Comètes: Composition

Le modèle de "boule de neige sale" pour décrire le noyau des comètes, proposé par Whipple (1950) a marqué le début de l’ère moderne de l’étude des comètes. Depuis, cette représentation a évolué, mais les observations (du sol ou bien in situ) ont montré que ces objets étaient en effet un mélange de glaces et de poussières en proportions variables, qui n’ont pas été incorporées aux planètes lors de la formation du système solaire.

A l’approche du Soleil, la glace de la comète commence à se vaporiser et donne ainsi naissance à la Coma (ou chevelure) qui cache entièrement le Noyau. Puis, les deux queues se forment : la Queue d'ionisation constituée des molécules d’eau ionisées, et la Queue de Poussières provenant des particules solides libérées lors de la fonte de la glace.  Les queues ne sont pas toujours visibles correctement : cela dépend de la position de la Terre par rapport à la comète.

Le noyau

C’est un agglomérat de glaces et de poussières, ce qui lui donne une structure plutôt irrégulière. Son rayon peut être de plusieurs centaines de mètres, jusqu'à une dizaine de kilomètres. Il est relativement fragile, et il arrive que sous l’action de l’attraction du Soleil, ou d’un autre corps, le noyau se brise en plusieurs parties, comme ce fut le cas pour la comète Shoemaker-Levy 9 avant son impact avec Jupiter. Il est difficile d’estimer la durée de vie d’un noyau. On pense qu’au fur et à mesure de ses passages près du Soleil son activité s’amenuise jusqu'à ne plus pouvoir être distingué d’un astéroïde.

La coma

C’est un nuage de gaz sublimés(*) à partir du noyau et de grains de poussière entraînés par les gaz. La coma est composée principalement d’eau, de monoxyde de carbone (CO) et dioxyde de carbone (CO2), de méthanol et d’autres gaz volatils.

(*) Sublimation: passage immédiat d'un corps solide à l'état gazeux sans passer par l'état liquide intermédiaire.

Son rayon peut aller de 10.000 à 100.000 Km lorsque la comète est active. En général la coma commence à se développer vers 3 UA, pour certaines à 5 UA, voire au delà de 10 UA. C’est d’abord du CO, gaz le plus volatile qui s’échappe du noyau et qui explique l’activité distante des comètes avant 4 UA.

L’estimation d’un profil de température des gaz à l’intérieur de la coma dépend des modèles et des processus thermiques qui y sont pris en compte. A 1 UA, elle est de l’ordre de 100 ou 200 °K au niveau du noyau, avant de chuter à environ une dizaine de °K en quelques kilomètres.

Les molécules issues du noyau sont appelées molécules mères. Elles peuvent prendre part à des réactions chimiques, mais sont surtout photo-dissociées ou photo-ionisées par les UV solaires pour donner des molécules filles comme des radicaux, des atomes ou des ions observés dans l'UV ou le visible.

La queue d'ions, la queue de poussières et le nuage d'hydrogène

A de grandes distances du noyau, la coma se sépare en deux queues: la queue d'ions et la queue de poussières. Ces queues pointent en direction opposée à celle du Soleil. Leur position découle en effet directement de l’action du vent solaire sur les poussières et les molécules, et non de la trajectoire de la comète. Ces queues s'étendent sur des distances impressionnantes, le record étant détenu par la comète Hyakutake, avec une queue de 500 millions de Km de long.

1/ La queue d’ions:

2/ La queue de poussières:

3/ Enfin, un nuage d’hydrogène dont le rayon peut atteindre plusieurs millions de kilomètres (typiquement 100 millions de km) entoure la comète d’une enveloppe très ténue d’atomes d’hydrogène.

Un vaste nuage d'hydrogène entourait la comète de Hale-Bopp alors qu'elle s'approchait du Soleil au printemps 1997.
La lumière ultraviolette, analysée par l'instrument SWAN (Solar Wind Anisotropies) de la sonde SOHO, a mis en évidence un nuage de 100 millions de Km de large et diminuant en intensité vers l'extérieur (lignes de contour). Il excède de loin la queue de la comète (photographie insérée). Quoique généré par un noyau de comète (~ 40 Km de diamètre), le nuage d'hydrogène était 70 fois plus grand que le Soleil lui-même (rond jaune) et 10 fois plus large que le nuage d'hydrogène de la comète Hyakutake observée par SWAN en 1996.
Les rayons solaires cassent la vapeur d'eau relâchée par la comète sous l'effet de la chaleur du Soleil. Les atomes d'hydrogène résultants brillent sous la lumière ultraviolette invisible depuis la Terre. Même la vue du nuage de Hale-Bopp par un satellite serait perturbée par l'hydrogène autour de la Terre. Stationné à 1,5 millions de Km plus loin dans l'espace, SOHO a une vue claire.

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