Le noyau

L'hypothèse de constitution du noyau la plus communément admise et confirmée par les récentes expériences spatiales de spectroscopie, est qu'il serait un corps solide constitué pour environ moitié de glaces (essentiellement d'eau, puis de monoxyde de carbone, dioxyde de carbone, méthane, éthane, acétylène) et environ moitié de matières météoritiques agglomérées (modèle dit de la « boule de neige sale » proposé par Fred Whipple en 1950, « modèle en couche » proposé par Michael J. Belton à la suite de la mission Deep Impact). Ces glaces se subliment (lorsque la comète est à une distance de 1 à 3 unités astronomiques du Soleil) sous l'action du rayonnement solaire et donnent naissance à la chevelure, puis aux queues^[4].

Le diamètre du noyau (non sphérique, certaines parties étant lisses, d'autres rugueuses) est estimé entre quelques centaines de mètres et quelques dizaines de kilomètres. La période de rotation va de 5 à 70 heures^[4].

Le noyau de la comète de Halley est de forme oblongue, sa plus grande dimension mesure environ 15 kilomètres, pour un volume estimé à 500 kilomètres cubes et une masse de 10¹⁴ kilogrammes, ce qui correspond à une masse volumique moyenne de 200 kilogrammes par mètre cube (un cinquième de celle de l'eau dans les conditions standards à la surface de la Terre).

La présence de molécules organiques dans les comètes est un élément en faveur de la théorie de la panspermie. Un scientifique de la NASA, Richard B. Hoover (en), prétend ainsi en 2011 avoir trouvé des bactéries fossiles extraterrestres dans des comètes^[5], mais la NASA a pris ses distances avec ces travaux, leur reprochant un manque d'évaluation par les pairs^[6]. Les noyaux cométaires sont parmi les objets les plus sombres du Système solaire avec un albedo compris entre 2 et 7 %^[7].

La chevelure

Chevelure de la comète 17P/Holmes, prolongée à droite par sa queue ionique.

La chevelure, ou coma (mot latin de même sens), forme un halo à peu près sphérique entourant le noyau et constitué de particules neutres de gaz et de poussières issus de ce noyau. Ces particules sont libérées sous forme de jets lorsque la comète se rapproche du soleil, provoquant la sublimation des glaces du noyau^[8]. Cette chevelure est entourée d'un nuage d'hydrogène atomique produit par photodissociation d'un certain nombre d'espèces, principalement H₂O et OH^[9].

Son diamètre est généralement compris entre 50 000 et 250 000 kilomètres, avec des limites extrêmes de 15 000 et 1 800 000 kilomètres. La chevelure s'identifie fréquemment avec la tête de la comète, étant donné le faible diamètre relatif du noyau.

Les analyses du gaz de la chevelure de la comète de Halley indiquent que celle-ci contient 80 % d'eau, 10 % de monoxyde de carbone, 3 % de dioxyde de carbone, 2 % de méthane, moins de 1,5 % d'ammoniac et 0,1 % d'acide cyanhydrique.

Si la comète est suffisamment active, la coma se prolonge par des traînées lumineuses appelées queues.

Les queues

Queue bleue d'Hale-bopp, due essentiellement à l'ion CO+^[10].

Une comète importante possède en général deux queues visibles :

• une queue constituée d'un plasma, rectiligne et se maintenant à l'opposé du Soleil (comme une ombre), poussée à haute vitesse (de l'ordre de 500 km/s) par le vent solaire ; les changements de polarité du vent solaire produisent des ruptures dans la queue de plasma qui se reconstitue dans les heures qui suivent ;

Halley le 14 avril 1986.

