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Les queues des comètes

Pourquoi, "les" queues ? Ben, parce qu'il en existe toujours plusieurs sur chaque comète. Il en existe quatre mon frère. Plus les Tu ne le savais pas, hein, quatre queues pour chaque comète. On va y revenir plus loin.

1. Généralités

La queue d'une comète est en plus de la chevelure, cette dernière étant un halo vaporeux englobant le noyau d'une comète en activité. Lorsque ce noyau, qui n'est qu'un petit objet glacé du Système solaire, se rapproche du Soleil apparaît ces phénomènes de chevelure et de queues de la comète.

À l'approche de notre étoile, la chevelure de la comète va subir les effets de pression de radiation, c'est-à-dire une pression exercée par le rayonnement électromagnétique, ici la lumière du Soleil. Constituée de plasma et de poussières, lorsque la comète se rapproche suffisamment du Soleil pour qu'il y ait une sublimation des glaces du noyau apparaît la queue. Cette sublimation est engendrée par le vent solaire, la température grandissante et la collision des photons avec la comète

Cela a pour effet de projeter des gaz et des poussières présents dans la coma (chevelure) sur de très longues distances en direction opposée à notre étoile.

La queue d'une comète ne résulte donc pas de son déplacement : elle est engendrée par le rayonnement solaire. La pression de radiation est due au transfert de quantité de mouvement au grain par les photons qui le frappent puis sont diffusés dans toutes les directions ; elle est proportionnelle à la surface que le grain présente au Soleil, donc au carré de ses dimensions.

L’attraction gravitationnelle du Soleil est une force antagoniste, qui est proportionnelle à la masse du grain, donc à son volume et au cube de ses dimensions. Cette attraction est prépondérante pour les gros grains, qui suivent donc la même trajectoire que la comète mais se dispersent progressivement le long de son orbite : ce sont eux qui produisent les étoiles filantes lorsque la Terre croise l’orbite d’une comète. En revanche, la pression de radiation devient importante pour les petits grains, qui sont accélérés en droite ligne vers l’extérieur du Système solaire d’autant plus qu’ils sont plus petits, formant la queue.

Tu sais qu'une comète peut, parfois, perdre sa queue ? Dingue, tu trouves pas ? Comprend bien.

Si la charge ionique de la queue devient insuffisante, les lignes du champs magnétique sont pressées les unes contre les autres à un point tel que, plus loin le long de la queue, une reconnexion magnétique survient. Cela mène à la déconnexion de la queue.

Cela a pu être observé à maintes reprises, notamment le 20 avril 2007 lorsque la queue ionisée de la comète de Encke s'est complètement détachée alors qu'elle a passé à travers une éjection de masse coronale (une éjection de masse coronale est une bulle de plasma produite dans la couronne solaire). Cet évènement fut observé par la mission spatiale STEREO de la NASA. Une déconnexion a également été observée le 26 mai 2010 sur C/2009 R1.

1. Les quatre queues

En effet, il existe quatre queues pour chaque comète, sauf exception. Etonnant, hein ? Il y a deux queues visibles à l'œil nu, et deux queues invisibles à l'œil nu.

1. Les deux queues visibles à l'œil nu

Ces deux types de queues, se distinguent non seulement par leurs couleurs, mais aussi par leurs formes. Le premier type de queue visible à l'œil nu est constitué de gaz ionisés (plasma), tandis que l'autre type de queue cométaire visible, est une queue de poussières, de couleur plutôt jaunâtre.

       a. La queue de poussière

Elle est brillante et formée de poussières éjectées de la tête de la comète, repoussées par la pression de radiation de la lumière solaire. Elle part à l’opposé du Soleil . Cette poussière est formée de grains qui s’éloignent de la comète avec une vitesse qui dépend de leur taille. La pression de radiation est due au transfert de quantité de mouvement au grain par les photons qui le frappent puis sont diffusés dans toutes les directions ; elle est proportionnelle à la surface que le grain présente au Soleil, donc au carré de ses dimensions.

