un superbe poster de synthèse

Les comètes
Mercure
Venus
Terre
Mars
Astéroïdes
Jupiter
Saturne
Uranus Neptune
Pluton et
objets TansNeptuniens
Images © ESA, NASA, JAXA ou auteurs référencés
Nicolas Biver (Observatoire de Paris, Société Astronomique de France, Magnitude78)
II Le phénomène de comète
I Formation du Système Solaire, Origine et Trajectoire des comètes
Notre Soleil s'est allumé il y a 4.567 Milliards d'années et dans le million d'années qui a suivi se sont
formés les premiers planétésimaux, de quelques km de diamètre. Les noyaux cométaires font partie de
ces résidus de la formation des planètes, comme les astéroïdes. Tous les planétésimaux formés au-delà
de Jupiter et non accrétés pour former des planètes et leurs satellites, sont des objets riches en glace
d'eau. Il se sont retrouvés "conservés au froid" depuis dans deux réservoirs de comètes:
(1) Du fait du champ de gravité important des planètes
géantes Jupiter à Neptune, les objets restant dans leur
environnement après leur formation (il y a 4.55 à 4.45
Milliards d'années) ont été éjectés dans toutes les directions
de l'espace. Une partie sont restés liés au Soleil aux confins
du Système Solaire, là ou le champ de gravité du Soleil
s'équilibre avec celui des étoiles voisines ou de passage: dans
le Nuage de Oort à environ 50000 UA. On estime qu'il
contient près de 1012 comètes de plus 5 km de diamètre. Elle
sont parfois amenées à revenir vers le Soleil sur une
trajectoire très allongée (quasi parabolique) parcourue en
quelques millions d'années et d'inclinaison quelconque. Après
plusieurs passages, leur orbite peut être raccourcie en une
10000 UA
Nuage de Oort
ellipse encore très allongée mais décrite en quelques dizaines
à milliers d'années. La comète de Halley revient ainsi tous les
76 ans.
(2) Les objets qui étaient au-delà des planètes géantes
forme la ceinture de Kuiper (dont fait partie Pluton). Ils
sont restés à plus de 30 UA du Soleil depuis des milliards
d'années aussi, mais lors du phénomène ayant provoqués le
grand bombardement tardif (LHB), plus de 99% de ces
Famille de Jupiter
objets ont été perdus (voir VI). Une partie des objets de
cette ceinture sur des orbites plus allongées peut être
amenée à être précipité vers l'intérieur du système solaire
en passant près de Neptune,…, Jupiter. Ces comètes
voyagent dans le même plan (écliptique) que les planètes et
Ceinture de Kuiper
sont fortement influencées par Jupiter: ces "comètes de la
10 UA
famille de Jupiter" se retrouvent sur des orbites courtes
décrites en 5 à 15 ans.
III Les noyaux des comètes
Les noyaux des comètes sont bien souvent trop petits (moins de 1km à près de 100km de diamètre)
pour être étudiés depuis la Terre. De 1986 à 2011, des missions spatiales ont permis de prendre des
images rapprochées de 5 noyaux, des comètes périodiques: Halley, Borrelly, Tempel 1, Wild 2 et
Hartley 2
Pour les points communs, ces noyau
sont
tous
très
sombres
(réfléchissent seulement 3-5 % de
la lumière du soleil, comme le
charbon) et peu denses (sans doute
moins de 0.5g/cm3, moins que la
glace d'eau et doivent être assez
poreux). Mais sinon leurs aspect
extérieurs les différencient tous:
l'un est saturé de cratères, un autre
présente des zones très variées,
lisses, cratère d'impact, falaises,…
et troisième ne présente pas de
cratère mais un amoncellement de
blocs,…
p+
e-
Na
p+
photons
3Ferue Beethoven
75016 PAris, France
[email protected]
Tel.: 33 (0)1 42 24 13 74
photons
e
photons
e-
e-
Queue
d'ions
+
CO
C O+
+
O
H H
Queue de poussières
photons
photons
p+
photons
Vent solaire:
e- , p+
300-800 km/s
Une comète, c'est un noyau de glace
et de poussières (Une "boule de
neige sale" qui peut simplement être
aussi un rocher un peu glacé) qui
voyage sur une orbite autour du
soleil très allongée. Mais cette
trajectoire
l'amène
à
passer
suffisamment près du soleil (moins
de 6 à 1.5 UA) pour que la glace se
"sublime" (passe directement à
l'état de vapeur dans le vide) et en
entraînant
aussi
une
grande
quantité de poussière forme une
nébulosité autour du noyau (la
"chevelure" ou "coma") et rende
ainsi la comète visible.