• une queue plus large constituée de poussières poussées par la pression de radiation solaire, et incurvée dans le plan de l'orbite par la gravité du soleil. Grâce aux travaux de Michael Finson et Ronald Probstein (1968), qui ont mis en œuvre les hypothèses de Fiodor Bredikhine (1885) qui faisaient elles-mêmes suite à celles de Bessel, on peut modéliser la queue de poussières. Les trajectoires (képlériennes) des grains peuvent ainsi être analysées en fonction de la durée d'émission (synchrones) ou en fonction de leur taille (syndynes) ;

• une troisième enveloppe, invisible avec des instruments optiques, mais décelée grâce à la radioastronomie, est la queue d'hydrogène qui s'étend sur des dimensions considérables ;

• une anti-queue, constituée de gros grains qui, par effet de perspective lorsque la Terre traverse le plan de l'orbite cométaire, semble pointer vers le Soleil.

Leurs dimensions sont considérables : des longueurs de 30 à 80 millions de kilomètres sont relativement fréquentes.

Modification des éléments orbitaux

Lorsqu'une comète passe à proximité des grosses planètes (essentiellement Jupiter), elle subit des perturbations gravitationnelles qui peuvent modifier certains de ses éléments orbitaux. C'est ainsi que la comète Shoemaker-Levy 9, initialement en orbite autour du Soleil, a été capturée par Jupiter puis a finalement percuté cette dernière en 1994 parce que lors de son précédent passage, cette comète était passée suffisamment près de cette planète pour qu'à la fois son orbite soit modifiée et son noyau décomposé en une multitude d'éléments répartis le long de l'orbite.

Les éléments orbitaux d'une comète peuvent aussi être modifiés de manière non prévisible par l'activité du noyau (perturbations non gravitationnelles).

Pour ces raisons les éléments orbitaux d'une comète ne sont jamais définitifs et doivent être recalculés lors de chaque passage (dans le cas des comètes à courte période).

Paramètres de quelques comètes

Voici quelques-uns des paramètres de quelques comètes connues.

Comètes et étoiles filantes

Les essaims d'étoiles filantes (par exemple : Perséides, Orionides, Géminides) sont associés à des comètes. Les poussières perdues par une comète lors d'un passage se répartissent le long de l'orbite de celle-ci en formant une sorte de vaste nuage. S'il advient que la Terre, dans son mouvement orbital annuel, traverse un tel nuage, on assiste alors à une pluie d'étoiles filantes plus ou moins dense suivant l'activité et la nature de la comète. Ces « étoiles filantes » semblent provenir d'un même point du ciel appelé le radiant, un peu comme lorsqu'on est dans un tunnel rectiligne et que l'on a l'impression que les bords de celui-ci convergent vers un même point. L'essaim est nommé d'après la constellation où est situé le radiant (par exemple : Persée pour les Perséides, les Gémeaux pour les Géminides).

Les poussières cométaires, lorsqu'elles pénètrent dans la haute atmosphère de la Terre, s'échauffent et s'ionisent, produisant la traînée lumineuse que l'on connaît.

L'intensité d'un essaim météoritique est variable et dépend notamment du réensemencement en poussières lors de chaque passage des comètes.

Premières observations

Dans l'Antiquité, les premières traces écrites d'observations de comètes figurent dans des annales chinoises (à l'époque ces chroniques sont essentiellement de la scapulomancie gravée sur carapace de tortues ou omoplates d’animaux) de la dynastie Shang datant de 1059 av. J.-C. (le plus ancien passage attesté de la comète de Halley remontant à l'an 240 av. J.-C. est consigné dans ces archives chinoises^[14]), mais aussi à la même époque sur des tablettes en écriture cunéiforme chaldéennes^[15]. Le plus ancien dessin date du IV^e siècle av. J.-C. : sur un livre de soie découvert en 1974 dans la tombe du marquis de Dai en Chine, sont représentés vingt-neuf types de comètes^[16].

