comète - astronomie. 1 PRÉSENTATION comète, astre du Système solaire constitué d'un noyau solide et qui, au voisinage du Soleil, éjecte des gaz et des poussières formant une chevelure diffuse. Le mot « comète « vient du latin cometes, qui signifie « chevelu «. 2 APERÇU HISTORIQUE 2.1 Les premières observations de comètes Une comète nous apparaît lorsqu'elle est au voisinage de son périhélie, position sur l'orbite la plus proche du Soleil. Sous l'effet du rayonnement solaire, les glaces de la surface de la comète s'échauffent et se subliment (passage direct de l'état solide à l'état gazeux), produisant une enveloppe très lumineuse, visible à l'oeil nu depuis la Terre. Ainsi, des comètes ont été observées depuis l'Antiquité : les Grecs et les Romains en comptaient déjà neuf espèces. Pour Aristote, dont la pensée fait loi jusqu'au Moyen Âge, l'apparition d'une comète correspond à un phénomène atmosphérique. Ce n'est qu'à la fin du XVIe siècle que l'astronome danois Tycho Brahé montre que les comètes sont en fait des corps célestes, évoluant bien au-delà de la Lune. Au XVIIe siècle, le scientifique anglais Isaac Newton s'appuie sur les travaux de l'astronome allemand Johannes Kepler (voir lois de Kepler) pour démontrer que les mouvements des comètes obéissent aux lois qui gouvernent le mouvement des planètes sur leurs orbites. Avec l'aide de Newton, l'astronome anglais Edmund Halley montre le caractère périodique des comètes dans son ouvrage Synopsis d'astronomie cométaire (1705). Pour cela il s'appuie sur l'étude des comètes apparues en 1456, 1531 et 1607 et montre qu'elles correspondent à celle qu'il observe en 1682. Il prédit d'ailleurs le retour de cette comète périodique en 1758, mais il meurt en 1742 sans pouvoir vérifier sa prédiction. Les astronomes ont identifié la première apparition de cette comète, appelée désormais comète de Halley en hommage à son découvreur, en 240 av. J.-C. Le dernier passage de la comète de Halley à son périhélie a eu lieu le 9 février 1986. À cette occasion, elle a été observée à faible distance par les sondes spatiales soviétiques Vega 1 et Vega 2, par la sonde européenne Giotto, et par les sondes japonaises Sakigake et Suisei. 2.2 La découverte de nouvelles comètes L'envoi de satellites artificiels et l'accès à de nouveaux domaines spectraux (en particulier l'ultraviolet, l'infrarouge et les ondes radio) ont révolutionné l'étude des comètes. En 1995, le catalogue des comètes ne comptait que 950 candidates, dont moins de 200 de courte période, c'est-à-dire inférieure à 200 ans (la période est la durée de révolution autour du Soleil). La comète de Halley, avec sa période de 76 ans, en est l'exemple le plus connu. Depuis, la recherche de nouvelles comètes s'est accélérée, notamment grâce au satellite d'étude du Soleil SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) qui a découvert à lui seul plus de 600 comètes depuis sa mise en orbite en 1995. Par ailleurs, des programmes de recherches d'astéroïdes (LINEAR, LONEOS, etc.) explorent de manière systématique le ciel et inventorient par la même occasion de nombreuses nouvelles comètes. 3 NOMENCLATURE DES COMÈTES Depuis 1995, l'Union astronomique internationale (UAI) attribue un nom officiel à chaque comète en suivant une nomenclature inspirée de celle des astéroïdes. Ce nom se compose : - d'un préfixe pour le type de la comète : C/ pour les comètes de période supérieure à 200 ans ; P/ pour les comètes de période inférieure à 200 ans ; D/ pour les comètes disparues et les objets de type cométaire sans activité ; X/ pour les objets sans orbite calculable ; - de l'année de la découverte ; - d'une lettre majuscule correspondant à la quinzaine du mois de la découverte (les lettres I et Z ne sont pas utilisées) ; - du numéro de classement dans