l'influence de la planète géante. Son périple autour du Soleil, accompli en 5,56 ans, l'emmène d'une distance aphélique d'environ 4,75 unités astronomiques à un périhélie qui la rapproche à 1,54 unité astronomique de notre étoile, une orbite suffisamment stable pour en faire une cible régulière, mais suffisamment variable pour que sa période ait évolué au fil du temps sous l'effet des forces non gravitationnelles liées au dégazage. Devenue célèbre comme cible de la mission Deep Impact, puis comme unique comète visitée par deux sondes distinctes grâce au survol de Stardust, Tempel 1 a livré des données qui ont remis en question plusieurs hypothèses fondamentales sur la cohésion, la composition et l'évolution des noyaux cométaires.

Le noyau de Tempel 1, photographié pour la première fois avec une résolution suffisante pour en discerner les détails, présente une morphologie allongée et irrégulière, une sorte de pomme de terre cosmique d'environ 7,6 kilomètres dans sa plus grande longueur pour un diamètre transversal de 4,9 kilomètres. Cette forme oblongue, grossièrement ellipsoïdale, est le résultat d'une évolution complexe où l'érosion thermique, les effondrements gravitaires et les jets de gaz ont sculpté la surface au fil de milliers d'orbites. Sa rotation, qui s'effectue en environ 41 heures, est relativement lente pour un noyau cométaire, et son axe de rotation, incliné par rapport à son plan orbital, expose alternativement ses différentes faces au rayonnement solaire, créant un cycle thermique très hétérogène qui dicte la distribution des zones actives et des zones inertes.

La surface de Tempel 1, révélée par les images des deux missions, est un patchwork géologique d'une diversité surprenante pour un objet que l'on imaginait uniformément couvert d'une croûte de poussière sombre. L'albédo global est très faible, ne réfléchissant qu'environ quatre pour cent de la lumière reçue, ce qui la rend plus sombre que du charbon et explique pourquoi de telles comètes sont difficiles à observer lorsqu'elles sont inactives, loin du Soleil. Sur ce fond obscur, on distingue des couches géologiques, des terrasses qui semblent être des reliques d'érosion, des escarpements et des dépressions circulaires qui ressemblent à des cratères d'impact, bien que leur origine puisse également être liée à l'effondrement de cavités souterraines vidées par la sublimation des glaces. Des zones lisses et planes, semblables à des écoulements de matériau fin, s'étendent dans certaines régions basses, suggérant que des processus de fluidisation, peut-être liés au dégazage soudain ou à des glissements de terrain secs, ont redistribué le régolithe à la surface du noyau. L'absence quasi totale de petits cratères d'impact par rapport aux corps silicatés de même taille indique une surface géologiquement jeune, constamment remaniée par l'activité cométaire et l'érosion thermique, ce qui efface rapidement les cicatrices des impacts anciens.

L'événement qui a fait basculer Tempel 1 dans l'histoire de l'astronomie moderne s'est produit le 4 juillet 2005, lorsque la sonde Deep Impact de la NASA a projeté un impacteur en cuivre de 370 kilogrammes à la vitesse de 10,3 kilomètres par seconde directement sur le noyau cométaire. L'objectif était de créer un cratère artificiel, de sonder la composition du panache d'éjecta et de mesurer les propriétés mécaniques de la surface et de la subsurface, en une expérience de défense planétaire avant l'heure. L'impact, suivi en temps réel par la sonde mère restée à distance et par une multitude de télescopes terrestres et spatiaux, a libéré une énergie équivalente à l'explosion d'environ 4,8 tonnes de TNT. Le flash lumineux initial fut suivi par l'éjection d'un immense panache de poussière, de glace et de gaz, un nuage brillant qui s'est élevé lentement dans le vide, formant un cône d'éjecta à la dynamique complexe. 
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Etapes de l'impact sur Tempel 1, suivi par le télescope spatial Hubblet.
Image : ESA, P. Feldman et H. Weaver (Johns Hopkins University).