L’attraction gravitationnelle du Soleil est une force antagoniste, qui est proportionnelle à la masse du grain, donc à son volume et au cube de ses dimensions. Cette attraction est prépondérante pour les gros grains, qui suivent donc la même trajectoire de la comète mais se dispersent progressivement le long de son orbite. La pression de radiation devient importante pour les petits grains, qui sont accélérés en droite ligne vers l’extérieur du Système solaire d’autant plus qu’ils sont plus petits, formant la queue.

Il n'empêche que les grains de poussières sont plus lourds que les particules du gaz et ont des vitesses plus faibles ; ils restent plus longtemps auprès de la comète dans sa trajectoire autour du Soleil par rapport aux particules de gaz, ce qui donne une forme courbée de la queue ainsi formée. Ces grains de poussières se déplacent sur l'orbite de la comète, et ceci fait que la queue est courbée.

Alors que la queue de plasma (voir ci-dessous b.) est parfaitement rectiligne et opposée au Soleil, la queue de poussières est très légèrement courbées. En effet, les grains de poussières qui sont plus lourds que les particules du gaz ont des vitesses plus faibles ; ils restent plus longtemps auprès de la comète dans sa trajectoire autour du Soleil, ce qui donne une forme courbée de la queue ainsi formée.

Comme le montre le shéma de gauche, les queues sont toujours opposées au Soleil. La queue de plasma, plus légère, est rectiligne et très opposée au Soleil, tandis que la queue de poussière, plus lourde, est très légèrement courbée.

Enfin, plus les queues se rapprochent du Soleil, plus elles s'allongent

       b.  La queue de gaz ionisée (appelée aussi queue de plasma)

Le mécanisme par lequel se forme la queue de gaz est complètement différent de celui de la queue de poussières.

Elle est de couleur bleue et elle est composée d'ions provenant des gaz ionisés par le rayonnement ultraviolet solaire. Ces ions sont accélérés jusqu'à des vitesses phénoménales de l'ordre de 400 kilomètres par seconde. En regard, la vitesse de déplacement d'une comète sur son orbite, quelques dizaines de kilomètres par seconde tout au plus, est ridiculement faible.

Son analyse spectroscopique montre que ce gaz contient des molécules ionisées perdant ainsi un électron. On y trouve en particulier les ions moléculaires CO+, CO2+, CH+, OH+, H2O+ et N2+. L’astronome allemand Ludwig Biermann (1907-1986) a montré en 1951 que ces ions sont entraînés par le vent émis continuellement par le Soleil à une vitesse de l’ordre de 400 km/s. Comme la comète se déplace à une vitesse bien plus faible que ce vent, la courbure de la queue de gaz ionisé est très faible.

Contrairement au reste de la comète, la queue de gaz émet de la lumière par elle-même : les ions moléculaires sont excités par le rayonnement solaire et émettent de la lumière en se désexcitant : c’est ce qu’on nomme la fluorescence. Comme le vent solaire est fortement perturbé par l’activité du Soleil, la queue gazeuse peut prendre différents aspects, souvent complexes.

2. Les deux queues non visibles à l'œil nu

Deux autres types de queues invisibles à l'œil nu sont parfois perceptibles avec des instruments de détection.

                       a. La queue d'hydrogène

C'est une enveloppe aux mensurations considérables mais très éparses. Elle est composé du plus léger des gaz de l'Univers, l'hydrogène, libéré après sublimation des glaces d'eau du noyau et dispersé sur des millions de kilomètres, par les vents solaires. Cette queue d'hydrogène n'est observable qu'avec des téléscopes d'observation en ultraviolet.

                       b. L'anti-queue

Non visible à l'œil nu et pas toujours détectable, elle a la particularité d'être orientée vers le Soleil ! Incroyable, hein ? Les spécialistes l'appelle donc "l'anti-queue". Bon, cela dit, la plupart des comètes n'expulsent pas suffisamment de matière pour former une anti-queue visible.