Le soleil va (1) par son rayonnement
agir sur les poussières et (2) par le
vent solaire (ions et électrons qui
s'échappent à grande vitesse du
soleil) entraîner les molécules ionisées
de la chevelure, pour former les
queues de la comète sur plusieurs
millions de km.
IV La composition des comètes
C/2004 Q2 (Machholz) – © C. Buil
Les mesures in-situ par les sondes spatiales, mais surtout les mesures à distance aux longueurs
d'ondes infrarouge à radio ont permis de mesurer dans une cinquantaines de comètes les molécules
présentes autour de leur noyau. Ces mesures permettent de déterminer quelle quantité de molécules
s'échappe des glaces du noyau et de comparer à la quantité de vapeur d'eau émise. Plus de 20
molécules différents ont été identifiées. La glace d'eau, suivie de celle de monoxyde ou dioxyde de
carbone pour 1 à 20%, sont les principaux composants. Les autres composés ne représentent pas plus
de quelques % par rapport à l'eau mais ne sont pas pour autant des molécules très fréquentables
(toxiques sur terre): alcool méthylique, ammoniaque, hydrogène sulfureux, dioxyde de soufre,
formaldéhyde, acide cyanhydrique…!
Outre de la glace, les noyaux
cométaire
renferme
des
matériaux plus réfractaire: il
s'agit
de
la
composante
"poussières" lorsqu'elle quitte le
noyau, composées de silicates
(comme nos roches) mais aussi
matières carbonés plus complexe
(comme la suie,…) probablement
responsable du caractère sombre
du matériaux cométaire.
De plus certains émettent du gaz en faible quantité que par une toute petite partie de la surface
tandis que d'autres présentent une multitude de jets de gaz et poussières et même un nuage de boules
de neiges entrainées par ces jets. Ces petits objets ont aussi des formes très variées sont très
fragiles et il arrive souvent qu'ils se brisent en morceaux dans un sursaut d'activité. En fait il n'existe
pas deux comètes pareilles et on observe une très grande variété de comportement.
73P-G/S.W.3 se fragmente (HST)
VI L'origne de l'eau sur Terre et la contribution des comètes
V La découverte et l'observation des comètes
De tradition et selon les règles de l'Union Astronomique Internationale, le ou les premiers à
découvrir une nouvelle comète lui donnent leur nom. De nos jours près d'une cinquantaine de comète
encore jamais vues sont découvertes chaque année, la plupart par des télescopes automatisés qui
cherchent des astéroïdes, mais parfois aussi par des astronomes amateurs expérimentés et bien
équipés.
Les gros télescopes équipés de caméra électronique
permettent d'observer plus d'une dizaine de comètes chaque
nuit Mais seules 2-3 comètes sont visibles aux jumelles chaque
année et certaines années une comète pourra être vue à l'œil
nu. En général les comètes sont brillantes lorsqu'elles se
rapprochent suffisamment de la Terre et surtout du Soleil.
Donc c'est souvent pendant des durées courtes (quelques jours,
semaines), près de l'horizon et des crépuscules qu'on pourra le
mieux admirer les belles comètes. Exceptionnellement une
grande comète pourra développer une telle queue de plusieurs
dizaines de degrés de long que le mieux pour en profiter sera
l'œil nu à condition de bénéficier d'un ciel bien noir dénué de
toute lumière parasite / pollution lumineuse.
6 découvreurs de comètes de 5 pays
La Comète C/2011 L4 (PanSTARRS) au
crépuscule (18 mars 2013)
 Un télescope d'amateur ayant permis de
découvrir 3 comètes en 2011-2013
Le mieux est de se renseigner auprès des amateurs qui suivent régulièrement ces belles
visiteuses (Commission des comètes de la Société Astronomique de France, club d'astronomie proches,
sites web et listes de discussions…: http://tech.groups.yahoo.com/group/comets-ml/ ,
http://fr.groups.yahoo.com/group/les_cometes/, http://comet.observations.free.fr/). )
Lexique
UA = Unité Astronomique: unité de longueur utilisé en astronomie valant 149597871 km = distance
moyenne Terre-Soleil
LHB = grand bombardement tardif: période du système solaire il y a 4 à 3.7 milliards d'années où un très
grand nombre d'astéroïdes et comètes (~1 millions de fois plus qu'actuellement) sont venus percuter la
surface des objets du système solaire. L'entrée en résonance orbitale (2:1) de Jupiter et Saturne ayant
fortement perturbé les autres orbites en est sans doute à l'origine.
