La Mort des Comètes

Les comètes ne sont pas des astres immuables. Elles évoluent et peuvent disparaître de bien des manières.

1. La Mort par Épuisement

Une comète peut perdre une couche de glace de plusieurs dizaines de centimètres à chacun de ses retours près du Soleil. Après de multiples retours, elle peut avoir complètement épuisé ses éléments volatiles et cesser toute activité : la comète est épuisée. C'est alors une comète éteinte. Il est probable qu'un certain nombre de petits corps classifiés comme astéroïdes soient en fait des noyaux d'anciennes comètes, maintenant épuisées.

1. La Mort par Étouffement

Les gros grains de poussière (les galets sont difficiles à entraîner par le gaz qui s'échappe des noyaux cométaires) peuvent s'accumuler et former une croûte. Cette croûte isole et protège la glace sous-jacente du chauffage du Soleil. Si elle recouvre toute la surface, la comète est étouffée et devient inactive. Elle est devenue une comète dormante. Un chauffage plus intense (par rapprochement du Soleil ou changement d'orientation) peut cependant souffler et faire disparaître la croûte, et ainsi réveiller l'activité de la comète.

Une croûte peut se former ou disparaître au cours d'un seul passage près du Soleil. On a ainsi vu des objets, classifiés comme astéroïdes, se réveiller et révéler une activité cométaire.

Il semble que les surfaces de la plupart des noyaux cométaires sont partagés entre zones actives où la glace est exposée et zones inactives recouverts d'une croûte protectrice. Cette distinction est bien visible sur les images de la comète de Halley obtenues lors de son exploration spatiale.

1. La Mort par Éclatement

Les noyaux cométaires sont très fragiles et un rien semble pouvoir les briser. Ainsi, on a souvent observé l'éclatement de comètes qui passent près d'une grosse planète (comme Jupiter) ou près du Soleil (comme les sungrazers, ces très petites comètes qui rasent le Soleil et ne nous sont souvent révélées que par des observations coronographiques ou à l'occasion d'une éclipse de Soleil). Leur noyau est alors soumis à des tensions internes suite aux effets de marées qu'il subit.

D'autres comètes éclatent sans raison apparente, parfois loin du Soleil. Il semble que la production de gaz due à leur activité suffise à les fragiliser et à les briser.

Souvent, les fragments ainsi produits s'épuisent rapidement, ou se fragmentent à nouveau. La comète disparaît alors complètement.

1. La Mort par Collision

Les collisions entre petits corps et planètes, rarissimes à l'échelle humaine, ne le sont pas du tout à l'échelle de temps du Système solaire et jouent un rôle important dans l'évolution dans l'évolution des comètes, des astéroïdes et des planètes.

L'un de ces événements a pu être observé récemment : la chute de la comète Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter en juillet 1994.

1. Disparition par Éjection du Système solaire

Les comètes qui passent au voisinage d'une grosse planète (particulièrement de Jupiter) voient leur orbite perturbée par l'influence gravitationnelle de cette planète. D'elliptique, l'orbite peut devenir hyperbolique. La comète quitte alors le Système solaire.

De nombreuses comètes ont ainsi été perdues juste après leur formation. Mais ce phénomène joue toujours, et une certaine proportion de comètes sont observées sur des orbites hyperboliques

INTRODUCTION

Les noyaux de comètes contenant de la glace font que l'origine des comètes ne peut exister que dans un endroit très froid, c'est au-delà de ce que les astronomes appellent la "ligne des glaces" que les comètes se forment.

Cette "ligne de glaces" est la distance au Soleil au-delà de laquelle les éléments volatiles tels que l'eau se retrouve à l'état solide et peuvent se conglomérer pour former des corps de plus en plus gros.

Contrairement à la roche, la glace colle. Tu as certainement fait l'expérience de mettre ta langue sur un morceau de glace et tu constates que parfois elle reste un peu collée. Dans l'Univers, cette propriété collante de la glace est conservée, ce qui permet de former de nombreux corps plus facilement, mais aussi plus rapidement.

