Observatoire de Paris-Meudon
LESIA (Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique)
Hangar 17, Meudon



ÉQUIPE COMÈTES



NOTRE ÉQUIPE A QUARANTE ANS

Début décembre 1973, les raies de OH à 18 cm étaient détectées
dans la comète Kohoutek avec le radiotélescope de Nançay.
Cet événement a marqué le début de la radioastronomie cométaire
et la naissance de notre équipe.


Pour en savoir plus sur le début de cette histoire

Voir également l'article Il y a 40 ans la radioastronomie cométaire prenait son essor à Nançay.
L'Astronomie, novembre 2013, No 66, 34–41.

Cet événement a été le sujet de la conférence mensuelle de la SAF du 11 décembre 2013 à Paris :
40 ans d'observations cométaires avec le radiotélescope de Nançay



Nicolas Biver (depuis 1993)
Dominique Bockelée-Morvan (depuis 1979)
Pierre Colom (depuis 1985)
Jacques Crovisier (depuis 1973)

et les «anciens» du groupe qui sont souvent restés des collaborateurs actifs :
Didier Despois (de 1976 à 1979, maintenant à l'Observatoire de Bordeaux)
Éric Gérard (de 1973 à 2001, maintenant au GEPI, Observatoire de Paris)
Laurent Jorda (de 1990 à 1995, maintenant à l'Observatoire de Marseille)
Heike Rauer (post-doctorante de 1995 à 1997, maintenant au DLR, Berlin)
Florence Henry (de 1999 à 2003, maintenant ingénieur dans l'équipe VIRTIS du LESIA)
Jérémie Boissier (de 2004 à 2007, maintenant post-doctorant à l'IRAM)
Adeline Gicquel (doctorante 2008-2011)
Vladimir Zakharov (post-doctorant 2004-2015)
Vincent Debout (doctorant 2012-2015)

La comète Hale-Bopp
au dessus du radiotélescope de Nançay
le 9 avril 1997
(photo Nicolas Biver).


Qu'est-ce qu'une comète ?

Les comètes sont des petits corps célestes, d'un diamètre de l'ordre de quelques kilomètres, constitués essentiellement de glace d'eau et de roches. Comme les planètes, elles sont soumises au champ de gravitation solaire. Elles se déplacent sur des orbites très excentriques, qui les emmènent, dans certains cas, à de très grandes distances héliocentriques, au-delà de l'orbite des planètes géantes.

Loin du Soleil, les comètes ne sont constituées que de leur noyau, ce qui les rend encore inaccessibles à l'observation. Lorsque la comète se rapproche du Soleil, la température de la surface du noyau s'élève et les glaces se subliment, entraînant l'éjection de gaz et de poussières. Ces poussières, diffusant la lumière solaire, deviennent observable depuis la Terre. On voit apparaître une "chevelure" qui s'étend au fur et à mesure que la comète se rapproche du Soleil. Puis on voit parfois se dessiner deux queues : l'une, large et incurvée, est due à des poussières qui diffusent la lumière solaire ; l'autre, étroite et rectiligne, est due à des gaz ionisés dont la fluorescence est excitée par le rayonnement solaire.


Pourquoi étudier les comètes ?

Les comètes passent le plus clair de leur temps à de très grandes distances du Soleil, certaines d'entre elles allant, comme la comète de Halley, au-delà de l'orbite de Neptune. La faible gravité qui y règne, en raison de la petite taille de leur noyau, les a préservé de toute transformation métamorphique. La basse température à laquelle leur noyau est soumis leur permet de conserver à l'état solide les molécules les plus volatiles. Les comètes ne peuvent donc pas avoir subi de modification majeure depuis leur formation, en dehors de l'évaporation d'une couche extérieure de glace et de poussières à chaque passage à proximité du Soleil. Les comètes peuvent donc être considérées comme des témoins précieux de l'histoire du Système solaire. Or, de tels témoins sont rares: les planètes telluriques ont considérablement évolué, comme en témoigne leur diversité; les planètes géantes sont bien éloignées, et on ne peut étudier que leurs enveloppes externes; les météorites proviennent d'astéroïdes qui ont, le plus souvent, subi de multiples altérations. D'où l'occasion unique que présentent ces objets primitifs qui, en certaines circonstances, s'approchent suffisamment de la Terre pour permettre une étude approfondie de la composition primitive de notre Système Solaire.

