Comètes : origines

En astronomie, une comète est un petit astre brillant du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse, parabole ou d'une hyperbolique, avec le Soleil occupant l’un des foyers. Elle est souvent accompagné d'une longue traînée lumineuse due à l'interaction entre la comète à vitesse élevée au voisinage du Soleil et le vent solaire. Le mot comète vient du grec "kometès" qui signifie "chevelu".

Les comètes sont des reliquats de la formation de notre Système Solaire ; elles en ont l'âge, environ 4,5 milliards d'années. Peu ou pas modifiées depuis leurs origines, elles sont donc capitales pour la compréhension de la structure du Système Solaire.

La vie d'une comète peut atteindre plusieurs dizaines de milliers d'années, cet âge peut paraître important mais n'est rien face à l'âge de notre Système Solaire.

Ceci introduit tout naturellement la question de savoir d'où viennent les comètes que nous voyons aujourd'hui. Si elles se détruisent aussi rapidement, elles doivent provenir d'une source permanente qui compense leur disparition et en maintient un certain nombre en activité; sinon, il y a longtemps qu'il n'y en aurait plus.

Ce n'est que depuis 1950 que l'on a une explication a ce phénomène grâce à Jan Oort (le Nuage d'Oort).

La formation des planètes du système solaire a commencé à l'intérieur d'un disque protoplanétaire, fait de poussière et de gaz, entourant une étoile récemment formée (notre Soleil en l'occurrence). La matière qui forme le disque protoplanétaire se condense en petits grains puis s'agglomèrent ensemble pour former des cailloux. Ces cailloux devenant plus grands et plus massifs sont soumis à la pesanteur, une force qui attire cailloux et poussières environnantes les uns contre les autres de façon à former des planétésimaux, sorte de gros cailloux de quelques kilomètres. Et certains de ces planétésimaux s'assemblent pour donner naissance aux planètes. Ce processus de formation des planètes est somme toute assez rapide, il ne dure que quelques millions d'années.

Si une grande proportion des planétésimaux a été incorporée dans la formation des planètes, un certain nombre sont restés "inutilisés". On les retrouve actuellement dans deux zones: la ceinture de Kuiper (juste au-delà de Neptune) et le nuage d'Oort (situé encore bien plus loin, aux confins du système solaire).

En fait, on pense que ces astéroïdes se seraient d'abord formés entre les orbites de Jupiter et de Neptune et auraient ensuite été éjectés pour se rassembler dans ce vaste réservoir situé aux confins du Système Solaire.

Ceinture de Kuiper : Elle constitue le réservoir des comètes à courte période, c'est-à-dire mettant moins de 200 ans pour accomplir leur tour complet autour du Soleil.

Nuage d'Oort : Situé à environ 100.000 UA (Unités Astronomiques du Soleil, soit 100.000 fois la distance Terre-Soleil). Le Nuage de Oort, comporte quelque mille milliards de noyaux cométaires et constitue ainsi le réservoir des comètes à longue période. Ces comètes ont une période de plus de 200 ans; certaines peuvent mettre jusqu'à 30 millions d'années pour accomplir un tour complet autour du Soleil !

L'origine des comètes est étroitement liée à celle des planètes. Un des scénarios plausibles pour leur formation commence par la contraction d'un nuage interstellaire de gaz et de poussières sous l'effet de son propre poids (A), formant un disque (B) avec en son centre le proto-soleil. Les grains de poussière et de glace les plus proches du proto-soleil sont volatilisés, mais ceux des régions périphériques pourraient avoir survécu.

Dans le disque, le gaz se condense en petits grains dont la composition chimique dépend de la température et donc de la distance au Soleil. Puis ces grains grossissent et forment des planétésimaux qui, par le jeux de collisions mutuelles, vont constituer les comètes, les astéroïdes et les planètes (C).

Les plus massives des planètes attirent les gaz environnant. Le gaz restant est rapidement balayé par le rayonnement et le vent solaires. Les noyaux de comètes de la région intérieure sont éjectés vers l'extérieur du système, à la suite de perturbations gravitationnelles, par les planètes.
En moins d'une centaine de millions d'années, nous en arrivons à la situation actuelle avec le Soleil, ses planètes familières, et les astéroïdes (D). Les comètes sont reléguées à la périphérie dans le "nuage de Oort", sphérique, ou sont restées sur leur lieu de formation dans un vaste tore situé au-delà de Neptune, la "ceinture de Kuiper".


