Qu'est-ce qu'une comète ?
Une comète est un petit objet fait de glace, de poussière et de roche qui tourne autour du Soleil. Lorsqu'elle en est loin, elle peut ressembler à un astéroïde, car seul son noyau sombre et gelé est visible. En s'approchant du Soleil et en se réchauffant, la glace du noyau commence à se sublimer : elle passe directement à l'état gazeux sans devenir liquide. Le gaz qui s'échappe entraîne de la poussière et forme autour du noyau un coma diffus ; la lumière et le vent solaires poussent ensuite cette matière vers l'extérieur pour créer des queues.
Une queue n'est donc pas une partie permanente de la comète. Le même objet peut perdre son activité en s'éloignant du Soleil et ne plus montrer que son noyau. Le mot « comète » ne désigne pas seulement un objet précis comme 67P ou la comète de Halley, mais toute une catégorie d'objets dont le noyau riche en glace peut s'activer sous l'effet du chauffage solaire.
- Noyau Centre solide mêlant glace, poussière, roche et matière organique
- Coma Atmosphère temporaire de gaz sublimé et de poussière autour du noyau
- Deux queues Une queue de poussière incurvée et une queue ionique dirigée à l'opposé du Soleil
- 200 ans Limite de période orbitale couramment utilisée entre comètes à courte et à longue période
En quoi le noyau, le coma et les queues diffèrent-ils ?
Le noyau est la partie solide qui contient l'essentiel de la masse de la comète. Il mesure généralement quelques kilomètres, même s'il en existe de plus petits et de beaucoup plus grands. Sa surface ressemble rarement à un bloc de glace brillant. Sur les comètes qui sont passées plusieurs fois près du Soleil, la poussière sombre et les matières organiques laissées par le départ des glaces peuvent recouvrir la surface. La glace reste cachée dessous ou se révèle dans des falaises récemment effondrées et des fractures.
Le coma est un immense nuage de molécules et de poussière libérées par le noyau. Près du Soleil, il peut devenir des milliers de fois plus grand que celui-ci : la plus grande partie de la tête brillante et floue vue au télescope est donc le coma, et non le noyau. Les ultraviolets et le vent solaire ionisent ses molécules, tandis que la poussière réfléchit la lumière. L'analyse du coma et des queues à différentes longueurs d'onde permet ainsi de suivre les matières qui quittent le noyau.
Pourquoi la queue d'une comète n'est-elle pas toujours derrière son mouvement ?
La queue de poussière est produite par la pression que la lumière solaire exerce sur les grains minuscules. Les différences de taille et de vitesse étalent les particules en une queue large et doucement incurvée le long de l'orbite de la comète. Elle paraît souvent blanche ou jaunâtre, et ses grains peuvent rester longtemps à proximité de la trajectoire parcourue.
La queue ionique apparaît lorsque le gaz chargé électriquement est entraîné sous l'influence du vent solaire et du champ magnétique du Soleil. Elle est généralement plus droite et plus bleue, et pointe presque exactement à l'opposé du Soleil. Quand une comète contourne le Soleil et repart vers l'extérieur, sa queue peut même sembler précéder son mouvement. Son orientation dépend de sa position par rapport au Soleil, et non simplement de la trajectoire qu'elle suit.
Les queues d'une comète ne tracent pas sa vitesse : elles enregistrent son interaction avec le Soleil. Même lorsque la comète change de direction, toutes deux continuent de s'étendre globalement à l'opposé du Soleil.
D'où viennent les comètes à courte et à longue période ?
Une comète dont la période orbitale est inférieure à 200 ans est généralement classée comme comète à courte période. Beaucoup seraient d'anciens objets glacés de la ceinture de Kuiper ou du disque dispersé, au-delà de Neptune, que la gravité des planètes géantes aurait perturbés vers l'intérieur. Jupiter peut modifier considérablement l'orbite d'une comète qui s'en approche ; les objets à courte période fortement influencés par elle, dont 67P, sont appelés comètes de la famille de Jupiter.
Les comètes à longue période parcourent des orbites qui durent de quelques centaines à plusieurs millions d'années et entrent dans le Système solaire interne depuis de nombreuses directions. Pour expliquer cette répartition, les astronomes supposent qu'il existe aux confins du Système solaire un réservoir presque sphérique de corps glacés : le nuage d'Oort. La gravité des étoiles de passage et de la Voie lactée peut légèrement modifier leurs orbites et envoyer certains objets vers le Soleil. Aucun corps du nuage d'Oort n'a été directement photographié et catalogué à de telles distances ; sa structure et son étendue sont donc déduites des orbites cométaires et des modèles de formation.