D'ailleurs, sans compter le Soleil, la quasi-totalité de la masse de notre Système solaire est concentrée au-delà de cette ligne des glaces, situé à environ 3 unités astronomiques de notre étoile (c'est-à-dire du Soleil).

Les seuls éléments qui se trouvent entre le Soleil et la ligne des glaces sont les planètes telluriques (Mercure, Vénus, la Terre, et Mars) et leurs satellites (la Lune pour la Terre, Phobos et Deimos Mars) ainsi que la ceinture d'astéroïdes. Au-delà de la ligne des glaces se trouve les planètes géantes (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) et leur soixantaine de satellites, les objets transneptuniens (voir PDF de 24 pages) comme Pluton et Sednal, la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort, ces deux derniers éléments regroupant des milliers de milliards de petits corps.

Concernant l'origine des comètes, en plus de la ligne des glaces, la position de la comète en formation par rapport à l'orbite de la planète Neptune joue aussi un rôle déterminant dans sa vie. En effet, si une comète se forme entre la ligne des glaces et Neptune (qui se situe à 30 unités astronomiques du Soleil) les interactions gravitationnelles entre les planètes géantes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) et la comète fraîchement formée ont pour conséquence d'expulser cette dernière vers le Système solaire externe.

Les comètes ainsi expulsées se retrouvent au sein d'un immense réservoir très lointain appelé le nuage d'Oort, qui serait localisé entre eux 20 000 et 100 000 unités astronomiques du soleil ! Ce très vaste réservoir de comètes est le point de départ de la plupart des comètes à longue période (c'est-à-dire dont la période excède les 200 ans).

En revanche, les comètes formées au-delà de l'orbite de Neptune sont beaucoup moins perturbées par les effets gravitationnels des géantes, et reste dans un autre réservoir cométaire, la ceinture de Kuiper, situés au-delà de l'orbite de Neptune, entre 30 et 55 unités astronomiques du soleil.

Comme la ceinture d'astéroïdes, localisée entre les orbites de Mars et de Jupiter, la ceinture de Kuiper est composée de milliards de petits corps. Cependant, la composition de ces corps est très différente entre les deux ceintures. Quand les astéroïdes sont majoritairement composés de roches et de métal, les objets de la ceinture de Kuiper sont plus légers et composés essentiellement d'éléments volatiles tels que l'eau, l'ammoniaque et le métal.

La ceinture de Kuiper est donc un gigantesque réservoir de comètes. Les comètes provenant de cette ceinture sont généralement des comètes à courte période, c'est-à-dire qu'elles effectuent leur orbite autour du soleil en moins de 200 ans.

Et maintenant, mon cousin, tu te demandes comment les comètes quittent-elles leur réservoir ?

Les deux réservoirs cométaires, la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort, sont localisés à des distances très différentes par rapport au centre du Système solaire. Par conséquent, les raisons qui font qu'une comète située au sein d'un de ces deux réservoirs change d'orbite pour s'approcher du Soleil sont bien différentes dans les deux cas.

La ceinture de Kuiper, localisé près de l'orbite de la dernière planète géante par rapport au Soleil (c'est-à-dire Neptune), est régulièrement perturbée gravitationnellement par les planètes massives du système solaire externe. la ceinture de Kuiper étant relativement aplanie et plus ou moins sur le plan de l'écliptique où se situent les planètes, les comètes qui s'y trouvent ne sont jamais très loin de ces dernières et se font happer par l'attraction des planètes géantes vers le centre du système solaire.

Pour les comètes provenant du nuage d'Oort, les perturbations gravitationnelles peuvent aussi être la cause de leur décrochage vers le centre du système solaire. Cependant, ce ne sont pas les planètes géantes qui en sont la cause, mais les étoiles proches qui, en passant auprès de notre système solaire, perturbent ce nuage de petits corps glacés. Plus précisément, une théorie avance que ce serait plutôt les ondes de densité qui parcourent notre galaxie, et donc l'ensemble des étoiles de notre voisinage agissant collectivement, qui seraient à l'origine de la déstabilisation gravitationnelle de ses comètes.