En outre, les comètes présentent l'avantage d'offrir à l'observateur des conditions physico-chimiques radicalement différentes de l'environnement terrestre: Une température très basse; une pression extrêmement faible; un champ de gravitation quasiment nul; une atmosphère cométaire transitoire, en échappement permanent, soumise seulement au rayonnement solaire dans le visible et l'ultraviolet, qui dissocie et ionise ses molécules. Telles sont les conditions typiques de l'environnement cométaire. Ces conditions ne sont pas aisément reproductibles sur notre planète. La physique cométaire peut donc nous apprendre beaucoup sur la constitution des glaces à basse température, la chimie en phase gazeuse diluée et froide, la physique des changements d'état à basse température, la chimie hétérogène et les interactions entre molécules gazeuses et grains de poussière, la photochimie, la spectroscopie moléculaire.


Les objectifs et les résultats de l'équipe comètes

Notre équipe s'intéresse aux molécules dans l'environnement cométaire: leur observation par spectroscopie radio et infrarouge, la modélisation de leur spectres et de leurs processus physico-chimiques. Notre but est de comprendre les mécanismes qui régissent l'activité cométaire, de déterminer la composition des glaces cométaires à partir de celles des gaz qui sont relâchés, et de la relier à l'histoire de ces petits corps dans le contexte de la formation du Système Solaire à partir d'un nuage interstellaire.

La radioastronomie des comètes a commencé dans notre groupe avec la découverte en 1973 des raies OH à 18 cm dans la comète Kohoutek 1973 XII avec le radiotélescope de Nançay. Depuis, plus de 80 comètes ont été observées à Nançay (voir "l'observation des comètes à Nançay"). Un renouveau de la radioastronomie cométaire s'est opéré avec la mise en service de grands radiotélescopes millimétriques puis submillimétriques, permettant l'observation de nouvelles molécules. Ce qui a amené la découverte par notre groupe de la molécule HCN dans la comète de Halley en 1985 avec le télescope de 30 m de l' IRAM, puis de H2CO, H2S et CH3OH dans les comètes C/1989 X1 (Austin) et C/1990 K1 (Levy). Un grand moment a été l'observation des comètes exceptionnelles C/1996 B2 (Hyakutake) et C/1995 O1 (Hale-Bopp) en 1996-1997. Une vingtaine de nouvelles molécules ont été découvertes (voir "les campagnes d'observation des comètes Hyakutake et Hale-Bopp", " de nouvelles molécules dans la comète Hale-Bopp", "de l'antigel dans la comè Hale-Bopp"), dont certaines molécules organiques complexes comme l'acide formique (HCOOH), le formiate de méthyle (HCOOCH3) ou l'éthylène glycol (HOCH2CH2OH). En juillet 2000, la fragmentation, puis la disparition de la comète C/1999 S4 (LINEAR) ont pu être observées en direct avec le radiotélescope de Nançay et le 30 m de l'IRAM (voir "l'éclatement d'un noyau cométaire observé en direct"), permettant d'observer la bouffée de gaz qui a accompagné l'événement. En mai 2006, la comète fragmentée 73P/Schwassmann-Wachmann 3 est passée près de la Terre. L'observation des ses principaux fragments en radio et en infrarouge a montré une remarquable similitude de composition (voir "la diversité chimique des comètes remonte à leur origine"). Le 24 octobre 2007, la petite comète 17P/Holmes a eu un spectaculaire sursaut d'éclat. Nous avons suivi cet événement avec les radiotélescopes de Nançay, de l'IRAM et du CSO (voir "Qu'est-il arrivé à la comète 17P/Holmes ?")

Enfin, notre équipe s'est résolument tournée vers les techniques spatiales. Après l'exploration de la comète de Halley avec les sondes VEGA, l'observation du spectre infrarouge de la comète Hale-Bopp avec ISO, les observations d'une raie radio de l'eau dans plusieur comètes avec le petit radiotélescope spatial Odin, nous nous préparons aux observations avec l'observatoire spatial submillimétrique Herschel, et bien sûr, à l'exploration de la comète Churyumov-Gerasimenko avec la sonde spatiale Rosetta (voir "les implications dans les projets spatiaux").

Les activités théoriques de notre groupe remontent à 1974, avec la modélisation de l'excitation des raies radio de OH, puis de la cinématique de cette molécule pour interpréter les profils de raie. Cette modélisation a ensuite été étendue à de nombreuses molécules, afin de préparer les observations radio et infrarouge de la campagne de la comète Halley, en 1985-1986 (et plus particulièrement celles du projet spatial VEGA-IKS), puis des autres campagnes et projets d'observations, au sol et spatiaux.

  • L'observation des comètes à Nançay.

  • Les campagnes d'observation des comètes Hyakutake et Hale-Bopp (version htmlversion pdf).
    (D'après Images de la Physique 2000, CNRS.)

  • Les implications dans les projets spatiaux.



    Mise à jour : novembre 2015 — J. Crovisier.