Comète

vignette|redresse|La comète Hale-Bopp en 1997.

Une comète (stylisée en symbole astronomique 16px|Symbole astronomique d'une comète., Unicode ☄) est, en astronomie, un petit corps céleste constitué d'un noyau, mélange de glace et de poussière. Elle peut être en orbite plus ou moins elliptique autour d’une étoile, ce qui l'amène périodiquement près de cet astre, ou au contraire ne s'en approcher qu’une unique fois (par exemple, si elle suit une trajectoire hyperbolique ou si elle se désintègre en passant trop près de l’étoile). Lorsqu'une comète franchit la ligne des glaces, située à environ trois unités astronomiques du Soleil dans le Système solaire, ses substances volatiles (dont la glace d'eau), échauffées par la proximité de l'astre, se subliment et des jets sont expulsés, qui mélangent des gaz et de la poussière entrainée par ceux-ci. La matière éjectée génère une atmosphère ténue autour du noyau (la chevelure ou coma). Soumis à l'action de la pression de rayonnement de l’étoile et du vent stellaire, ces matériaux forment dans le voisinage de la comète deux queues de plasma et de poussières longues de plusieurs millions de kilomètres. La chevelure de la comète disparait dès que la comète s'éloigne de l'étoile.

Sur Terre, les comètes sont parfois visibles à l’œil nu de nuit, voire de jour pour les plus brillantes.

Dans le cas des comètes qui orbitent le Soleil, leurs aphélies (point le plus distant d’une orbite héliocentrique) sont généralement situés dans les régions les plus éloignées du Soleil : système solaire externe pour les comètes de la famille de Jupiter et de celle de Halley à une distance comprise entre 5 et astronomiques ( = de kilomètres), et nuage d'Oort pour les comètes à longue période à une distance comprise entre (voire ) unités astronomiques du Soleil. Ces objets célestes de petite taille (entre quelques centaines de mètres et quelques dizaines de kilomètres de diamètre) peuvent mettre plusieurs millions d'années pour boucler une orbite. Les astronomes en ont recensé environ (2024), mais compte tenu de la durée de la période orbitale de la plupart d'entre eux, il en existe sans doute des millions dans le Système solaire.

En s'approchant de son étoile, une comète est soumise à différentes forces : vent stellaire, pression de rayonnement, forces gravitationnelles des planètes (en particulier des planètes géantes, telle Jupiter dans notre système solaire) ainsi que celle de l'étoile, et forces de réaction produites par l'expulsion des jets de gaz et de poussière, qui rendent souvent son orbite instable à long terme. Peu dense (environ la moitié de la densité de l'eau) et constituée d'un empilement de blocs faiblement liés, une comète peut, sous l'action de ces forces, connaître une fin prématurée par éclatement ou s'écraser sur une planète, ou encore être expulsée du système solaire si son orbite est quasi parabolique. Dans tous les cas, une comète n'est pas immuable car l'activité qui la caractérise repose sur la présence d'un stock de glace d'eau. Lorsque celui-ci s'est épuisé après un nombre variable de passages près du Soleil, la comète, qui est alors dite éteinte, présente la plupart des caractéristiques d'un astéroïde.

Depuis le début de l'humanité, les comètes, phénomènes célestes à la fois spectaculaires et apparemment aléatoires, ont frappé les esprits, ce qui permet de disposer de témoignages écrits chinois datant de plus de . Dans les temps anciens, on considérait souvent qu'une telle apparition était le précurseur de cataclysmes. À l'époque moderne, les passages les plus spectaculaires ont déclenché des mouvements de panique liés à la crainte d'une collision avec la Terre. La connaissance de l'orbite et de la nature des comètes émerge grâce aux travaux, entre autres, de Newton et Halley. Ce dernier parvient pour la première fois à prédire en 1705 la date du retour de la comète qui porte son nom. Le noyau cométaire, petit et masqué par la chevelure lorsqu'il est à portée des télescopes, est difficile à observer. Il faut attendre l'ère spatiale pour obtenir des données plus précises dont l'intérêt scientifique est jugé très important : les comètes sont considérées comme des vestiges quasi inaltérés de la formation du système solaire et on leur attribue par ailleurs un rôle clé dans la présence d'eau sur Terre ainsi que dans l'apparition du vivant sur notre planète. Parmi les dix missions spatiales ayant survolé une comète, trois ont permis des avancées scientifiques particulièrement importantes : Giotto réalise les premières images d'un noyau cométaire, Stardust ramène sur Terre un échantillon de la chevelure d'une comète et Rosetta est la première sonde spatiale (et la seule d'ici la fin de la décennie 2020) à se placer en orbite autour d'une comète, permettant de découvrir l'ensemble du cycle d'activation et d'effectuer un nombre considérable de mesures remettant en question certaines hypothèses scientifiques.

Étymologie

Le mot comète vient du grec ancien , , qui signifie « astre chevelu ». Il est employé en ce sens chez AristoteAristote, Météorologiques, livre I, 6. et chez Aratos de Soles dans son poème sur l'astronomie, Les PhénomènesAratos de Soles, Phénomènes, vers 1092..

Définition vignette| Diagramme d'Euler situant les comètes parmi les principales catégories d'objets du Système solaire.