la quinzaine ; - du nom du (ou des) découvreur(s), suivi parfois d'un chiffre désignant le nombre de comètes portant ce nom (par exemple, la comète Shoemaker-Levy 9) Ainsi, la comète C/1763 S1 Messier est une comète de période supérieure à 200 ans, découverte en 1763, dans la seconde quinzaine de septembre, la première cette quinzaine, par l'astronome français Charles Messier. Pour les comètes à courte période, observées plusieurs fois à leur périhélie, on ajoute un nombre séquentiel devant le préfixe P/ et on abandonne la nomenclature précédente pour ne conserver que le nom du (ou des) découvreurs de la première apparition. Par exemple, la nouvelle cible de la sonde spatiale européenne Rosetta est la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Toutefois, cette nomenclature connaît de nombreuses exceptions, notamment les comètes historiques dont on ne connaît souvent pas le découvreur. Par ailleurs, de plus en plus de comètes portent le nom de l'observatoire ou de l'instrument à l'origine de leur découverte (par exemple, la comète 160P/LINEAR, découverte par la station de recherche d'astéroïdes LINEAR). 4 COMPOSITION D'UNE COMÈTE 4.1 Le noyau Éloignée du Soleil, une comète se réduit à un noyau solide irrégulier, entouré d'une nébulosité ténue. Le noyau est constitué d'un conglomérat de graviers, de glaces (principalement des glaces d'eau, de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone, de méthanol, de sulfure d'hydrogène (voir soufre), de formaldéhyde, d'ammoniac et de méthane) et de poussières. En 1950, l'astronome américain Fred Whipple avait supposé l'existence de ce noyau, qu'il avait appelé « boule de neige sale «, et que l'on ne peut observer depuis la Terre compte tenu de sa petite taille (entre 1 et 10 km de diamètre en moyenne) et de son faible éclat (la croûte du noyau est très sombre et ne réfléchit qu'environ 4 p. 100 de la lumière solaire). Les noyaux des comètes sont issus de la formation du Système solaire. Ainsi, les noyaux seraient des vestiges du matériau le plus primitif de l'Univers. 4.2 La chevelure (ou coma) Lorsque la comète se rapproche du Soleil, les glaces du noyau s'échauffent et se subliment ; les gaz émis, entraînant des fragments rocheux et des poussières, forment ainsi une nébulosité diffuse : la chevelure (ou coma), qui peut atteindre plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de diamètre. Ce sont les poussières de la chevelure qui diffusent la lumière solaire et rendent la chevelure lumineuse : la comète devient visible (parfois à l'oeil nu). Dans les années 1970, des observations par satellite dans l'ultraviolet ont montré que la comète est entourée d'un énorme nuage d'hydrogène. 4.3 Les queues des comètes Chaque comète porte une queue originale, qui dépend de la composition du noyau, de sa taille, etc. Mais de manière générale, les comètes possèdent au moins deux queues : une queue de poussières et une queue de plasma. 4.3.1 La queue de poussières Les poussières éjectées du noyau forment une traînée lumineuse, appelée queue de poussières, qui prolonge la chevelure. Cette queue, dont la longueur peut atteindre plusieurs millions de kilomètres, est toujours dirigée à l'opposé du Soleil. En effet, les poussières qui la composent sont soumises aux radiations solaires qui exercent une pression les repoussant dans la direction opposée à celle du Soleil. La queue de poussières apparaît généralement blanche ou jaunâtre, en raison de la réflexion du rayonnement solaire par les poussières. 