Enfin, dans de rares cas, les rencontres sont aussi à prendre en considération. Si deux comètes se percutent sans s'autodétruire intégralement, ou si elles passent à proximité de l'autre, leur changement de vitesse, et donc d'orbite, peut les mener à se rapprocher du centre du système solaire et à entrer en activité à l'approche de notre étoile.

Bon, après ces amuses-gueules, ont entre dans le dur !

Naissances des comètes

L'origine du Système solaire et la formation des comètes

Le Système solaire se serait formé à la suite de la contraction d'un nuage interstellaire qui a formé un disque. Les comètes seraient alors des planétoïde résultant de l'accrétion (voir à droite) de poussières et de la condensation de gaz dans ce disque. Si ce scénario est communément retenu, de nombreuses variantes ont été proposées et bien des détails de son déroulement sont encore très incertains.

La présence de molécules très volatiles dans les noyaux cométaires, la similarité de leur composition avec la matière interstellaire suggèrent fortement que ces corps ont retenu sous une forme quasi intacte la matière présente dans la Nébuleuse solaire primitive. D'où l'intérêt de l'étude des comètes pour comprendre l'histoire de notre Système solaire.

Cependant, les comètes ont pu retenir des compositions différentes, et subir des histoires diverses, suivant leur lieu de formation dans le Système solaire.

Schéma de l'accrétion de poussières et de la condensation de gaz ayant aboutis à la formation des planètes et des comètes

Le Nuage de Oort

Les comètes formées à l'intérieur de l'orbite de Neptune n'avaient pas des orbites stables. Perturbées par l'attraction gravitationnelle des planètes géantes, elles ont été soit éjectées à l'extérieur du Système solaire, dans l'espace interstellaire, soit rejetées sur des orbite plus éloignées. Elles ont alors formé le Nuage de Oort (voir illustration d'artiste à gauche), du nom de l'astronome néerlandais Jan Oort (1900-1992) qui a formulé cette hypothèse vers 1950.

Le nuage de Oort serait sphérique et s'étendrait jusqu'à près de 100000 unités astronomiques du Soleil. Il pourrait contenir environ mille milliards de comètes. Des perturbations occasionnelles (par des étoiles proches du Soleil) peuvent à nouveau changer les orbite de ces comètes et les réinjecter vers le Soleil. Ce sont alors des comètes dynamiquement nouvelles. Elles sont caractérisées par une gamme étendue de périodes orbitales (voir dans le munu ci-dessus "caractéristiques"), et des orbites inclinées au hasard sur l'écliptique (le plan dans lequel tournent toutes les planètes). Les comètes P/Halley et Hale-Bopp sont de telles comètes. Le Nuage de Oort est donc un réservoir de comètes.

La Ceinture de Kuiper

Les comètes formées au delà de l'orbite de Neptune sont restées sur des orbites relativement stables. Elles ont formé la Ceinture de Kuiper, ou Ceinture d'Edgeworth-Kuiper - des noms des astronomes irlandais Kenneth Edgeworth (1880-1972) et américain Gerard Kuiper (1905-1973).

Les orbites de telles comètes peuvent cependant évoluer : elles deviennent alors des comètes à courte période (voir dans le menu ci-dessus "caractéristiques"), gardant leur faible inclinaison sur le plan de l'écliptique. Les comètes dites de la famille de Jupiter, de faible inclinaison et de période inférieure à 20 ans, auraient ainsi évolué à partir de la Ceinture de Kuiper, qui constituerait ainsi notre deuxième réservoir de comètes.

Certains astéroïdes ont été découverts entre Jupiter et Neptune, sur des orbites à forte excentricité : ce sont les Centaures. Ils pourraient être des objets en migration provenant de la ceinture de Kuiper. L'un d'entre-eux, (2060) Chiron, présente même une activité cométaire (il a été renommé comme la comète 95P/Chiron).

Longtemps simple hypothèse, la Ceinture de Kuiper est devenue une réalité en 1992 avec la découverte de l'objet trans-Neptunien 1992 QB1. Depuis, plusieurs centaines d'objets trans-Neptuniens ont été découverts. La planète Pluton ne serait que le plus gros représentant de cette classe d'objets.