Les premières interprétations sur la nature des comètes viennent de la philosophie naturelle grecque. Aristote, dans son traité Du ciel, divise le cosmos en monde céleste, composé d'éléments sphériques parfaits et monde sublunaire avec ses objets imparfaits. Dans son traité Meteorologia, Aristote classe les comètes dans le monde sublunaire : elles sont selon lui des phénomènes atmosphériques de la sphère de l'air remontant dans la sphère du feu. Au contraire, les pythagoriciens considèrent qu'il s'agit de planètes rarement observables. Diodore de Sicile y voit des poutres enflammées alimentant le soleil^[17]. Chez les Romains, Sénèque reprend la théorie d'Apollonios de Myndos^[18] selon laquelle les comètes sont des astres errants revenant à des périodes trop longues à l'échelle d'une vie humaine^[19]. Malgré ces interprétations de savants et de philosophes, la croyance populaire en fait à cette époque (et jusqu'au XX^e siècle) des signes annonciateurs, le plus souvent de mauvais augure, plus rarement propitiatoires : ainsi les Chaldéens et les Mésopotamiens leur offrent de l’encens pour infléchir le funeste présage ; certaines femmes grecques et romaines en deuil délient leurs cheveux pour manifester leur chagrin ; certains astrologues égyptiens pensent que sacrifices et prières ne peuvent conjurer leur pouvoir annonciateur ; les astrologues au Moyen Âge les associent à des morts illustres : comète de 451 pour la mort d’Attila, de 1223 pour Philippe-Auguste, comète de Halley pour Henri IV, etc. Outre ces présages funestes, elles sont également associées à des batailles (bon augure pour les Normands, mauvais pour les Anglo-saxons lors de la Bataille d'Hastings)^[20]. En 1472, l’astronome Johann Müller observe une comète à Nuremberg. Il fonde la cométographie^[21]. Paolo Toscanelli observe les comètes de 1433, 1449, 1456 et calcule leur position.

Leur nature véritable comme leur périodicité n'ont été trouvées qu'à partir de la Renaissance. En 1531, Petrus Apianus et Girolamo Fracastoro observent indépendamment que la queue des comètes est orientée à l'opposé du Soleil (des astronomes chinois au VII^e siècle l'avaient déjà remarqué), mettant ainsi en évidence l'effet des vents solaires^[22]. Tycho Brahe (1546-1601) montre en 1577, grâce au phénomène de parallaxe, que les comètes ne sont pas un phénomène sublunaire comme on le croyait couramment à son époque. En 1609, Johannes Kepler suppose, dans son ouvrage De cometis, que les comètes naissent par génération spontanée et suivent une trajectoire rectiligne à une vitesse variable. En 1652, il est contredit par Pierre Gassendi qui, dans son Traité sur les comètes, leur attribue une vitesse constante et par Seth Ward (1617-1689) qui comprend qu'elles suivent des ellipses, d'où le fait qu'elles ne soient visibles que lorsqu'elles sont suffisamment proches de la terre et du soleil.

Connaissance moderne

Annoncé par Halley en 1705, le retour de la comète de Halley de 1759 constitue la vérification la plus éclatante de la théorie de la loi de gravitation universelle de Newton.

Après avoir d'abord réfuté cette théorie, Isaac Newton (1643-1727) prouve que les comètes obéissent aux mêmes lois de mécanique céleste que les planètes, et possèdent une masse. En utilisant certaines de ces observations, dont plusieurs effectuées par lui-même, Isaac Newton élabore la théorie du mouvement des comètes dans le cadre de sa Loi universelle de la gravitation et établit ainsi pour la première fois leur appartenance au système solaire. Dans la première édition de ses Principia, Newton hésitait à attribuer aux orbites cométaires la forme de paraboles ou celle d'ellipses très allongées, plus apparentées aux trajectoires des planètes^[23].

John Flamsteed propose en 1680 une relation d'attraction-répulsion entre comètes et le Soleil.