4.3.2 La queue de plasma Dans le sillage de la chevelure se développe une autre queue, dite queue de plasma, formée à partir des gaz éjectés puis ionisés par les rayons ultraviolets solaires. Elle est généralement plus rectiligne et plus longue que la queue de poussières -- elle peut s'étendre sur plus de 100 millions de kilomètres. Soumise au vent solaire, elle se retrouve du même côté que la queue de poussières, dans la direction opposée à celle du Soleil. Par ailleurs, elle se distingue de la queue de poussières par sa couleur bleutée, due à un phénomène de fluorescence des molécules de monoxyde de carbone (deuxième composé le plus abondant dans les comètes, après l'eau). 4.3.3 La queue de sodium Un troisième type de queue de comète a été découvert en 1997 dans la comète Hale-Bopp : une queue d'atomes de sodium neutres. Également soumis à la pression de la radiation solaire, comme les particules de la queue de poussières, les atomes de sodium sont repoussés dans la direction opposée à celle du Soleil. La queue de sodium de la comète Hale-Bopp s'étirait sur 50 millions de kilomètres. 5 ORBITES ET PÉRIODES Connaître l'orbite et la période orbitale (temps mis pour faire le tour du Soleil) d'une comète est nécessaire pour définir un rendez-vous avec une sonde spatiale, ainsi que pour découvrir l'origine de la comète. À l'aide de puissants ordinateurs, les scientifiques ont déterminé l'orbite originale des comètes connues. Dans la plupart des cas recensés, l'orbite cométaire est elliptique, ce qui montre l'appartenance des comètes au Système solaire. La détermination d'une orbite cométaire est délicate, car elle dépend du nombre d'observations de la comète et de l'espacement entre ces observations. Les astronomes ont déterminé précisément les périodes d'environ 200 comètes ; elles varient de 3,3 années pour la comète d'Encke à plus de 2 000 ans pour la comète de Donati. On considère que la période d'une comète est courte si elle est inférieure à 200 ans, et longue dans le cas contraire. Certaines comètes peuvent ne jamais retourner dans le Système solaire lorsque leur trajectoire est fortement déviée par l'attraction gravitationnelle des planètes (en particulier, les planètes géantes gazeuses). Ainsi, près de 60 comètes de courte période ont des orbites qui ont été modifiées par la planète Jupiter ; on dit que ces comètes appartiennent à la famille de Jupiter. Leurs périodes varient de 3,3 à 9 années. 6 GROUPES DE COMÈTES Lorsque plusieurs comètes de périodes différentes voyagent sur à peu près la même orbite (éléments orbitaux similaires), on dit qu'elles appartiennent à un groupe de comètes. Le groupe le plus célèbre, le groupe de Kreutz (en référence à l'astronome allemand Heinrich Kreutz) comprend des comètes dont le périhélie est extrêmement proche du Soleil ; elles sont appelées sungrazing comets (« comètes écorcheuses de Soleil «) dans la littérature anglo-saxonne. Le groupe de Kreutz est composé de la spectaculaire comète Ikeya-Seki -- découverte en 1965 lors de son passage très rapproché autour du Soleil, et de sept autres comètes ayant des périodes d'environ un millier d'années. Des travaux menés par l'astronome américain Brian G. Marsden ont permis de conclure que la comète de 1965 et la comète encore plus brillante de 1882 sont toutes deux issues d'une comète parente, probablement celle qui a été observée en 1106. De manière générale, les comètes formant un groupe semblent issues de la fragmentation d'une comète plus ancienne. 7 COMÈTES ET ESSAIMS DE MÉTÉORITES Une étroite relation existe entre les comètes et les essaims de météorites observés à l'oeil nu ou à l'aide de radars. En effet, les essaims de météorites (communément appelés « pluie d'étoiles filantes «) surviennent lorsque la Terre, dans son orbite autour du Soleil, traverse une région riche en petites particules laissées généralement par le passage d'une comète périodique. En effet, à chaque passage à proximité du Soleil, une comète perd de 0,1 à 1 p. 100 de sa masse sous forme de gaz et de poussières. C'est l'astronome italien