latrajectoiredes cometes

TRAJECTOIRE DES COMETES
1. UN PEU D’HISTOIRE
Les comètes ont toujours suscité la terreur, et ce depuis l'Antiquité, car leur
apparition était imprévue et supposée maléfique. Leur changement d'aspect et
leur trajectoire imprévisible les confinèrent sous la sphère de la Lune, sous la
région incorruptible des cieux. Cependant ce n'était pas là la seule opinion de
l'Antiquité sur les comètes : on pensait à l'époque que c'était juste un
phénomène atmosphérique. Sénèque écrivait, dans Astronomicum : « La nature
créa ces flammes, resplendissant dans le ciel de flammes pérennes ; mais l'astre
Titane a attiré à lui avec une chaleur impétueuse les comètes flamboyantes et
les a enveloppées de son feu, et de nouveau les renvoie, comme Mercure et
Vénus. ».
Pendant la Renaissance les astronomes découvrirent que les comètes n'étaient
pas des objets « sublunaires » car n'ayant pas de parallaxe mesurable. Mais on
savait déjà que ces objets célestes étaient très éloignés, ce qui décida les
astronomes de l'époque à chercher avec précision leurs mouvements, en utilisant
les mêmes techniques que celles utilisées pour étudier les mouvements des
planètes. Par exemple Tycho Brahé intégra dans son système du monde la comète
de 1577, la situant ainsi dans les astres. Toutefois le problème de leur
déplacement n'était pas encore compris.
Johannes Kepler trouva que la trajectoire des comètes était pratiquement
rectiligne entre l'instant où elles apparaissent et l'instant où elles disparaissent
dans la lumière plus intense du Soleil (ou pendant le trajet inverse). Mais il
n'avait pas pensé que c'est la même comète qui part derrière le Soleil et
réapparaît de l'autre coté. C'est John Flamsteed qui y pensa le premier, pour la
comète de 1680-1681.
Isaac Newton étudia la même comète que John Flamsteed mais contrairement à
ce dernier il affirma qu'elle passait derrière le Soleil, ce qu'il essaya d'abord de
démontrer mais en vain. Par la suite, Newton montra que la trajectoire d'une
comète était soit parabolique soit elliptique, en utilisant les lois de la gravitation.
Edmond Halley, après avoir identifié la comète de 1682, reconstruit les autres
passages de cette comète survenue en 1541 et 1607. Il en calcula alors sa
période orbitale de 76 ans et prédit son retour pour 1758. Effectivement
l'astre, que l'on nomme maintenant la "comète de Halley", est revenu 76 ans plus
tard
2. ORIGINE ET VIE DES COMETES
Les comètes nous arrivent de deux vastes réservoirs de corps glacés, la ceinture
de Kuiper et le nuage d’Oort, qu’elles quittent un beau jour à la suite d’une
perturbation.
Nous ne savons pas comment meurent les comètes... et nous ne savons pas non
plus exactement comment elles naissent. Leur matière est volatile, elles ont donc
été créées dans les régions où la chaleur solaire est faible. La durée de vie des
comètes observées est limitée.
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 long voyage 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.
La trajectoire qu’elles suivent est soumise aux forces gravitationnelles du
Soleil. Elles décrivent une courbe conique, plus ou moins allongée et dont le soleil
occupe le foyer. La logique voudrait qu’elles suivent une trajectoire elliptique,
comme le font les planètes autour du Soleil. Il n’en est rien.
Les orbites des comètes ont des formes connues en mathématiques sous le nom
de coniques. La forme exacte de l’orbite dépend des perturbations que subit la
comète quand elle quitte les confins glacés du Système solaire.
En réalité l’ellipse n’est qu’un cas particulier de conique ; la trajectoire peut être
parabolique ou hyperbolique. Ces trois orbites diffèrent par leur excentricité,
qui mesure en quelque sorte leur écart par rapport au cercle :
- si l’excentricité est < à 1, la trajectoire est elliptique ;
- si elle est égale à 1, c’est une parabole ;
- si elle est > à 1 c’est une hyperbole.
Les astronomes estiment qu’un peu moins de la moitié des comètes ont des
trajectoires paraboliques et 15% des trajectoires hyperboliques. Les autres ont
des orbites elliptiques et sont dites périodiques car elles reviennent de manière
régulière.
3. INFLUENCES SUR LA TRAJECTOIRE DES COMETES
Si les comètes peuvent prendre autant de trajectoires différentes, c’est en
grande partie à cause des perturbations gravitationnelles qu’elles subissent sur
leur route. En plongeant vers le système solaire, elles s’approchent des planètes.
Des astronomes ont mis en évidence plusieurs dizaines de comètes à orbite
hyperbolique dont la trajectoire était elliptique avant leur passage à proximité
des planètes. Ces comètes là quitteront le système solaire à jamais.
En effet, les comètes, comme tous corps, sont soumises aux forces d'attraction
gravitationnelles. Seul le soleil est assez massif pour avoir une influence
constante et non négligeable sur les corps qui traversent le système solaire. En
première approximation, le soleil est donc le seul corps à exercer une attraction
gravitationnelle sur les comètes. C'est cette approximation qui permet de se
ramener à un problème à deux corps et aux lois de Kepler.
Cependant, il arrive que les comètes
frôlent un autre corps massif tel
qu'une planète. Leur trajectoire peut
alors se voir déviée par ce corps.
C'est le cas notamment lorsqu'une
comète passe à proximité de Jupiter,
qui est la planète la plus massive du
système solaire. L'orbite de la
comète peut alors être perturbée et
passer d'une période longue à une
période courte et inversement. Ainsi,
en 1963, la comète P/Oterma a vu sa
période passer de 8 à 19 ans. Jupiter,
la plus massive de toutes, exerce une
forte influence. Ainsi, lors de son
passage près de la géante, la comète Brooks vit sa période de révolution passer
de 31 à 7 ans !!!
Dans les cas les plus extrêmes, la comète peut se faire piéger par le champ
gravitationnel d'une planète. C'est ce qui est arrivé à la comète Shoemaker-Levy
9, découverte en 1993, qui s'est fait piéger vers 1929 par la planète Jupiter.
Elle à alors décrit une orbite autour de cette planète, s'est fragmentée en 1992
en une vingtaine de morceaux qui ont fini par percuter Jupiter en 1994.
Les comètes subissent enfin des perturbations non gravitationnelles lorsque leur
noyau, chauffé par les feux du soleil, éjecte de la matière sous forme de petits
jets. Ce mode de propulsion, analogue à celui d’une fusée, peut les amener à
dévier considérablement de leur route initiale.
4. CHEVELURE DES COMETES
La comète, au cours de son évolution, fond sous l'effet des rayonnements
solaires. Cette perte de matière est à l'origine de la formation de la queue de la
comète. On ne sait pas évaluer l'impact de cette perte de matière sur la
trajectoire. On sait que plus l’éclat est important, plus la comète est massive.
Mais on ne peut évaluer que les variations d'éclat, et non la masse du noyau,
celui-ci étant caché par les débris qui forment la queue.
On a évalué que le noyau d'une comète moribonde à un diamètre de l'ordre de 2
kilomètres. On estime que le diamètre du noyau des comètes les plus brillantes
varie entre 10 et 20 kilomètres soit une masse comprise entre 1012 et 1017 kg (un
milliard de fois moins que la masse de la terre et 300 milliards de fois moins que
celle de Jupiter).
A cause de cette perte de matière, la durée de vie des comètes au sein du
système solaire est éphémère. D'ici 10 000 à 1 million d'années, les comètes que
l'on observe aujourd'hui auront toutes disparu.
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. 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
un 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.