La seconde des hypothèses envisagées par Newton reçoit un appui décisif lorsqu'en 1695 l'un de ses amis, l'astronome et mathématicien Edmond Halley (1656-1742), se persuade de l'identité probable de certaines comètes dont il s'était efforcé de calculer les éléments de trajectoires (Les apparitions cométaires de 1531, 1607 et 1682, ne seraient en fait qu'une seule et même comète). Annoncé par Halley en 1705 et précisé par Alexis Claude Clairaut en novembre 1758, le retour de la « comète de 1682 » observée à l'époque par Halley lui-même et qui sera bientôt appelée « comète de Halley » se réalisa le 13 mars 1759, date du passage de la comète à son périhélie. La valeur symbolique du retour de cet astre - qui n'est pas le plus remarquable ni le plus étudié - et qui lui valut une place privilégiée aussi bien dans les observations des astronomes que dans l'attention d'un vaste public, tient dans le fait qu'il s'agit du premier retour prévu d'une comète et pour le monde scientifique, qu'il s'agit de la plus éclatante vérification de la loi de gravitation universelle, tandis que sont définitivement éclaircis les principes de la théorie des comètes. La dernière version de l'étude de Halley, réalisée en 1717, devait être jointe à des « Tables astronomiques » qu'il venait de calculer, mais le tout n'est publié qu'après sa mort en version latine (1749), en version anglaise (1752) et en traduction française (1759). Toutefois la « prévision » de Halley avait été reprise dans les éditions et traductions successives des Principia de Newton ainsi que dans divers traités d'astronomie^[23].

En tenant compte des études théoriques de Joseph-Louis Lagrange (1736 - 1813), Pierre-Simon de Laplace (1749-1827), Carl Friedrich Gauss (1777-1855), le retour suivant de la comète de Halley, celui de 1835, sont l'objet de plusieurs prévisions, dont les meilleures se révélèrent exactes à trois ou quatre jours près. La technique actuelle de calcul des orbites cométaires reprend avec de puissants ordinateurs la méthode de variation des éléments de la trajectoire introduite par Philip Herbert Cowell et Andrew Crommelin (1865–1939) en 1910, mais en ajoutant à l'ensemble des forces de gravitation classiques agissant sur la comète, des forces complémentaires non gravitationnelles de réaction, dues à l'éjection de matière cométaire sous l'action des rayons du Soleil. La prise en compte de ces dernières forces, introduites depuis 1973, à l'instigation de Brian G. Marsden (1937-2010), Z. Sekanina et D. K. Yeomans, permet d'améliorer suffisamment les calculs antérieurs et de reconstituer avec beaucoup de vraisemblance les caractéristiques essentielles des trajectoires cométaires correspondant à 1 109 apparitions de comètes attestées de -239 à mai 1983^[23]

Les premiers résultats obtenus par la mission Stardust (1999-2011) ont considérablement modifié les hypothèses concernant la formation des comètes. En effet les grains prélevés dans la coma de la comète Wild 2 par cette mission et ramenés sur Terre contiennent de l'olivine, matériau qui ne peut être synthétisé qu'à de très hautes températures (1 300 K). On est donc amené à penser que les noyaux de comètes ont été formés à proximité du Soleil et ont par la suite été éjectés vers le Nuage d'Oort. Pourtant les premières interprétations données de l'analyse des grains rapportés par Stardust doivent être prises avec circonspection : on soupçonne des interactions entre le matériau qui les contenait (aérogel) avec l'atmosphère terrestre. Cela signifierait que les comètes seraient composées de matière plus ancienne que notre système solaire. Les noyaux de comètes se sont formés par accrétion : les petits grains se collent les uns aux autres pour former des grains plus gros, lesquels se rassemblent à leur tour jusqu'à atteindre la taille d'un noyau de comète, de quelques kilomètres. Selon les scientifiques français, les molécules organiques provoquant les BID, et préexistantes dans les nébuleuses primitives, n'ont donc probablement pas été détruites, mais ont pu faire partie des grains constituant les noyaux cométaires, où elles se trouvent toujours, 4,6 milliards d'années plus tard^[24].

La récupération in situ n'est pas l'unique moyen de récupérer de la matière cométaire. La Terre traverse continuellement divers nuages de poussières stellaires et notamment de la matière cométaire lorsque l'orbite de la Terre coïncide avec le sillage d'une comète. C'est ainsi que depuis 1982, la NASA récupère à l'aide d'avions pouvant voler à haute altitude de la poussière cométaire^[25].