Giovanni Virginio Schiaparelli qui le premier montre, vers 1866, que l'essaim météoritique des Perséides, observé au mois d'août dans la direction de la constellation de Persée (d'où le nom de l'essaim), se déplace sur la même orbite que la comète 1862 III (appelée 109P/Swift-Tuttle dans la nouvelle nomenclature). D'autres essaims de météorites sont associés à des orbites cométaires connues, notamment l'essaim des Léonides, observé au mois de novembre dans la direction de la constellation du Lion (d'où le nom de l'essaim), qui a la même orbite que la comète 1866 I (appelée 55P/Tempel-Tuttle dans la nouvelle nomenclature). 8 ORIGINE DES COMÈTES Jadis, les astronomes croyaient que les comètes étaient issues de l'espace interstellaire. Bien qu'aucune théorie précise de leur origine ne soit universellement acceptée, les observations effectuées depuis les années 1950 semblent indiquer que les comètes sont nées en même temps que le Système solaire, dans sa partie extérieure froide, à partir de matière planétaire résiduelle. Elles se répartissent dans deux régions du Système solaire en fonction de leur période : le nuage d'Oort abrite les comètes à longue période (supérieure à 200 ans) et la ceinture de Kuiper regroupe les comètes à courte période (inférieure à 200 ans). 8.1 Le nuage d'Oort En 1950, l'astronome néerlandais Jan Hendrik Oort étudie les comètes à longues périodes et suppose l'existence d'un gigantesque réservoir de comètes, appelé nuage d'Oort, situé dans une sphère qui s'étend de 20 000 à 150 000 UA (unités astronomiques) du Soleil. Des perturbations occasionnelles de l'attraction gravitationnelle d'étoiles suffisamment proches de cette région provoqueraient le déplacement de certaines de ces comètes vers le Soleil, qui deviendraient alors des comètes observables depuis la Terre. 8.2 La ceinture de Kuiper Par ailleurs, en 1951, l'astronome américain d'origine néerlandaise Gerard Kuiper démontre de manière théorique que les comètes à courte période proviennent d'une autre région de l'espace, située entre les orbites de 30 et 50 UA du Soleil. L'existence de ce second réservoir de comètes, baptisé ceinture de Kuiper en l'honneur de son théoricien, est démontrée en 1992 avec la découverte de l'objet transneptunien 1992 QB1. Les comètes de la ceinture de Kuiper subissent l'attraction gravitationnelle des planètes joviennes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune), certaines sont ainsi envoyées en direction du Soleil (où elles deviennent visibles depuis la Terre) ou éjectées aux confins du Système solaire, où elles rejoignent le nuage d'Oort. 9 OBSERVATIONS ET MISSIONS VERS LES COMÈTES Les comètes ont longtemps été considérées par les superstitieux comme les présages de calamités ou d'événements importants. L'observation de comètes a aussi engendré la crainte d'une collision entre l'une d'elles et la Terre. Notre planète est passée à plusieurs reprises à travers des queues de comètes sans effets mesurables. La collision entre une comète et la Terre est très peu probable. Cependant, l'une des principales hypothèses de la disparition brutale des dinosaures sur Terre, il y a 65 millions d'années, met en cause l'impact d'une comète ou d'un astéroïde de grande taille. Vestiges des premiers instants du Système solaire, objets à l'origine de la vie sur Terre (théorie de la panspermie)..., les comètes sont devenues l'une des cibles privilégiées des astronomes. Plusieurs sondes cométaires ont ainsi été envoyées dans l'espace depuis la fin des années 1970. 9.1 La sonde ICE/ISEE 3 La première sonde cométaire, baptisée à l'origine ISSE 3 (International Sun-Earth Explorer 3) est lancée par l'Agence spatiale américaine (NASA) en 1978. Initialement, cette sonde a pour objectif l'étude du vent solaire. Puis, elle est redirigée -- et rebaptisée ICE (International Comet Explorer) -- vers la comète 21P/Giacobini-Zinner dont elle étudie la queue de plasma en 1985. 