Elle est composée de poussières aux grains plus épais et plus lourds que les grains de la queue de poussière décrite ci-dessus (voir 1. a.). Elle est donc moins soumise aux effets des vents solaires qui repoussent naturellement les poussières à l'opposé de notre étoile par rapport au noyau de la comète.

Une comète peut avoir une anti-queue qui, vue de la Terre, se présente comme une pointe en saillie de la chevelure de la comète se dirigeant vers le Soleil et donc géométriquement opposée aux autres queues. L'anti-queue a tendance à rester dans le plan orbital et éventuellement former une traînée restant sur la même orbite.

Quand la Terre passe à travers le plan orbital de la comète, la partie de cette traînée pointant vers le Soleil peut être vue ; l'autre partie peut parfois être vue, même si elle tend à se confondre avec la queue de poussière. Cette anti-queue n'est habituellement visible que pendant le bref laps de temps que l'orbite de la Terre et celui de la comète se trouvent dans le même plan.

Notons que le terme d'anti-queue est utilisé uniquement lorsque celle-ci pointe vers le Soleil.

Prodigieux !

Le 20 avril 2007 les satellites du dispositif Stereo de la Nasa ont capturé les premières images jamais enregistrées de la collision entre la queue ionisée de la comète de Encke et un CME (Coronal Mass Emission = éjection de masse coronale = une bulle de plasma produite dans la couronne solaire) alors que la comète venait de franchir l'orbite de Mercure et s'approchait du Soleil. La queue de la comète s'est complètement détachée. Lorsque la tempête solaire a atteint la comète, sa queue de plasma a soudain été sectionnée, comme la flamme d'une bougie soufflée par une bouffée de vent. Les scientifiques suspectaient déjà qu'une éjection de masse coronale était parfaitement capable de tels effets sur la queue d'une comète, mais jamais un tel événement n'avait pu être observé.

Comment se forment les queues de comètes ? (voir shéma de droite)

La trajectoire de grains de poussière de différentes tailles (2 à 12 micromètres) est représentée dans le référentiel de la comète, qui se déplace vers la gauche selon la flèche. La direction du Soleil est vers le bas de la figure. Les grains partent du noyau à l’opposé du Soleil avec une vitesse très faible et sont accélérées par la pression de radiation de la lumière solaire, à laquelle s’oppose l’attraction gravitationnelle du Soleil.

Les petites particules sont plus accélérées que les grosses, comme le montre leur trajectoire. Le déplacement de la comète fait que les particules restent en arrière, ce qui infléchit la queue. Les lignes courbes en traits gras indiquent la trajectoire des grains, et les lignes radiales montrent la forme d’une queue qui serait produite par une éjection unique à un instant donné, en fonction du temps écoulé depuis cette éjection. Les queues réelles sont plus complexes car l’éjection varie au cours du temps. Remarque mon ami, à partir de l’échelle indiquée, de 10 millions de kilomètres, l’énorme taille de la queue.

570 millions de kilomètres !

C'est la taille de la plus longue queue de comète jamais mesurée, celle de la grande comète de 1996, C/1996 B2 (Hyakutake), soit 3.8 UA, c'est-à-dire 3.8 fois la distance Terre-Soleil. C'est presque deux fois plus long que la plus longue queue connue auparavant, celle de la Grande comète de 1843, qui avait 2,2 UA de long.

La chevelure d'une comète

D’ordinaire, les comètes ne sont que de minuscules petits rochers glacés perdus au fin fond du système solaire. Mais lorsqu’elles s’approchent du Soleil, elles s’échauffent et la glace qu’elles renferment se transforme alors en gaz et poussière.

Autour du noyau se forme la chevelure, appelée aussi "coma" de la comète.

La coma, c'est donc l'atmosphère créée à l'approche du Soleil par la sublimation (la sublimation est le passage d'un corps de l'état solide à l'état gazeux directement, sans passer par l'étape intermédiaire habituelle, c'est-à-dire l'état liquide) des éléments présents dans le noyau cométaire.