Missions spatiales

L'étude des comètes a considérablement progressé avec l'avènement de l'ère spatiale. Dix sondes ont contribué à mieux connaître les noyaux cométaires, les quatre premières s'étant approchées de la comète de Halley en 1986.

• La sonde soviétique Vega 1, lancée le 15 décembre 1984, après avoir détaché un module vers la planète Vénus, s'approche à 8 890 km de Halley le 6 mars 1986^[26].
• La sonde japonaise Sakigake, lancée le 7 janvier 1985 rencontre Halley le 11 mars 1986.
• La sonde japonaise Suisei, lancée le 19 août 1985 rencontre Halley le 8 mars 1986.
• La sonde européenne Giotto, lancée le 2 juillet 1985 s'approche du noyau de Halley le 13 mars 1986 à moins de 500 km.
• La sonde américaine Deep Space 1, lancée le 24 octobre 1998, après avoir survolé l'astéroïde Braille le 29 juillet 1999, traverse la queue de la comète 19P/Borrelly le 22 septembre 2001.
• La sonde américaine Stardust, lancée le 7 février 1999, passe à moins de 236 km de la comète Wild 2 le 24 janvier 2004, prélève de la poussière en traversant sa queue et la ramène sur Terre le 15 janvier 2006. En 2007, une seconde mission lui est assignée, vers une nouvelle comète : le 15 février 2011 elle passe à 190 km de la comète Tempel 1.
• La sonde américaine Deep Impact, lancée le 12 janvier 2005, creuse un cratère artificiel sur le noyau de la comète Tempel 1 le 4 juillet 2005, par collision d'un impacteur. Puis, après avoir utilisé l'assistance gravitationnelle de la Terre fin 2007, la sonde - rebaptisée EPOXI - passe à environ 700 km de la comète 103P/Hartley le 4 novembre 2010.
• La sonde européenne Rosetta lancée le 2 mars 2004, après avoir survolé les astéroïdes Šteins (5 septembre 2008) et Lutetia (10 juillet 2010), se met en orbite à 100 km autour de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko dix ans après son lancement, le 6 août 2014, ce qui constitue une première technologique. Les images de haute définition sont transmises, révélant de nombreux détails de l'astre. Philae, un petit atterrisseur, s'est posé sur son noyau le 12 novembre 2014^[27].
• La sonde européenne SoHO (Solar and Heliospheric Observatory), lancée le 2 décembre 1995, destinée à étudier le Soleil en continu et qui de ce fait a permis de découvrir des comètes qui finissaient leur vie en « tombant » dans le Soleil, appelées comètes rasantes.
• Les satellites jumeaux de la mission américaine STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory), lancés le 25 octobre 2006 et destinés eux aussi à étudier le Soleil, ont permis, comme SoHO, la découverte de nombreuses comètes rasantes.
• L'Agence spatiale européenne a prévu de lancer en 2028 la sonde spatiale Comet Interceptor qui sera dirigée vers une comète ou un objet interstellaire n'ayant jamais survolé le Soleil. En effet, jusque-là, les comètes étudiées ont toutes effectué plusieurs passages près du Soleil, ce qui a transformé leur structure et leur composition. Cette interception est rendue possible par l'existence d'observatoires terrestres permettant de découvrir de nouvelles comètes longtemps à l'avance^[28].

Ancien procédé

Avant le 1^er janvier 1995 les comètes recevaient une désignation provisoire constituée par l'année de la découverte suivie d'une lettre en minuscule correspondant à l'ordre de la découverte. Par exemple, 1965f, sixième comète trouvée pendant l'année 1965. Plus tard, le nom définitif lui était attribué selon les critères suivants : l'année du passage au périhélie, suivie d'un numéro noté en chiffres romains indiquant l'ordre chronologique du passage au périhélie (exemple : 1994 IV, quatrième comète passée au périhélie en 1994).