9.2 Les sondes Vega 1 et Vega 2 En 1984, deux sondes cométaires russes, Vega 1 et Vega 2, sont envoyées à la rencontre de la comète de Halley. Elles survolent la comète en 1986, respectivement à 8 900 et 8 000 km. 9.3 Les sondes Sakigake et Suisei Le Japon participe également à l'exploration spatiale des comètes en envoyant successivement en 1985 deux petites sondes, Sakigake et Suisei, à la rencontre de la comète de Halley. Les deux sondes survolent la comète en 1986 à très grande distance (respectivement 7 millions et 150 000 km). 9.4 La sonde Giotto En 1985, c'est au tour de la sonde cométaire Giotto, de l'Agence spatiale européenne (ESA), de partir à la rencontre de la comète de Halley. Giotto s'approche de la comète à près de 600 km de distance et fournit notamment les premières images d'un noyau cométaire. En 1992, la sonde est réactivée et redirigée vers la comète 26P/GriggSkjellerup qu'elle survole à moins de 200 km. 9.5 La collision de la comète Shoemaker-Levy 9 avec Jupiter En 1994, le télescope spatial Hubble -- ainsi que la sonde spatiale américaine Galileo en route vers Jupiter -- observent un événement rare dans le Système solaire : la collision d'une comète (la comète P/Shoemaker-Levy 9) avec une planète (Jupiter). En fait, il s'est produit deux collisions entre la planète Jupiter et la comète ShoemakerLevy 9. Tout d'abord en 1992, la comète passe si près de la géante gazeuse qu'elle se brise en libérant une vingtaine de fragments. Les astronomes observent alors un rayonnement intense dans la haute atmosphère de Jupiter et prévoient le crash des fragments de la comète avec la planète deux ans plus tard. Effectivement, en 1994, l'événement a bien lieu et est étudié par différents observatoires depuis le sol terrestre (observatoire de La Silla, observatoire du pic du Midi, etc.) et dans l'espace (Hubble, Galileo), dans toutes les longueurs d'onde (en particulier les ondes radio, l'infrarouge, l'ultraviolet). Par ailleurs, le crash de cette comète sur la géante gazeuse confirme la théorie de l'influence gravitationnelle de Jupiter au-delà de l'orbite de Saturne. 9.6 La sonde Deep Space 1 Lancée en 1998 par la NASA, la sonde Deep Space 1, dont l'objectif principal est de tester son moteur à propulsion ionique, effectue avec succès un survol rapproché de la comète Borelly (à environ 2 200 km) en 2001. 9.7 La sonde Stardust La sonde américaine Stardust, lancée en 1999, survole la comète 81P/Wild 2 en 2004. La sonde effectue différentes mesures in situ (mesure du flux de particules, etc.) et collecte des poussières dans la queue de la comète. Le retour sur Terre de la sonde et des échantillons de poussières cométaires est prévu au début de l'année 2006. 9.8 La sonde Rosetta La sonde européenne Rosetta, initialement destinée à l'étude de la comète 22P/Wirtanen, est finalement lancée en 2004 vers une nouvelle cible : la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, qu'elle doit atteindre en 2014. 9.9 La sonde Deep Impact Lancée en janvier 2005, la sonde spatiale américaine Deep Impact atteint sa cible, la comète 9P/Tempel 1, en juillet de la même année. L'objectif principal de la sonde est de lancer un projectile de 370 kg sur le noyau de la comète afin de préciser la composition du coeur des comètes. Sous la violence du choc (le projectile ayant percuté la comète à 37 000 km/h), un énorme nuage de poussières s'est formé. Il reste maintenant à la sonde Deep Impact et aux observatoires terrestres à analyser ces débris, possibles vestiges de la formation du Système solaire il y a environ 4,5 milliards d'années. 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