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Les COMÈTES
icebergs du ciel

Les comètes sont observées uniquement lorsqu'elles se trouvent près du Soleil, et leurs orbites sont très elliptiques. On a pu dégager l'existence de deux types de comètes : d'une part, celles qui ne s'aventurent pas au delà de l'orbite de Jupiter, se déplacent dans le même sens que les planètes et dont les plans orbitaux se trouvent à quelques dizaines de degrés de l'écliptique (les comètes de "petite période"), et d'autre part, les comètes de "grande période", dont les plans orbitaux sont inclinés de façon complètement arbitraire et qui peuvent s'éloigner à de très grandes distances du Soleil.
Ces informations dynamiques sont obtenues par le calcul d'après les observations effectuées quand les comètes se trouvent dans le voisinage du Soleil : au-delà de l'orbite de Mars, on ne les voit plus guère.
 
La comète Kohoutek (ici en 1974) fut la première a être étudiée en détail.
 

Astres chevelus.


La chevelure d'une comète commence à "pousser" quand elle se trouve un peu au-delà de la distance de Mars, soit à environ trois fois le rayon orbital terrestre. Selon le modèle le plus en vogue, la chaleur croissante du Soleil provoque la sublimation d'une matière solide volatile, peut-être de la glace. Ainsi se forme une enveloppe gazeuse, composée de molécules qui ont été piégées dans le milieu ainsi que des poussières qui sont entraînées par les molécules qui s'échappent. Les poussières réfléchissent la lumière solaire, et nous observons une coma (chevelure), de couleur typiquement jaunâtre. Cette "atmosphère" cométaire n'est pas liée au corps central, dont la masse est trop petite pour retenir par gravité des poussières et des gaz. Néanmoins, elle se comporte à bien des égards comme une atmosphère planétaire. En particulier, elle interagit avec le rayonnement ultraviolet du Soleil, ce qui provoque la destruction de certaines molécules et la formation d'autres. La radioastronomie et l'astronomie dans l'ultraviolet nous ont permis la mise en évidence, dans l'environnement cométaire, de molécules comme OH, CN, HCN, CO, etc.
Comme dans les atmosphères planétaires, les molécules complexes se trouvent plutôt près du corps central et les molécules simples vers l'extérieur. Le tout est entouré d'une immense enveloppe d'hydrogène dont la taille peut dépasser celle du Soleil.
 
La comète Ikeya-Seki (1965).
 

Astres imprévisibles...


La structure et l'évolution de "l'atmosphère" d'une comète permettent de comprendre un phénomène insolite. Le grand succès de la théorie de la gravitation universelle était son pouvoir de prévision. Grâce à cela, les comètes sont entrées dans la classe des corps prévisibles. C'est du moins ce qui est généralement affirmé. Or, il n'en est pas tout à fait ainsi. Les mouvements orbitaux des comètes ne sont pas entièrement prévisibles. Les écarts par rapport aux calculs de la mécanique rationnelle sont petits, heureusement. Ils étaient indécelables à l'époque où la gravitation universelle prenait ses racines, mais ils existent, et ils ne peuvent pas être entièrement attribués aux effets perturbateurs des autres planètes. La variation de la période orbitale de la comète de Encke a été constatée depuis sa découverte. Elle est faible, de quelques heures seulement, mais indéniable et elle a été reconnue vers le début du 19ème siècle. La chaleur du Soleil ne peut, en principe, vaporiser que les gaz de la face cométaire dirigée vers lui. Mais supposons que la comète possède aussi une rotation autour d'un axe : dans ce cas, la partie réchauffée sera entraînée dans la direction de rotation. Or, l'évasion des gaz de la surface cométaire produit une force de réaction (exactement comme l'échappement des produits de combustion d'une fusée provoque son mouvement). La comète sera donc soumise à une petite force dirigée dans la direction de son mouvement orbital, ou à l'opposé, selon la direction de rotation. La comète sera alors accélérée ou freinée en conséquence et sa période orbitale va changer progressivement. Comme toutes les comètes ne tournent pas nécessairement dans le même sens, et comme leurs périodes de rotation peuvent être différentes les unes des autres, on voit que les périodes orbitales de certaines comètes seront augmentées, et les périodes orbitales de certaines autres, diminuées.
Encore faut-il supposer que, de temps à autre, l'axe de rotation d'une comète puisse changer d'orientation pour expliquer qu'apparemment elle ait été successivement accélérée et freinée. Dans la mesure où une comète perd de la matière en permanence, cela ne serait pas trop étonnant.
 
