Astronomie

Composition

Le modèle de "boule de neige sale" pour décrire le noyau des comètes, proposé par Whipple a marqué le début de l’ère moderne de l’étude des comètes. Depuis, ce modèle 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.

<<< Fred Whipple, c'est le père du modèle "boule de neige sale" pour expliquer la structure des noyaux cométaires. Modèle proposé en 1950.

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. il est admis qu’au fur et à mesure des 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 de température des gaz à l’intérieur de la coma dépend des modèles et des processus thermiques qui y sont pris en compte. Mais de façon assez général, 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:

- Elle peut atteindre 100 millions de Km. Le record est détenu par la comète Hyakutake, avec une queue de 500 millions de Km.

- Elle est rectiligne, entraînée par le vent solaire.

- Cette queue est composée par les ions issus de la photochimie dans la coma.

2/ La queue de poussières:

- Elle peut s’étendre sur 10 millions de Km.

- Elle est formée des particules de poussière qui sont éjectées du noyau lorsque les gaz subliment.

- C’est la partie qui est visible à l’œil nu pour les comètes les plus spectaculaires.

- Cette queue est courbe et sa direction opposée au Soleil.

- Les grains finissent par se satelliser autour du Soleil, et quand la Terre entre dans une région qui a été traversée par une comète, les particules, en pénétrant dans l’atmosphère, produisent des étoiles filantes.

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).
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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