Ce procédé comportait de nombreux inconvénients : la multiplication des découvertes épuisait l'alphabet. Quand on découvrait une 27^e comète dans l'année, il fallait recommencer l'alphabet en faisant suivre la lettre du chiffre 1 (comme 1991a1). Les découvertes de comètes après leur passage au périhélie rendaient difficile une désignation officielle cohérente. Les comètes à courte période multipliaient les désignations, une nouvelle étant attribuée à chacun de leurs retours.

Nouveau procédé

Depuis le 1^er janvier 1995, une nouvelle nomenclature, inspirée par celle appliquée aux astéroïdes, est attribuée comme ceci :

1. Une lettre servant à identifier le type de comète : C indique une comète à longue période (supérieure à 200 ans) ou non périodique. P indique une comète à courte période (inférieure à 200 ans). La lettre D est utilisée pour les comètes perdues. X pour une comète dont l'orbite n'a pu être calculée.
2. L'année de la découverte.
3. Une lettre majuscule correspondant à la quinzaine du mois de la découverte (Voir tableau).
4. Un chiffre précisant l'ordre chronologique de découverte durant cette quinzaine.
5. Le nom du (ou des) découvreur(s).

Ainsi pour C/1995 O1 Hale-Bopp :

• C/ indique qu'il s'agit d'une comète à longue période (éventuellement non périodique).
• 1995 indique que la comète a été découverte en 1995.
• O indique qu'elle a été découverte au cours de la deuxième quinzaine de juillet.
• 1 indique qu'il s'agit de la première comète découverte au cours de cette période.
• Hale-Bopp est le nom de ses deux découvreurs, Alan Hale et Thomas Bopp.

Lorsque plusieurs comètes portent le nom d'un même découvreur, un numéro est parfois ajouté pour les différencier (comète Hartley 2 par exemple).

Pour les comètes périodiques dont le retour a été observé au moins une fois, la désignation subit une légère modification.

Par exemple la comète P/2001 J1 (NEAT) a été retrouvée en 2008, conformément aux calculs de sa période orbitale. Sa périodicité ne faisant aucun doute, elle a reçu l'appellation définitive 207P/NEAT, indiquant qu'il s'agit de la 207^e comète périodique confirmée^[30].

Tableau de correspondance des lettres aux quinzaines

Note : les lettres I et Z ne sont pas utilisées.

Bibliographie

• Alexandre Guy Pingré, Cométographie ou traité historique et théorique des comètes, Paris : Imprimerie royale, 1783, 2 vol. (vol. 1 & vol. 2)
• M. Festou, Philippe Véron, Jean-Claude Ribes, Les comètes : mythes et réalités, Flammarion, 1985, 319 p. (lire en ligne)
• M.C.Festou, H.U.Keller, H.A.Weaver eds, Comets II, Tucson, University of Arizona Press, 2004, en anglais.
• André Brahic, Les Comètes, PUF (QSJ), 1993
• Jacques Crovisier, Thérèse Encrenaz, Les Comètes, témoins de la naissance du Système solaire, CNRS Éditions/Belin, 1995
• Annie-Chantal Levasseur-Regourd, Philippe de la Cotardière, Les comètes et les astéroïdes, Le Seuil, 1997
• James Lequeux, Thérèse Encrenaz, A la rencontre des comètes, "de Halley à Rosetta" , Belin, 2015
• (en) Kathrin Altwegg, « Cometary chemistry », Physics Today, vol. 75, n^o 1,‎ janvier 2022, p. 34- (DOI 10.1063/PT.3.4920, lire en ligne , consulté le 19 janvier 2022)

Articles connexes

Quelques comètes fameuses :

Sondes spatiales ayant exploré des comètes :

Liens externes

• "Les comètes, ces vagabondes du ciel", J.P.Luminet, "Chronique de l'espace", France Inter, 30 juillet 2019
• La vie d'une comète [flash]
• Les comètes, PGJ Astronomie
• Comètes, origine des noms
• L'exploration spatiale des comètes
• "Comètes, des mythes à la réalité", exposition de la Bibliothèque patrimoniale numérique de l'Observatoire de Paris

• Ressource relative à la littérature :
  • (en) The Encyclopedia of Science Fiction
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