Nuage de Oort: Réservoir sphérique de comètes distant de 10000 à 50000 UA du Soleil
Ceinture de Kuiper: disque d'objets glacés à 30-50 UA du Soleil, au-delà de Neptune
L'eau est un élément abondant dans l'univers: l'oxygène et le carbone sont les éléments les plus
abondants après l'hydrogène et l'hélium. Une bonne partie de l'oxygène est combiné avec
l'hydrogène, de loin le plus abondant, pour se trouver sous forme d'eau, H2O. Dans le système solaire
l'eau se trouve aussi un peu partout, que ce soit sous forme de vapeur dans les atmosphères
planétaires ou de glace dans un grand nombre d'objets froids. Mais à la formation des planètes, la
température dans la nébuleuse était trop élevée plus près du Soleil que Jupiter pour que l'eau puisse
se condenser sous forme de glace. En conséquence, tous les objets formés au niveau de Jupiter et
plus loin sont riches en eau (noyaux des planètes géantes, satellites des planètes géantes et noyaux
cométaires) mais les planètes formées plus près du soleil comme la Terre devaient être sèches.
Cependant, si nous sommes là, c'est grâce à la grande quantité d'eau, en partie sous forme liquide
dans les océans, présente à la surface. L'eau consistuerait 0.3% de la masse de la Terre (dont 1/10
dans les océans), mais quand est-elle arrivée sur Terre? Il y a au moins 3.8 milliards d'années, époque
à la quelle on date l'apparition des premières formes de vie. Cette période correspond aussi à la fin du
grand bombardement tardif (LHB) d'astéroïdes et de comètes sur les objets du systèmes solaire
(responsables des grand bassins/mers lunaires).
L'eau a pu être apportée sur Terre par de nombreux impacts d'objets riches en eau. Les
principaux scénarii en concurrence, sont:
(1) La Terre avait suffisamment d'eau dans son intérieur pour dégazer son aquifère;
(2) Un type de météorites (chondrites carbonnées primitives) suffisamment riche en eau a pu
apporter cette eau à la fin de la formation de la Terre;
(3) Les collisions avec les comètes, en grande partie composées de glace d'eau, ont apporté l'eau sur
Terre depuis la fin de la formation de la Terre jusqu'à la fin du grand bombardement tardif.
La jeune Terre a subit le bombardement d'un grand nombre de comètes, mais ont elles apporté
autant d'eau qu'on en trouve sur Terre? On estime que lors du LHB les objets glacés tombés sur
Terre ne représentent guère plus de 10% de la masse des océans terrestre, mais il peut en être
tombé bien davantage avant.
La réponse peut venir d'un élément particulier, le Deutérium (D). C'est un atome lourd
d'Hydrogène (H), présent dans la molécule d'eau et qui permet de retracer l'origine de l'eau dans le
système solaire. Depuis que les molécules d'eau se formées dans la nébuleuse proto-planétaire la
quantité de D par rapport à H dans l'eau na pas changé. Mais elle n'était pas partout la même dans le
système solaire: par exemple on trouve 3200 molécules de H2O pour une de HDO (eau semi-lourde)
sur Terre contre 1500 sur Encelade, satellite de Saturne.
Dans les comètes, ces dernières années on a pu déterminer ce rapport: le verdict: certaines
comètes, issues de la ceinture de Kuiper ont la même eau que sur Terre, d'autres, venant du nuage de
Oort comportent plus de Deutérium (H2O/HDO = 1000 à 2400). La conclusion n'est pas définitive,
mais une partie des comètes peut bien être à l'origine de l'eau sur Terre, et avoir apporté aussi un
grand nombre d'autres molécules essentielles à l'apparition de la vie.
VII La mission Rosetta
Trajectoire de Rosetta (rouge), de la
comète 67P (rose), de la Terre et Mars
(noir) et les 2 astéroïdes survolés, entre le
lancement (1) et l'atterrissage de Philae (11)
Cette mission de l'Agence Spatiale Européenne, lancée le 2 mars 2004, va se mettre en orbite autour
du noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko l'été 2014, et déposer un module "Philae" en
novembre à sa surface. Elle oscultera la comète en détail (plus de 10 expériences embarquées) jusqu'à
son périhélie et après en 2015.