LES COMETES

Guy Moreels,
Observatoire de Besançon

Les comètes sont constituées par un noyau solide dont les dimensions sont de l'ordre de quelques km à quelques dizaines de km et dont la forme est passablement éloignée de celle d'une sphère. Nous ne disposons, pour l'instant, que d'une seule série de photographies d'un noyau, celui de la comète de Halley. Ce noyau a une forme allongée et peut être inscrit dans un ellipsoïde de révolution de grand axe 16 km et de petit axe 8 km. La surface présente plusieurs cratères d'impact et des zones actives d'où s'échappent de la poussière et des gaz. Pendant la majeure partie de leur période de révolution autour du Soleil, les comètes sont inactives et leur noyau a le même mouvement que celui des astéroïdes. Une différence importante pourtant tient au fait que la trajectoire des comètes peut être nettement plus excentrée que celle des astéroïdes, confinés dans une zone située entre les orbites de Mars et de Jupiter. C'est ainsi que de nombreuses comètes ont une période tellement longue qu'elles semblent apparaître dans le ciel pour la première fois. On parle de nouvelle comète et son (ou ses) découvreur peut alors lui donner son propre nom.

Plus la comète se rapproche du Soleil, plus sa vitesse linéaire, qui varie sensiblement en 1 / r où r est la distance au Soleil, devient importante. Lorsqu'elle se trouve à moins de 3 unités astronomiques (c'est à dire 3 fois 150 x 10⁶ km), la comète devient active. Un environnement de poussière et de gaz provenant du noyau enveloppe cet objet. Sous l'effet du rayonnement solaire, la poussière est repoussée dans la direction opposée au Soleil, créant une queue de poussière incurvée et blanche et certaines molécules s'ionisent en créant une queue ionique, rectiligne et torsadée, de teinte bleutée.

L'existence d'eau sous forme de glace dans le noyau des comètes a été suggérée en 1950 par F. Whipple, qui a proposé le concept de "boule de neige sale" pour désigner en fait un mélange de glace et de poussière. Par spectroscopie, on ne peut pas avoir directement accès à la composition du noyau, trop petit pour pouvoir être étudié depuis la Terre, mais on peut connaître un certain nombre de composés de l'environnement proche du noyau appelé coma. Ces composés sont les suivants : OH, NH, CN, C₃, CH, C₂, NH₂ et des métaux comme le sodium. La présence du radical hydroxyle dans la coma constitue une preuve indirecte de la présence d'eau dans les comètes car ce radical peut être produit par photolyse de l'eau suivant le processus :
H₂O + hn --> H  +  OH                    (7)

Cette preuve indirecte a été renforcée en 1970 par la détection d'un immense nuage d'hydrogène atomique dans les comètes Tago-Sato-Kosaka et Bennett. Enfin, l'eau a été détectée directement par ses raies d'émission infrarouges dans la comète de Halley.

La dernière décennie a été particulièrement bénéfique pour l'étude des comètes car trois événements importants se sont produits :

• l'impact du noyau de la comète Shoemaker‑Levy 9 avec Jupiter en 1994.

• le passage de la comète Hyakutake au printemps 1996.

• le passage de la comète Hale‑Bopp en 1996-97.

L'étude de ces comètes a confirmé le fait que leur noyau est constitué pour 90% de glace d'eau. Il comprend une quantité variable de monoxyde de carbone pouvant atteindre 20%, ainsi que du CO₂, du méthanol, du formaldéhyde et d'autres composés en moindres proportions comme des hydrocarbures polycycliques aromatiques.

La glace peut exister sous plusieurs formes, suivant la température. Lorsque celle-ci est inférieure à -163°C, elle n'est plus cristallisée et a une structure amorphe. Entre -163 et -123°C, la glace a une structure cristalline cubique. Au dessus, entre -123 et 0°C, la glace existe sous la forme que l'on connaît sur Terre : cristalline avec une structure hexagonale, l'atome d'oxygène se trouvant au centre d'un tétraèdre. Au sein des noyaux de comète, la glace existe sous l'une des deux formes : amorphe ou cristalline cubique. Les changements de phase qui accompagnent l'augmentation de température lorsque la comète se rapproche du Soleil peuvent se traduire par un dégagement d'énergie et l'apparition d'une activité cométaire.

L'intérêt que présente l'étude des comètes résulte des caractéristiques de leurs orbites. En effet, elles obéissent à la loi des aires et se déplacent d'autant plus lentement qu'elles se trouvent loin du Soleil. Par conséquent, la période où elles passent près du Soleil est comparativement très brève et le reste du temps, elles sont inactives. De plus, leur gravité est faible et elles ne sont pas, sauf cas particulier comme S‑L 9, soumises à l'attraction de grosses planètes comme Jupiter. Il en résulte que les noyaux de comètes ont subi peu de modifications depuis la formation du système solaire. Il s'agit donc d'objets de choix pour obtenir des indications sur la composition de la nébuleuse protosolaire et les conditions de formation du système solaire.

Comètes et mini‑comètes comme apport d'eau pour la Terre ?

On considère maintenant que les comètes ont apporté un certaine partie, évaluée à environ 10%, de l'eau qui est présente sur Terre. Cet apport d'eau a certainement été plus important par le passé qu'il ne l'est actuellement. Un scientifique américain, L. Franck, mène actuellement un programme de détection de mini‑comètes. Ces objets, en rencontrant l'atmosphère terrestre, fourniraient un apport permanent d'eau à la planète bleue. Cet apport serait compensé par l'échappement des atomes d'hydrogène et d'oxygène provenant de la photolyse de la vapeur d'eau.