La comète West (1976).
 

Un attribut caractéristique.


Le vent et le rayonnement solaires provoquent un autre phénomène. Les constituants de l'enveloppe cométaire sont "repoussés" vers l'arrière de la comète. Ainsi se forme la queue caractéristique. Il y a deux composantes : les poussières et les molécules, dont certaines ont perdu des électrons et sont devenues des ions. La queue de poussière, qui réfléchit la lumière solaire sans en émettre, est souvent jaunâtre. Par contre, les ions émettent des couleurs caractéristiques, souvent bleuâtres, à cause de l'émission de l'ion de monoxyde de carbone (ces deux composantes ne sont pas nécessairement confondues). La masse des grains de poussière est relativement élevée et leur vitesse est donc assez faible, par conséquent, si la vitesse de la comète n'est pas orientée à peu près dans la direction du Soleil, les poussières peuvent "traîner", et donner ainsi une queue courbe. Par contre les constituants ionisés ont des masses beaucoup plus faibles. Leurs vitesses sont grandes et donc leurs directions s'alignent mieux avec la direction du Soleil. C'est un peu comme le filet d'eau qui surgit d'un tuyau d'arrosage : si la vitesse d'écoulement est grande, le jet suit de près les mouvements du tuyau, tandis que si sa vitesse est faible, il traîne. De plus, les particules chargées interagissent avec le champ magnétique interplanétaire et l'on observe souvent une structure fine très complexe et même variable.
Parfois, il arrive que la queue de particules ionisées se détache physiquement de la comète. Ces phénomènes électromagnétiques se retrouvent dans les atmosphères planétaires.
 
Le noyau de la comète de Halley approché par la sonde Giotto (1987).
 

Les traces des comètes.


Ainsi, une comète perd un peu de sa masse à chaque passage près du Soleil sous forme de poussières qui se disposent le long de l'orbite cométaire. Si la Terre traverse une telle orbite, ces poussières vont entrer dans l'atmosphère et s'y consumer : on voit des étoiles filantes. La correspondance entre les comètes et les petites météorites est suggérée par la régularité des chutes des étoiles filantes. On a même pu identifier certaines chutes avec des comètes bien particulières. Bien sûr, chaque comète ne donne pas nécessairement lieu à des étoiles filantes, encore faut-il que son orbite coupe celle de la Terre. De façon générale, toute comète va contribuer à un "fond" de poussières interplanétaires qui se manifeste, en particulier, par le phénomène de la "lumière zodiacale". Il s'agit de la lumière réfléchie par un disque de poussières dispersées autour du plan de l'écliptique. En 1983, le télescope infrarouge du satellite IRAS avait détecté, par son émission thermique, le "débris" d'une comète sous forme d'une traînée poussiéreuse très longue. Cette découverte représente la première preuve directe d'une liaison entre les poussières interplanétaires et les comètes.

Les méfaits de l'âge.


Tôt ou tard, après un nombre suffisant de passages près du Soleil, toute comète va perdre son stock de matière volatile : ses cheveux ne vont plus pousser. Que devient-elle alors ? Nous ne le savons pas. Nos observations ne portent que sur l'environnement cométaire immédiat, nous n'avons même pas d'estimation directe de la masse d'une comète. Il se peut que la matière volatile entoure un noyau de poussières et de rochers de quelques kilomètres de diamètre ; dans ce cas, quand la couche externe est perdue, la comète deviendra un corps plus "ordinaire", un petit astéroïde, par exemple, ou une grande météorite. Il est intéressant de constater que les orbites des comètes de courte période ressemblent à celles des astéroïdes de la famille Apollo. Y a-t-il un rapport physique entre ces objets ? Dans ce contexte, IRAS a peut-être fait une autre découverte de première importance. Le satellite a détecté, par son émission thermique, un petit corps (diamètre de quelques kilomètres) qui semble avoir une orbite assez voisine de celle des météorites qui sont responsables des étoiles filantes de décembre (les Géminides). Le périhélie de l'orbite est à l'intérieur de l'orbite de Mercure, et nous avons ici peut-être la première "comète chauve".
Seule une mission spatiale pourrait nous donner des renseignements plus précis sur la nature de ces comètes. Dans ce but, trois missions étaient prévues à l'occasion du "retour", en 1985, de la comète de Halley.
 
La comète Hale-Bopp (1997) dans le collimateur du Télescope Spatial Hubble.
 

Les mystères de la naissance.