Les comètes sont-elles à l'origine de l'eau terrestre ?

Tous les corps du Système solaire sont bombardés sans cesse par des astéroïdes des comètes et autres petits corps. La présence de cratères d'impact sur la Lune et d'autres planètes ou satellites en est la preuve. On estime que ce bombardement était bien plus intense autrefois. D'où l'hypothèse que les chutes de comètes sur Terre auraient pu contribuer à la composition actuelle de son atmosphère et de ses océans. En particulier, la glace des comètes aurait pu apporter l'eau des océans.

Un test puissant permettant de comprendre l'origine de l'eau cométaire et de la comparer à l'eau terrestre est la mesure de la proportion de deutérium dans l'eau. Le deutérium (D) est un isotope de l'hydogène : son atome contient un neutron en plus du proton unique de l'hydrogène normal. Hydrogène et deutérium ont les mêmes propriétés chimiques, mais des propriétés physiques différentes dues à leur différence de masse. Le deutérium ne représente que 1/30000 de l'hydrogène du milieu interstellaire ou de la Nébuleuse primitive pré-solaire.

Il a été possible d'observer HDO et de mesurer ainsi le rapport deutérium/hydrogène dans l'eau de quelques comètes. On trouve ainsi un enrichissement en deutérium d'un facteur 10 par rapport au milieu cosmique (où D/H = 1/30000) et à la Nébuleuse primitive qui a donné naissance au Système solaire. Cependant, la concentration en deutérium est deux fois plus élevée dans l'eau cométaire que dans l'eau terrestre. Ce qui suggère une autre origine pour l'eau terrestre. Peut-être à partir de météorites carbonées, qui auraient le bon rapport D/H.

Mais cette conclusion n'est peut-être pas définitive. Elle est basée sur l'étude du deutérium dans seulement trois comètes, toutes à longue période, provenant du nuage de Oort. On ignore encore tout de ce rapport pour les comètes à courte période, qui ont probablement été plus nombreuses à percuter la Terre, et qui ont suivi une histoire différente.

Les comètes ont-elles apporté la vie sur Terre ?

Les comètes ont-elles apporté la vie sur la Terre ? Parmi les molécules cométaires identifiées se trouvent des molécules prébiotiques comme HCN, HC3N, H2CO ou H2S. Des molécules organiques encore plus complexes sont présentes (voir "Les molécules des comètes"). L'apport de telles molécules sur la Terre primitive, à un moment où les collisions cométaires étaient fréquentes, a pu jouer un rôle majeur dans le développement de la vie sur la Terre. Une grande partie de ces molécules est probablement détruite lors de l'impact à grande vitesse des comètes sur la Terre. On sait, cependant, que les comètes explosent dans la haute atmosphère lors de cet impact. Des petits fragments se produisent, qui peuvent être ensuite efficacement freinés et atteindre la surface terrestre en conservant une partie de leur contenu moléculaire organique.

L'apport de matière organique extraterrestre est par ailleurs attesté par l'analyse des météorites. Certaines d'entre elles, les chondrites carbonées, contiennent, outre un matériau organique insoluble de nature mal définie (goudron), certaines molécules organiques parfaitement identifiables, dont des composés complexes incluant même des acides aminés (glycine, alanine, acide glutamique...). Ces molécules complexes ne sont présentes qu'en quantités infimes, et il faut toutes les ressources sophistiquées de la microanalyse chimique moderne pour les identifier. On voit ainsi ce que l'on peut espérer des retours sur Terre d'échantillons cométaires.

Tout ceci rappelle l'ancienne hypothèse de la panspermie selon laquelle la vie aurait pu être transportée sur Terre par des spores provenant de mondes extérieurs. Mais il y a une différence fondamentale : comètes et météorites ne nous auraient apporté que les briques à partir desquelles la vie aura pu se construire, et non pas la vie elle-même.

Et ensuite ?

Une fois formées, les comètes évoluent et finissent parfois par disparaître. Voir la mort des comètes.