Définition
En astronomie, une comète est un petit astre brillant du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse très allongée, et souvent accompagné d'une longue traînée lumineuse due à l'interaction à vitesse élevée entre la comète au voisinage du Soleil et diverses forces émanant du Soleil : vent solaire, pression de radiation et gravitation.
Le mot comète vient du grec « komêtês » (Κομήτης) qui signifie chevelu ; il est dû à l'immense queue faite de gaz et de poussières d'environ 30 à 80 millions de kilomètres.
Description
Une comète se compose essentiellement de trois parties : le noyau, la chevelure et les queues. Le noyau et la chevelure constituent la tête de la comète.
Lors du dernier passage de la comète de Halley en 1986, 6 sondes spatiales (ICE, Vega-1, Vega-2, Sakigake, Suisei et Giotto) ont frôlé la comète et enregistré des données et des images précieuses pour notre connaissance des comètes.
Le noyau
L'hypothèse de constitution du noyau la plus communément admise et confirmée par les récentes expériences spatiales, est qu'il serait un corps solide constitué de glaces (eau, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone) et de matières météoritiques agglomérées (modèle dit de la « boule de neige sale » proposé par Fred Whipple). Ces glaces se subliment sous l'action du rayonnement solaire et donnent naissance à la chevelure, puis aux queues.
Le diamètre du noyau (non sphérique) est estimé entre quelques centaines de mètres et quelques dizaines de kilomètres.
La plus grande dimension du noyau de la comète de Halley, de forme oblongue, est d'environ 15 km ; le volume de son noyau a été estimé à 500 km3, pour une masse de 1014 kg, ce qui correspond à une masse volumique moyenne de 200 kg/m3.
La chevelure
La chevelure, ou coma, est constituée d'atomes, de gaz et de poussières issus du noyau de la comète et libérés sous forme de jets de gaz. Très rapidement le rayonnement ultraviolet émanant du Soleil casse les atomes et les molécules (phénomène d'ionisation). La brillance de la chevelure est plus forte à proximité du noyau.
Son diamètre est généralement compris entre 50 000 et 250 000 km, avec des limites extrêmes de 15 000 et 1 800 000 km. 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.
Les queues
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.
- Une queue plus large constituée de poussières poussées par la pression de radiation solaire, et incurvée dans le plan de l'orbite. Grâce aux travaux de Michael Finson et Ronald Probstein (1968), qui ont mis en œuvre les hypothèses de Theodor Bredichin (1885) qui faisaient elles-mêmes suite à celles de Bessel, on peut modéliser la queue de poussières. Les trajectoires (kepleriennes) 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.
Certaines comètes (Arend-Roland, en avril 1957) présentait une « anti-queue » que l'on peut expliquer. Il s'agit d'une partie de la queue de poussières (proche du noyau) constituées 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 gigamètres (milliards de mètres) sont relativement fréquentes.
Orbites
Les orbites des comètes sont définies à l'aide de six paramètres (éléments orbitaux) : T (la période), ω (argument de latitude du périhélie), Ω (longitude du nœud ascendant), i (inclinaison), q (distance périhélique), e (excentricité). Lorsqu'on découvre une nouvelle comète, après au moins trois observations distinctes, on modélise une première orbite en prenant e = 1 (on suppose l'orbite parabolique). Puis, lorsque les observations se précisent, on cherche la meilleure orbite osculatrice en affinant la valeur de l'excentricité e.
La majorité des comètes répertoriées ont une orbite elliptique, et gravitent autour du soleil : ce sont les comètes périodiques.
Les comètes sont dites conventionnellement à courte période quand leur période est inférieure à 200 ans. Elles seraient originaires de la ceinture de Kuiper.
Les comètes dont la période est supérieure à 200 ans sont supposées provenir du nuage d'Oort.
Les comètes attachées au système solaire ont une orbite dont l'excentricité est inférieure à 1 (orbites elliptiques, donc comètes périodiques). Il existe quelques rares cas de comètes dont l'excentricité est supérieure à 1 (orbites hyperboliques, donc comètes non périodiques) : soit il s'agit de comètes provenant de l'extérieur du système solaire, soit il s'agit de comètes dont l'orbite a subi des perturbations telles qu'elles vont sortir du système solaire.
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 a percuté Jupiter 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).
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 », qui n'en sont donc pas, semblent provenir d'une même direction du ciel (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. Le radian porte le nom de la constellation de laquelle semblent provenir les étoiles filantes.
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.
On peut associer les essaims d'étoiles filantes à des comètes (qu'elles peuvent réensemencer en poussières lors d'un passage) ou à d'anciennes comètes. Ainsi, le célèbre essaim des Perséides (maximum d'intensité le 12 août) est associé à la comète Swift-Tuttle.
Premières observations
On a retrouvé des traces d'observations de comètes dans des annales chinoises, mais aussi sur des tablettes babyloniennes. Leur nature véritable, ni leur périodicité n'avaient été trouvées avant les travaux effectués par Edmond Halley en 1682. Tycho Brahe montra que les comètes n'étaient pas un phénomène sublunaire comme ceci était couramment pensé à son époque. Puis Edmond Halley émit en 1705 l'hypothèse que les apparitions cométaires de 1531, 1607 et 1682, n'étaient en fait qu'une seule et même comète, dont il prédit l'apparition suivante en 1758 (voir comète de Halley).
John Flamsteed propose en 1680 une relation d'attraction-répulsion entre comètes et le soleil.
Après d'abord avoir réfuté cette théorie, Isaac Newton prouve dans son oeuvre majeure, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, que les comètes obéissent aux mêmes lois que les planètes, et possèdent une masse.