Nous ne savons pas comment meurent les comètes... et nous ne savons pas non plus comment elles naissent. Leur matière est volatile : donc elles ont été créées dans les régions où la chaleur solaire est faible. La durée de vie des comètes observées est limitée. Il existe donc à la périphérie du système solaire un stock de comètes, dont nous observons les quelques membres qui s'aventurent près du Soleil. Leurs orbites traversent le système solaire, donc, elles sont fortement perturbées par les forces gravitationnelles des planètes géantes, et surtout par Jupiter, et il est difficile de savoir d'où viennent exactement les comètes de très longue période... Nous savons seulement qu'elles doivent venir de très loin. Cela suggère un scénario. Autour du système solaire gravite un vaste nuage de comètes - ce que l'on a appelé le nuage de Oort : leurs orbites ont des dimensions énormes (cinquante mille fois le rayon orbital terrestre) et leurs périodes sont donc très grandes aussi.
Normalement, ces comètes vivent dans l'anonymat complet et ne pénètrent pas dans le système solaire, mais, de temps à autre, grâce à la perturbation gravitationnelle des étoiles voisines, quelques comètes sont déviées vers le Soleil et commencent leur longue chute vers la chaleur... et la célébrité. Certaines vont ensuite revenir à une existence anonyme, d'autres seront peut-être perturbées par les planètes géantes pour devenir des comètes plus régulières... et peut-être quelques-unes deviendront-elles des comètes de courte période.

Un témoignage incertain.


Comètes et astéroïdes, astres chevelus et astres chauves : voilà, peut-être, des reliquats d'une époque très ancienne où la matière du système solaire avait commencé à s'agglomérer. Mais pourquoi alors occupent-ils des régions différentes ? Il semble naturel de supposer que le processus, quel qu'il soit, de formation planétaire, ait créé aussi une multitude de petits corps, et cela partout où se trouvent aujourd'hui les planètes. Leurs orbites auraient pu être quelconques, traversant le système solaire selon des orbites très elliptiques, par exemple, et passant à proximité des planètes en voie de formation. Or, le passage d'un corps près d'une planète perturbe son mouvement et en change l'orbite. Si la nouvelle orbite le renvoie plus près de la planète, le mouvement est modifié davantage, et il en est bien sûr de même si le corps est renvoyé dans le voisinage d'une autre planète. Ainsi, on voit que l'apparition de planètes massives au sein d'un ensemble de petits corps modifie l'évolution ultérieure de ces derniers : ceux-ci se trouvent envoyés ici et là, certains entrant en collision avec les planètes, et d'autres étant peut-être éjectés complètement du système solaire. Les planètes auraient alors "balayé" leur environnement... mais même une armée de balayeurs laisse inévitablement des coins crasseux, à l'abri des balais, et où s'accumule la poussière.
La ceinture d'astéroïdes, entre Mars et Jupiter, représente-t-elle un des endroits relativement à l'abri des perturbations gravitationnelles des planètes ? Qu'elle ne le soit pas entièrement est suggéré par la distribution non uniforme des astéroïdes dans la ceinture. En réalité, la ceinture d'astéroïdes est plutôt un ensemble d'anneaux concentriques, les trous entre les "anneaux" étant attribués à l'influence gravitationnelle de Jupiter. Où sont les autre régions "poussiéreuses" ? La périphérie du système solaire en est une, évidemment. Le nuage cométaire hypothétique de Oort serait-il une conséquence des perturbations gravitationnelles anciennes ? Selon cette interprétation, les comètes qui n'avaient pas été éjectées aux confins du système solaire se seraient retrouvées animées de mouvements chaotiques à l'intérieur, et seraient entrées en collision tôt ou tard avec les planètes telluriques en formation, contribuant par l'apport de leur matière volatile à la formation d'atmosphères embryonnaires. Y a-t-il une corrélation entre la teneur en gaz comme l'argon des atmosphères planétaires et celle de la matière cométaire ?
 
L'orbite de la comète de Halley dans le système solaire.
Voir "les lois de l'univers" pour quelques calculs simples sur Halley en application de la 3ème loi de Kepler.
 

Il reste du boulot...


Dans l'Antiquité, les mystiques prétendaient trouver des traces d'avenir dans les comètes et les météorites, mais les physiciens et les savants d'aujourd'hui savent que ces phénomènes contiennent les clés de la compréhension du passé, même si le sens de l'ensemble nous échappe encore.

Corrélats :
Le nuage de Oort.
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