C'est la première activité d'une comète lorsqu'elle s'approche de notre étoile, le Soleil, à environ 3 à 5 unités astronomiques – u.a (1 unité astronomique = la distance entre la Terre et le Soleil soit environ 150 millions de kilomètres).

L'atmosphère cométaire est donc principalement composée des mêmes éléments que ceux présents dans le noyau. La place de l'eau y est importante puisque, en moyenne, la chevelure d'une comète est composée à 90 % d'éléments issus de la sublimation de l'eau présente dans le noyau.

Cela ne veut pas forcément dire que la chevelure d'une comète est faite à majorité d'eau sous forme de vapeur. En réalité, les molécules d'eau vont subirent les conséquences de la photodissociation, c'est-à-dire le pouvoir qu'ont les rayons solaires de "casser" les molécules sublimées. L'eau (H2O) va se briser en atomes d'hydrogène (H) et d'oxygène (O) sous l'effet de la lumière. Les photons émis par notre étoile vont entrer en interaction avec les molécules sublimées et affecter leurs liaisons chimiques.

Les chevelures cométaires sont généralement de forme sphérique, tout comme les atmosphères planétaires ou satellitaires de notre système solaire. Cependant, la taille du noyau solide et celle de la coma gazeuse sont incomparables. Le noyau ne mesure lui que quelques kilomètres, 5 à 50 km pour les plus grandes, la chevelure, quant à elle, atteint des mensurations astronomiques. Son diamètre est généralement compris entre 50 000 et 250 000 kilomètres, avec des limites extrêmes pouvant atteindre près de 1 800 000 kilomètres.

En octobre 2007, des astronomes des universités de Californie et d'Hawaï ont observé la plus grande chevelure cométaire jamais mesurée, celle de la comète 17P/Holmes. Pendant plusieurs jours et à l'approche du Soleil, la chevelure de la comète Holmes a en effet tellement enflé qu'elle a atteint un diamètre plus important que celui du Soleil ! Le 23 octobre 2007, son éclat apparent a été multiplié par un demi-million, et la comète est devenue observable à l'œil nu dans la constellation de Persée.

Cependant, la quantité de matière présente dans l'atmosphère cométaire est tellement faible que sa masse et sa densité sont presque négligeables.

Les analyses du gaz de la chevelure de la comète de Halley indiquent que celle-ci contient 80 % d'eau, 10 % de monoxyde de carbone, 3 % de dioxyde de carbone, 2 % de méthane, moins de 1,5 % d'ammoniac et 0,1 % d'acide cyanhydrique.

Si la comète est suffisamment active, la coma se prolonge par des traînées lumineuses appelées queues.

Ca va bien ma cousine ? On continue avec les queues ? Allons, allons, ne va pas t'imaginer des tas de trucs…

    Qu'est-ce qu'une comète ?

    Une comète (représenté en symbole astronomique) est, en astronomie, un petit corps céleste constitué d'un noyau de glace et de poussière en orbite (voir définition orbite et animation d'une orbite) autour d'une étoile. Lorsque son orbite, qui a généralement la forme d'une ellipse très allongée, l'amène près de cette étoile (par exemple le Soleil dans le Système solaire), la comète entre en activité.

     Elle est exposée alors à diverses forces émanant de cette dernière : vent solaire, pression de radiation et gravitation. Le noyau s'entoure alors d'une sorte de fine atmosphère brillante constituée de gaz et de poussières, appelée chevelure ou coma, souvent prolongée de deux traînées lumineuses composées également de gaz et de poussières, les queues (une de gaz ionisé et une de poussières), qui peuvent s'étendre sur plusieurs dizaines de millions de kilomètres.

    Ne confond pas comète et astéroïde !

    Un astéroïde, c'est un petit corps du Système solaire composé de roche, de métaux et de glace. Il a une forme irrégulière et ses dimensions varient de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres.