Une comète est-elle vraiment une « boule de neige sale » ?
| Région | Principaux matériaux et état | Précaution d'interprétation |
|---|---|---|
| Surface du noyau | Croûte de poussière sombre, de minéraux et de matière organique | Une surface sombre ne signifie pas que l'intérieur est dépourvu de glace. |
| Intérieur du noyau | Glaces d'eau, de dioxyde de carbone, de monoxyde de carbone et d'autres composés, mêlées à la poussière et à des vides | Les proportions et les couches varient selon les comètes et ne proviennent pas toutes de forages directs. |
| Coma | Gaz, poussière et molécules organiques libérés par le noyau | La composition peut varier avec la distance au Soleil, la rotation et la saison. |
| Queues | Grains de poussière de différentes tailles et gaz ionisé | La longueur d'une queue ne traduit pas directement la taille du noyau ni la masse totale. |
Le modèle de la « boule de neige sale » proposé par Fred Whipple saisissait correctement l'idée centrale : un noyau mêlant glace et poussière s'active lorsqu'il est chauffé par le Soleil. Les observations spatiales ont toutefois montré que les comètes sont bien plus complexes que des boules de glace uniformes et compactes. Leur noyau peut être extrêmement sombre et poreux, formé d'agrégats et de couches de glace et de poussière faiblement liés, avec des falaises fracturées et des évents.
Comment Rosetta a-t-elle changé notre compréhension des comètes ?
La sonde Rosetta de l'ESA a accompagné 67P/Tchourioumov–Guérassimenko de 2014 à 2016 pendant son approche puis son éloignement du Soleil. Son atterrisseur Philae a atteint la surface du noyau. Celui de 67P est formé de deux lobes reliés et possède une densité moyenne bien inférieure à celle de l'eau, ce qui révèle une structure poreuse riche en espaces vides.
Rosetta a observé que, même si la plus grande partie de la surface paraissait sombre et sèche, de la glace d'eau se trouvait dessous. Selon l'éclairement et la rotation, cette glace se sublimait puis se condensait à nouveau au cours d'un cycle. La mission a aussi détecté de l'eau, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone et plusieurs molécules organiques. Ces observations montrent qu'une comète n'est pas un simple bloc de glace d'eau, mais un objet changeant façonné conjointement par la chaleur, les écoulements gazeux, le déplacement de la poussière et l'effondrement de falaises.
Comment une comète change-t-elle à chaque passage autour du Soleil ?
Chaque approche du Soleil lui fait perdre des glaces volatiles et de la poussière ; sa surface, sa rotation et son orbite peuvent donc évoluer peu à peu. Les jets issus d'évents particuliers poussent le noyau comme de petites fusées, tandis que les contraintes thermiques et une rotation rapide peuvent provoquer des fissures ou une fragmentation. Une comète qui frôle le Soleil peut se désagréger entièrement ou s'évaporer.
Lorsque la Terre traverse une bande de poussière laissée par une comète, les grains brillent dans l'atmosphère et produisent une pluie de météores. À l'inverse, un noyau qui a perdu presque toute sa glace et cessé son activité peut ressembler à un astéroïde sombre. La frontière entre astéroïdes et comètes est moins nette qu'une simple étiquette de matériau ; la classification pratique tient compte à la fois de l'orbite, de l'activité, du spectre et des gaz détectés.
Les comètes ont-elles apporté l'eau et la vie à la Terre primitive ?
Les comètes préservent des matériaux laissés par la formation du Soleil et des planètes il y a environ 4,6 milliards d'années, ce qui permet d'étudier la température et la chimie du jeune Système solaire. La mission Stardust de la NASA a rapporté sur Terre de la poussière de la comète Wild 2 ; les échantillons contenaient de la glycine d'origine extraterrestre et des minéraux formés à haute température. Cela montre que la matière cométaire n'est pas restée isolée dans le froid Système solaire externe, mais conserve la trace d'un brassage à grande échelle lors de la formation.
Il ne faut pourtant pas considérer les comètes comme des capsules temporelles restées parfaitement intactes. Celles qui ont croisé le Soleil à de nombreuses reprises ont subi chauffage et érosion, et les proportions d'eau et de molécules organiques varient d'une comète à l'autre. Le rapport isotopique de l'hydrogène dans l'eau de 67P diffère de celui des océans terrestres. Les comètes et les astéroïdes ont pu livrer de l'eau et de la matière organique à la jeune Terre, mais cela ne signifie ni que l'essentiel des océans provient d'une seule famille de comètes, ni que la découverte d'une molécule organique équivaut à celle de la vie.
Quelles questions restent ouvertes dans l'étude des comètes ?
La plupart des comètes étudiées de près jusqu'à présent sont des objets à courte période qui ont déjà croisé le Soleil de nombreuses fois. Nous n'avons donc pas encore assez comparé ces corps aux comètes à longue période qui arrivent pour la première fois du nuage d'Oort, cartographié la disposition profonde de la glace et des vides dans leur noyau, ni déterminé quelles substances déclenchent et interrompent les éruptions. La mission Comet Interceptor de l'ESA se prépare à observer sous plusieurs angles une comète qui n'a presque jamais visité le Système solaire interne, ou un objet interstellaire, afin d'étudier ces différences.
Une comète est à la fois une archive de la formation du Système solaire et un objet qui continue de changer aujourd'hui. Distinguer le noyau, le coma et les deux queues, puis tenir compte de la date et de la distance au Soleil de chaque observation, permet de lire à la fois le passé ancien et l'activité actuelle qu'elle porte.