Les données spectroscopiques de ce panache ont révélé une composition chimique d'une richesse remarquable : des silicates cristallins, des argiles, des carbonates, des hydrocarbures aromatiques polycycliques et, surtout, une proportion significative de glace d'eau pure mélangée à de la poussière. La présence de glace d'eau à une profondeur aussi faible, exposée par l'impact, a confirmé que les noyaux cométaires sont des réservoirs de matériaux volatils préservés depuis la formation du Système solaire, et non de simples boules de neige sale totalement recouvertes d'une croûte inerte. L'une des découvertes les plus inattendues fut la nature même de la structure interne déduite de la dynamique de l'impact : le noyau de Tempel 1 est extrêmement poreux, constitué d'un agglomérat de grains de poussière et de glace faiblement liés, avec une cohésion mécanique proche de celle de la neige poudreuse. L'impacteur n'a pas percé une surface dure, il s'est enfoncé dans un matériau très peu résistant, générant un cratère bien plus large que prévu, dont la taille exacte n'a pu être mesurée que plus tard.

Cette mesure, justement, est l'un des apports majeurs de la seconde visite de Tempel 1, réalisée par la sonde Stardust-NExT le 14 février 2011. La mission Stardust, après avoir traversé la chevelure de la comète Wild 2 et ramené des poussières cométaires sur Terre, fut redirigée vers Tempel 1 pour y effectuer un survol historique, faisant de ce noyau le premier à être vu une seconde fois, après avoir subi une modification majeure. Les images de Stardust ont permis de retrouver le site de l'impact de Deep Impact, un cratère d'environ 150 mètres de diamètre, aux bords effondrés et au fond plat. La morphologie de ce cratère, large et peu profond, est cohérente avec un impact dans un matériau à la fois poreux et compressible, qui absorbe l'énergie du choc en se compactant plutôt qu'en étant excavé de manière classique. La zone entourant le cratère montrait des signes d'un réajustement post-impact, des dépôts d'éjecta fins ayant partiellement recouvert les terrains voisins, attestant de la faiblesse de la pesanteur et de la nature poudreuse du régolithe. La comparaison des images de 2005 et de 2011 a également permis d'observer l'évolution naturelle du noyau entre deux passages : des falaises avaient reculé de quelques dizaines de mètres, des zones actives s'étaient allumées ou éteintes, et les coulées lisses s'étaient légèrement modifiées, preuve que l'érosion cométaire est un processus rapide et continu, capable de remodeler sensiblement la surface en seulement une révolution orbitale.

La densité globale mesurée pour Tempel 1, combinant les données des deux missions, est très faible, de l'ordre de 0,62 gramme par centimètre cube, ce qui confirme une porosité interne supérieure à 70 pour cent. Cette structure lacunaire, comparable à celle d'une meringue gelée, explique pourquoi les noyaux cométaires peuvent se fragmenter si facilement lorsqu'ils s'approchent du Soleil ou subissent des forces de marée. La stratification partielle observée en surface, avec des couches empilées rappelant des dépôts successifs, suggère que le noyau s'est formé par accrétion de sous-unités plus petites, peut-être dans un effondrement gravitationnel local de la nébuleuse primitive, un peu à la manière d'Arrokoth mais avec une composition plus riche en volatils. Les zones actives, d'où jaillissent les jets de gaz lors du réchauffement périhélique, ne sont pas réparties uniformément; elles sont concentrées dans des régions spécifiques, souvent associées à des dépressions ou des parois escarpées où le matériau vierge et riche en glace peut être exposé par l'éboulement récent de la couche superficielle. Ce phénomène de régénération des zones actives par érosion des terrains appauvris est une clé de la longévité de l'activité cométaire, car il permet de renouveler la source de volatils au fil des révolutions sans épuiser immédiatement le réservoir interne.
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La surface de Tempel 1, vue par l'impacteur de Deep Impact.
Image : Univ. Maryland, JPL-Caltech, NASA.

L'intérêt scientifique pour Tempel 1 dépasse ainsi largement l'étude d'une comète particulière, car cet objet a servi de laboratoire naturel pour tester des théories fondamentales sur la nature des corps primitifs. La confirmation de l'extrême porosité et de la faible cohésion a poussé les planétologues à généraliser ces propriétés à l'ensemble de la population cométaire, modifiant les modèles de formation planétaire et de transport des volatils dans le jeune Système solaire. La démonstration technologique de Deep Impact, consistant à frapper une cible mouvante à une vitesse et une distance considérables, a jeté les bases des futures missions de défense planétaire, préfigurant l'expérience DART sur Dimorphos, dont le succès doit quelque chose à l'héritage de Tempel 1. Enfin, la double visite, en 2005 puis en 2011, a offert une perspective temporelle unique en astronomie cométaire : celle d'un corps vu avant et après un événement majeur, et suivi dans son évolution dynamique.