    Le premier fut découvert en 1801, et on en dénombre actuellement plus de 560 000 (ça en fait déjà pas mal, mon cousin !). Une grande partie évolue sur une orbite située entre Mars et Jupiter : la ceinture d’astéroïdes. Elle n’est pas nettement définie, mais se situe entre 2 et 4 fois la distance Terre-Soleil. Un autre groupement important est situé au-delà de l’orbite de Neptune : la ceinture de Kuiper. Contrairement aux comètes les astéroïdes sont inactifs.

    On suppose que les astéroïdes sont des restes du disque protoplanétaire qui ne se sont pas regroupés en planètes pendant sa formation.

    Certains astéroïdes croisant l’orbite de la Terre (appelés géocroiseurs) sont considérés comme objets potentiellement dangereux, à cause du risque de collision, et sont surveillés par des systèmes automatisés.

    La taille d'un astéroïde est très variable. Elle va de moins d'un kilomètre à près de 1.000 km de diamètre. Y'en a pour tous les goûts, mon pote !

    Les comètes se distinguent également des astéroïdes, autres petits corps, par l'activité de leur noyau. Cependant, les observations récentes de plusieurs astéroïdes présentant une activité cométaire, notamment dans la ceinture principale (ou ceinture d’astéroïdes), tendent à rendre de plus en plus floue la distinction entre comète et astéroïdes. Elles proviendraient de deux réservoirs principaux du Système solaire : la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort, tandis que les comètes interstellaires, ont une origine extérieure au Système solaire.

Ne t'affole pas, cousin, on va reprendre tout ça en détail.

Le noyau d'une comète

Les comètes sont en général des objets de petite taille. Le noyau, qui est le seul élément visible d'une comète quand elle n'est pas en activité, c'est-à-dire qu'elle ne rentre pas dans le territoire solaire délimité par l'héliopause, est un élément qui ne mesure que quelques kilomètres de long, voir une dizaine tout au plus. Il est visible uniquement avec de grands télescopes.

Le noyau d'une comète est composé de roche, de poussière et de gaz gelés. Il est la partie solide et centrale, populairement appelée "boule de neige sale". Pourquoi ce surnom, que je trouve à titre purement personnel, très moche ? En 1950, l'astronome américain Fred Whipple publie un article dans lequel il émet l'hypothèse que les comètes sont des conglomérats glacés. Alors, suite à cet article, des gens ont trouvé le surnom de "boule de neige sale" pour désigner le noyau d'une comète. Bon…

Les glaces représentent la majorité de la masse du noyau cométaire lesquelles sont composés à 80 % d'eau à laquelle s'ajoutent du monoxyde et du dioxyde de carbone. La nature de la roche elle-même et des grains de poussière du noyau sont composés principalement de silicates réfractaires comparables à ceux de la croûte terrestre.

Ainsi, le noyau d'une comète hétérogène et poreux et d'un amalgame de différents matériaux s'est créé au sein de la nébuleuse primitive il y a plus de 4.5 milliards d'années. C'est parce qu'ils conservent, dans leurs glaces, des grains qui n'ont pas changé depuis cette période, que les chercheurs s'intéressent de très près à ces corps célestes. La matière piégée témoigne des ingrédients présents autour du Soleil lors de la formation des planètes.

Ce qui est un peu surprenant, c'est que la partie solide de la comète, donc le noyau, est très sombre. Il fait partie des objets les plus noirs du Système solaire. Un noyau de comète à en moyenne un pouvoir réfléchissant de la surface (appelée albédo) très proche de 0. Ce qui fait que seuls 2 à 7 % des rayons du soleil sont réfléchis par la surface du noyau cométaire. ICe noyau est par une sorte de croûte composée de molécules organiques notamment du goudron. Même le charbon que l'on a sur terre est moins sombre que le noyau cométaire !

En fin de compte, la partie solide de la comète est donc son noyau, qui est composé de roche, de poussière et de gaz gelés le tout recouvert d'une croûte sombre.

Le noyau constitue une partie de la tête de la comète. L'autre partie est constituée de la chevelure de la comète.