Lors de la naissance d'une étoile, la ligne des glaces sépare la région interne du système planétaire (proche du proto-soleil), dans laquelle la température est trop élevée pour que la glace d'eau reste à l'état solide et ne se sublime pas de la région externe où la glace d'eau peut persister. De nos jours et dans notre système solaire, cette ligne se situe à environ trois unités astronomiques du Soleil (au milieu de la ceinture d'astéroïdes). Les petits corps situés à l'extérieur de cette ligne des glaces comprennent une proportion importante de glace d'eau alors que les corps situés en deçà en sont pratiquement dépourvus. L'orbite de la plupart des corps du système solaire est pratiquement circulaire et donc entièrement située soit d'un côté soit de l'autre de cette ligne. Les comètes sont des petits corps constitués d'un agglomérat de poussière et de glace d'eau (et d'autres volatils) qui font exception à cette règle car ils se caractérisent par une orbite elliptique à cheval sur cette ligne. Lorsqu'ils la franchissent en se rapprochant du Soleil, la glace d'eau subit un échauffement, se sublime et est éjectée en entrainant la poussière, formant une queue longue de plusieurs millions de kilomètres. Ce phénomène s'interrompt lorsque la comète s'éloigne du Soleil. Le passage près du Soleil épuisant relativement rapidement le stock de la glace à l'échelle de l'histoire du système solaire, la comète circulait à l'origine en permanence au-delà de la ligne des glaces et était inerte. Son accession au statut de comète résulte d'une modification de son orbite sous l'influence gravitationnelle d'autres corps du système solaire ou de la Galaxie.

Sur le plan de la nomenclature, les comètes sont rangées avec les astéroïdes dans la catégorie des petits corps du système solaire. L'émission périodique de gaz et de poussière et son origine à l'extérieur de la ligne des glaces sont ce qui distingue principalement une comète d'un astéroïde. Mais la découverte relativement récente d'astéroïdes dits actifs orbitant en permanence à l'intérieur de la ligne des glaces et produisant parfois des jets de gaz et de poussière a contribué à brouiller la ligne de démarcation entre ces deux types de petits corps.

Description

Une comète se compose essentiellement de trois parties : d'une part le noyau solide et d'autre part la chevelure (ou coma) et les queues qui n'apparaissent que lorsque la comète est proche du Soleil. L'ensemble formé par le noyau et la chevelure constitue la tête de la comète.

Noyau

Les caractéristiques du noyau cométaire sont difficiles à obtenir. Sa petite taille le rend difficile à observer à grande distance et lorsqu'il se rapproche de la Terre et que les télescopes terrestres deviennent capables d'obtenir des images ayant une résolution spatiale plus satisfaisante, la chevelure qui l'entoure le masque au moins en partie. Les données dont on dispose reposent en partie sur des modèles théoriques consolidés par la dizaine de missions spatiales ayant pu effectuer des observations in situ du noyau en le survolant ou en se plaçant en orbite (mission Rosetta).

Morphologie vignette|Noyau de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko photographié par la sonde spatiale Rosetta de l'Agence spatiale européenne mettant en évidence la forme bilobée et la structure tourmentée de la surface.

Le noyau des comètes est de petite taille. Les 200 comètes dont le noyau a pu être mesuré (à date de 2022) ont un diamètre allant de quelques centaines de mètres à quelques dizaines de kilomètres. Alors que les comètes de la famille de Jupiter ont une taille inférieure à cinq kilomètres, les comètes circulant sur des orbites plus larges (comètes de la famille de Halley et comètes à longue période) ont un diamètre en moyenne plus important. La comète à longue période Hale-Bopp, dont le noyau fait de diamètre, est la plus grande jamais observée.

La période de rotation est compris selon les comètes entre . Des variations de cette période, comprises entre quelques secondes et quelques heures, ont été observées dans une douzaine de cas. Ces variations ont pu être observées directement par la mission Rosetta qui a mis en évidence qu'elles étaient provoquées par les jets de matériau induits par le processus de sublimation à l'approche du Soleil.

Comme les astéroïdes, la masse des comètes est insuffisante pour que la gravité l’emporte sur les forces de cohésion ce qui exclut une forme sphérique. La forme du noyau des comètes n'a pu être observée de manière détaillée que dans une quinzaine de cas. Pour les autres comètes, seul le rapport entre longueur et largeur a pu être évalué de manière indirecte. Le rapport longueur sur largeur s'échelonne entre environ 1 et 3 avec un pic situé entre 1,5 et 2. Par rapport aux autres objets mineurs on observe une proportion anormalement élevé de corps bi-lobés (dont la comète observée par la mission Rosetta) ce qui semble indiquer un processus de formation ou d'évolution particulier.

La densité du noyau cométaire est faible, en moyenne , soit moins de la moitié de la celle de l'eau, et sa porosité est élevée (70 à 80 %). Ces données suggèrent que le noyau est constitué d'un empilement de blocs peu dense unis par des forces de cohésion peu importantes. Les mesures directes effectuées par l'atterrisseur Philae de Rosetta, corroborées par des mesures indirectes d'autres comètes, indiquent une densité plus importante en surface qu'à l'intérieur de la comète. La densité de l'intérieur reflèterait l'état originel de la comète tandis que la surface aurait été compactée par différents processus physiques.

Composition

Les observations effectuées à distance à l'aide de télescopes par spectroscopie et les mesures effectuées à proximité par plusieurs missions spatiales indiquent que le noyau cométaire est un corps solide constitué pour moitié de glaces (essentiellement d'eau, ainsi que de monoxyde de carbone, dioxyde de carbone, méthane, éthane, acétylène) et pour moitié de matières météoritiques agglomérées (modèle dit de la proposé par Fred Whipple en 1950, proposé par Michael J. Belton à la suite de la mission ). Ces glaces se subliment (lorsque la comète est à une distance d'une à trois unités astronomiques du Soleil) sous l'action du rayonnement solaire et donnent naissance à la chevelure, puis aux queuesOlivier Groussin, À la rencontre des comètes, conférence du Bureau des longitudes, 6 avril 2011..

Chevelure

vignette|Structure de la comète 17P/Holmes vue dans l'infrarouge par le télescope spatial Spitzer.