Figure: Structure d'une comète. (© H. Cottin).
Depuis plus de deux siècles, nous savons que les comètes sont, comme les planètes, des objets soumis 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 les plus lointaines (voir Les Orbites des Comètes). Notre connaissance de la nature physique des comètes est plus récente. C'est vers 1950 que l'américain Fred Whipple a émis l'hypothèse qu'il s'agissait de petits corps d'un diamètre de l'ordre de quelques kilomètres, constitués essentiellement de glace d'eau et de roches. Les observations récentes ont confirmé cette hypothèse.
Loin du Soleil, les comètes ne sont constituées que de leur noyau, ce qui les rend encore inaccessibles à l'observation, compte-tenu de la petite taille et du faible éclat de celui-ci. 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, émettent un rayonnement observable depuis la Terre. On voit apparaître une "chevelure", encore désignée par son nom latin "coma", qui s'étend au fur et à mesure que la comète se rapproche du Soleil. Si la comète est suffisamment "active" - c'est-à-dire si l'éjection de gaz et de poussières est suffisante - , on voit se dessiner deux queues, l'une large et incurvée, l'autre étroite et rectiligne. La première est due à des poussières qui diffusent la lumière solaire; la seconde est due à des gaz ionisés dont la fluorescence est excitée par le rayonnement solaire.
Tableau : Caractéristiques de quelques comètes typiques.
------------------------------------------------------------------------------
Comète taille du noyau production de gaz production de
(diamètre équiv.) -------------------- poussiere
km molécules/s kg/s kg/s
------------------------------------------------------------------------------
46P/Wirtanen 1 1. x 1028 300 100
21P/Giacobini-Zinner 6 5. x 1028 1 500 400
1P/Halley 10 1. x 1030 30 000 20 000
C/1995 O1 (Hale-Bopp) 60 1. x 1031 300 000 600 000
------------------------------------------------------------------------------
Ce tableau donne les caractéristiques de deux petites
comètes à courte période, de la comète de
Halley et de la comète géante Hale-Bopp : taille du noyau,
taux de production de gaz et de poussière à environ 1
unité astronomique du Soleil.
L'activité de la comète est liée à deux facteurs: sa composition, avec en particulier sa teneur en éléments volatils; sa distance au Soleil, la comète étant d'autant plus active qu'elle passe près du Soleil. Les possibilités d'observation des phénomènes liés à l'activité d'une comète dépendent encore d'un troisième facteur: sa distance à la Terre au moment de l'observation.
Nous avons mentionné que l'eau est, parmi les éléments volatils, le constituant majoritaire. Connaissant l'énergie nécessaire pour provoquer la sublimation de l'eau, ainsi que le rayonnement émis par le Soleil, il est possible de calculer à quelle distance distance héliocentrique la sublimation de l'eau est susceptible de se produire. Les calculs montrent que le dégazage est attendu à une température d'environ 200 K (soit -73 degrés Celcius), ce qui correspond à une distance héliocentrique de 2,5 unités astronomiques. Or, de nombreuses comètes se sont montrées actives à de plus grandes distances héliocentriques. Ceci implique la présence dans le noyau d'autres composés plus volatils; c'est le cas en particulier du monoxyde de carbone (CO) et du dioxyde de carbone (CO2). dont la présence a été mise en évidence sur la comète de Halley. Bien d'autres molécules ont été identifiées depuis (voir Les Molécules des Comètes ).
Les constituants volatils sublimés sous l'action du rayonnement solaire, entraînant avec eux la poussière du noyau, forment la coma qui entoure le noyau. Mais les "molécules-mères" ainsi formées ont elles-mêmes une durée de vie relativement courte: sous l'action du rayonnement ultraviolet solaire, elles se dissocient en radicaux, en atomes et en ions. Les poussières vont former une traînée appelée "queue de poussières" tandis que les ions s'alignent dans la direction opposée au Soleil, le long de la "queue ionisée"; celle-ci peut s'étendre sur plusieurs millions de kilomètres.
C'est donc la diffusion du flux solaire visible par les particules cométaires qui est essentiellement responsable de l'aspect des comètes que nous connaissons; le noyau, quant à lui, est masqué par la forte luminosité de l'enveloppe de gaz et de poussières qu'il éjecte.
(Extrait et adapté du livre Les Comètes, J. Crovisier & T. Encrenaz, 1995, Belin/CNRS editions.)