Figure montrant la ceinture de Kuiper et le Nuage d'Oort.

Outre la Ceinture de Kuiper et le Nuage d'Oort, il existe une troisième zone composée d'astéroïdes, résidus de la formation du Système Solaire : la Ceinture d'Astéroïdes, située entre les planètes Mars et Jupiter. La Ceinture d'Astéroïdes ne constitue pas un réservoir de comètes.

Les Comètes et l'histoire de la Terre

Les impacts de comètes sur la Terre à ses débuts ont pu y jouer un rôle déterminant dans l'apparition de la vie, en y apportant par exemple l'eau et les premières molécules organiques… N'ayant, de plus, que très peu évolué depuis la création du Système Solaire, il y a 4,5 milliards d'années environ, les comètes pourraient nous apprendre beaucoup sur sa formation et donc, sur nos origines. Ceci explique le nombre de missions spatiales consacrées à leur étude.

Citons notamment la sonde américaine ISEE / ICE qui étudia les interactions entre le vent solaire et l'atmosphère des comètes, en traversant, en 1985, la queue de plasma de la comète Giacobini-Zinner et en passant, en 1986, entre le Soleil et la comète de Halley. Cette dernière fut également l'objet, la même année, de l'attention des sondes russes Vega 1 et 2, japonaises Sakigake et Suisei, et européenne Giotto.

La sonde américaine Galileo, alors en route pour Jupiter, observa les effets du crash de la comète Shoemaker-Levy 9 sur cette planète, en 1994.

Plus récemment, en septembre 2001, la sonde américaine Deep Space 1, s'approcha de la comète Borrelly pour en étudier le noyau et la queue.

La mission américaine Stardust, lancée en février 1999, a prélevé, en janvier 2004, des particules de la queue de la comète Wild 2 et les a amenées sur Terre pour analyse le 15 janvier 2006.

La mission américaine Deep Impact, lancée le 12 janvier 2005, a largué un projectile sur la comète Tempel 1, y créant un cratère, de manière à en étudier la composition interne.

Citons aussi le cas célèbre de la comète Shoemaker-Levy 9 qui explosa en au moins 21 fragments sous l'effet de l'attraction de Jupiter (à proximité de laquelle elle s'était aventurée). Ces fragments s'abattirent sur la planète géante entre le 16 et le 22 juillet 1994, permettant aux astronomes d'observer pour la première fois une collision entre deux objets du Système Solaire !

Les comètes

Les comètes sont tout simplement des astéroïdes, des résidus de la formation des planètes. Ces bolides, prennent le nom de comète lorsqu'ils se rapprochent du Soleil et commencent à perdre de la matière pour former la queue de la comète.

Les comètes se forment dans les régions les plus éloignées de l'étoile. Ces régions glacées sont alors le siège d'un chaos indescriptible où des molécules, telles que l'eau, le méthane ou encore le dioxyde de carbone gèlent sur des particules de poussières de la taille du micron qui s'agglomèrent les unes aux autres par gravitation et finissent par former de gros blocs rocheux et glacés.

Mais, l'histoire des comètes ne s'arrête pas là. Leur vie peut être bien plus mouvementée. De temps en temps, une perturbation gravitationnelle ou une collision entre bolides, peut éjecter un de ces gros cailloux sur une orbite qui l'amène à se rapprocher du Soleil.

La comète en route vers le Soleil peut percuter une planète, on l'a vu récemment en 1994 quand la comète Shoemaker-Levy 9 s'est disloquée au voisinage de Jupiter avant de s'écraser dessus, et/ou tout simplement faire des centaines de fois le tour du Soleil sur une orbite elliptique et perdre à chaque passage au plus près du Soleil des tonnes de matière. Ce processus s'appelle la sublimation.

Quand la comète s'approche trop du Soleil, la chaleur dégagée par l'étoile chauffe et transforme la surface du noyau en vapeur. Les molécules forment un jet de gaz et de poussière, créant ainsi la coma, l'enveloppe qui entoure le noyau. Les interactions entre la matière dégagée par la comète et le vent solaire forment alors la queue de la comète. En fait deux queues, une faite de gaz, nettement moins visible et l'autre constituée de poussière.
 

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