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Les comètes : Structure et composition

Les comètes peuvent offrir des apparences très diverses. Toutefois, lorsqu'elles atteignent leur développement maximal, au voisinage du soleil, elles se présentent généralement sous l'aspect d'une nébulosité qui est le plus souvent bien plus longue que large que l'on peut diviser en deux parties qui sont la tête et la queue.

C'est dans la tête que se trouve le noyau de la comète. Ce noyau n'est pas visible car il est caché par la chevelure de la comète, il peut cependant être repéré par un point brillant au milieu de la chevelure à l'aide d'un télescope. La queue de la comète est sans aucun doute la partie la plus visible de la comète. Celle-ci est parfois immense et spectaculaire.

Néanmoins, on connaît encore assez mal la composition des comètes (celle-ci fait encore l'objet de nombreux débats). Toutes les données accumulées par les astrophysiciens proviennent principalement des observations du spectre d'émission de la coma. La plupart des éléments volatils n'ont été découverts qu'au travers de leurs signatures (raies d'absorption) dans les spectres visibles, infrarouge ou ultraviolet. De plus les données obtenues sont parfois difficiles à interpréter.

Le noyau

Le seul élément permanent des comètes est leur noyau. C'est à partir de lui que se développe au voisinage du Soleil, la chevelure et la queue. Son existence ne fait aucun doute bien que l'on n'ait jamais encore pu l'observer directement. Sa nature exacte demeure encore inconnue, mais on la décrit comme une boule de neige sale qui serait un conglomérat de roches, de poussières, de glace et de gaz congelés. Ce modèle rend bien compte de la formation de la chevelure et de la queue à l'approche du soleil par un phénomène de sublimation (passage de l'état solide à l'état gazeux) lié à l'action de rayonnement solaire.

Il est constitué de glaces et de poussières agglomérées ce qui lui donne un aspect plutôt irrégulier. Il est plutôt 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 n'existe aucune mesure directe de la composition des noyaux cométaires, et la déduire à partir des gaz qui sont observés dans la coma n'est pas une opération très facile. Le gaz et les poussières sont pour la plus grande part émis de la partie éclairée du noyau qui est la plus chaude.

On a récemment estimé à partir d'observations et de résultats de simulations expérimentales que le noyau était composé par : 26% de silicates, 23% de molécules organiques, 9% de particules carbonées, les 42% restant consistant en un mélange de molécules volatiles dominé par l'eau (près de 34% ).

La chevelure (ou coma)

Lorsque sous l'action du soleil le noyau cométaire commence à se sublimer à cause de la chaleur, il libère des gaz et des poussières qui créent autour de lui une nébulosité plus ou moins circulaire rendent la comète visible : c'est la chevelure.

C'est une sorte d'atmosphère assez dense entourant le noyau composé de gaz sublimés et de grains de poussière entraînés par les gaz. La coma est composée principalement d'eau, de monoxyde et dioxyde de carbone, de méthanol et d'autres gaz volatils. 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 CO, gaz le plus volatile qui s'échappe du noyau et qui explique l'activité distante des comètes avant ~ 4 UA. A cette distance, l'eau commence à sublimer. Pour la comète Hale Bopp, la production d'eau est devenue majoritaire à environ 3 UA.

Les queues des comètes et le nuage d'hydrogène

La partie la plus spectaculaire d'une comète est sans aucun doute celle qui apparaît la dernière : la queue. Celle-ci est une émanation de la chevelure qui prend naissance près du noyau, traversent la coma et s'étendent sur des distances considérables.

On distingue deux types de queues : la queue de type I est une queue de plasma (ou queue de plasma) et la queue de type II qui est une queue de poussières.

• La queue de type I, ou de plasma, est droite et fait un angle de quelques degrés avec le rayon vecteur (ligne joignant le Soleil à la comète), dans la direction opposée au mouvement; le spectre, qui est celui des ions déjà rencontrés dans la coma, est souvent dominé par le bleu de l'ion CO+. Elle peut atteindre 100 millions de kilomètres. Elle est rectiligne, entraînée par le vent solaire.
• La queue de poussières peut s'étendre sur 10 millions de kilomètres. 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'oeil 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.
• En fait, la plupart des comètes possèdent à la fois une queue de poussières et une queue de gaz (ou de plasma), mais celles-ci n'apparaissent nettement séparées que si la Terre se trouve dans lu direction perpendiculaire au plan de l'orbite de la comète. Au contraire, si la Terre se trouve dans le plan de l'orbite, les deux queues sont vues en superposition, ce qui interdit de les discerner. Tous les cas intermédiaires peuvent naturellement se présenter. C'est pour cela que l'on ne les distingue pas toujours

On distingue très bien sur cette photo de la comète Hale Bopp prise en 1997 la queue d'ions qui est très bien visible en bleu et la queue de poussières.

La formation et les caractéristiques des deux types de queues cométaires résultent des processus suivants : lorsque la comète se rapproche du Soleil, les glaces du noyau se subliment, parce qu'elles absorbent la lumière et la chaleur solaires. Le gaz libéré entraîne de la poussière et de petites particules de glace dans l'espace. Les particules de glace se vaporisent dans un halo sphérique de quelques centaines de kilo­mètres. La poussière, en revanche, est entraînée dans toutes les directions jusqu'à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres, avant d'être ultérieu­rement repoussée à l'opposé du Soleil par la pression de la radiation solaire : elle engendre alors la queue de poussières, dont la courbure s'ex­plique par le fait que le noyau de la comète se déplace sur son orbite pendant que les poussières se déplacent dans la queue. Quant au gaz ayant initialement entraîné la poussière du noyau, il n'est guère influence par la lumière solaire car il est pratiquement transparent. Il poursuit donc longtemps son expansion autour du noyau, engendrant la chevelure.

Enfin, un nuage d'hydrogène dont le rayon peut atteindre plusieurs millions de kilomètres (typiquement 100 000 000 km ) entoure la comète d'une enveloppe très faible d'atomes d'hydrogène.