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Paris le 16 décembre 2006
Le Conférencier : Ami de longue date de notre collègue André VIA, Émilio ORTIZ est né en France en 1923 de mère française et de père sud-américain. Ancien pilote de l'aéronautique navale puis pilote de ligne pour la Compagnie Air France, il a fait l'essentiel de sa carrière civile sur les longs courriers. Émilio ORTIZ a pris sa retraite en 1983. Il vit actuellement à Paris avec son épouse australienne. Ils ont deux enfants et trois petits-enfants.
Astronome amateur, connaissant bien les constellations, ORTIZ a pu observer toutes les grandes comètes de la seconde partie du XXème siècle et, au cours de ses vols, il a découvert lui-même trois nouvelles comètes. Pour des raisons de délais de communications, son nom n’a été officiellement attribué qu’à un seul de ces astres errants. Il s’agit de la comète 1970-VI WHITE-ORTIZ-BOLELLI, partagée avec un Australien et un Chilien. ORTIZ devenait ainsi le premier Français depuis cinquante ans à inscrire son nom dans le ciel. Il fut suivi, seulement en 1986, par Jacqueline CIFFREO, astronome qui étudiait les plaques photographiques lors de l’observation de la comète de HALLEY.
La Conférence : Le temps imparti (50 minutes) ne permettant pas d’approfondir le sujet, E. ORTIZ fit un résumé des connaissances actuelles concernant les comètes. Après un bref rappel des descriptions des comètes dans l’histoire et de leur interprétation par les astronomes des différentes époques, le conférencier fit un bref exposé sur les caractéristiques des comètes, leur origine, leur composition, leur classification, les conditions de leur découverte et de leur observation. Il évoqua la comète de HALLEY et les missions scientifiques lancées à sa rencontre. Il mentionna aussi la célèbre comète SHOEMAKER-LEVY 9 qui, en 1994, captée par Jupiter, se brisa en plusieurs fragments qui se précipitèrent sur la grande planète et provoquèrent des impacts spectaculaires.
INTERPRÉTATION DES COMÈTES DANS L'HISTOIRE
Les comètes, astres mobiles, fugitifs, aux formes variées, ont intrigué et effrayé les hommes depuis la plus haute antiquité. On en trouve mention sur des tablettes d’argile de Mésopotamie, dans les chroniques de la Cour de Chine. Ces astres étranges sont généralement associés à des événements néfastes : décès de souverains, guerres, famines. En Grèce, Aristote (IVème av. J.-C.) a pu observer une comète et a tenté une explication rationnelle, malheureusement erronée (il imagine une émission gazeuse issue de la Terre et demeurant dans le monde sublunaire). A Rome, au début de notre ère, le philosophe SÉNÈQUE décrit les comètes comme des phénomènes naturels que les générations futures sauront expliquer.
Les temps troublés du Moyen Age font renaître les frayeurs et les populations voient les comètes sous forme de sabres, de poignards, voire de monstres. Ce sont, de nouveau, des prodiges maléfiques, annonciateurs de violences et de malheurs expliqués. En 1066, la Tapisserie de Bayeux montre les compagnons de HAROLD terrorisés par une comète. Au XVIème siècle, l’astronomes danois Tycho BRAHÉ (1546-1601) est le premier observateur bien équipé en matériel. Il tente de mesurer la parallaxe d’une comète et évalue sa distance à six fois celle de la Lune. La mesure est fausse mais c’est la première mise en doute du système d’ARISTOTE. Pour Johannes KÉPLER (1571-1630), héritier des tables de Tycho BRAHÉ, les comètes sont des astres aux trajectoires rectilignes venues des confins du ciel. Contemporain de KÉPLER, le moine physicien Galiléo GALILÉI (1564-1642) a l’idée d’adapter les nouvelles lunettes d’approche à l’observation du ciel. Il invente ainsi la lunette astronomique en 1609 et découvre les reliefs de la Lune, les satellites de Jupiter, les phases de Vénus, une bizarrerie sur Saturne. C’est la fin du système d’ARISTOTE et les débuts de l’astronomie moderne. Edmond HALLEY (1656-1742), mathématicien et astronome, est intrigué par le phénomène des comètes. Il a l’occasion d’en observer deux et il entreprend de définir leur trajectoires. Afin de confirmer ses travaux, il se rend auprès de son aîné Isaac NEWTON (1642-1727), physicien et mathématicien réputé. NEWTON a déjà défini les trajectoires des comètes mais ne retrouve pas ses calculs. En l’aidant à reconstituer sa recherche, HALLEY découvre l’importance des travaux de NEWTON et l’aidera à les publier. Ce sera une étape majeure dans l’histoire de la science, les “ Principia mathematica ” (1686). En 1705, HALLEY soupçonne que la comète de 1682 décrit une orbite elliptique, qu’elle est donc périodique, et il calcule son retour pour 1758. Il ne le verra pas mais ce retour sera confirmé : un fermier allemand redécouvre la comète à la Noël, proche de la positio prévue. Les comètes devenaient des astres rares mais familiers.
DESCRIPTION DES COMÈTES
A partir du XVIIIème siècle, les descriptions deviennent de plus en plus objectives mais, déjà en 1590, l’astronome Johannis HÉVÉLIUS avait publié un catalogue avec des dessins de queues de comètes
En 1835, ont été publiés les premiers dessins de la comète de HALLEY et, en 1858, la première photographie d’une comète, celle de BENNETT.
Une comète apparaît généralement dans le ciel comme de petite taches diffuses à des positions imprévisibles (sauf en ce qui concerne les comètes périodiques). Les astronomes distinguent alors un astre qui n’est pas à une place habituelle. Cet astre est immobile, comme une nébuleuse, mais au cours des nuits, sa position se déplace dans le ciel par rapport aux étoiles. Généralement, on voit une queue se développer. Cependant, il arrive qu’une comète apparaisse déjà munie de sa queue lumineuse. C’est le cas des comètes qui passent très près du Soleil et que l’on découvre bas sur l’horizon au petit matin ou au crépuscule du soir. Lorsqu’elle s’approche du Soleil, la comète devient de plus en plus brillante mais elle disparaît alors en quelques jours sous l’horizon. On peut l’apercevoir plus tard à l’horizon juste avant le lever du Soleil avant que la lumière du jour ne la fasse disparaître. Les nuits suivantes, on pourra la voir, de plus en plus loin du Soleil, à l’apogée de sa luminosité. Lorsqu’elle est assez loin du Soleil, la comète peut être vue en pleine nuit, haut dans le ciel, avec une longue queue lumineuse, parfois deux. Certaines comètes sont passées assez près de la Terre pour que leur queue occupe la moitié du ciel. Certaines ont été si brillantes qu’elle pouvaient être vues de jour. Il n’y a, en général que quelques très belles comètes par siècle. Pour ceux qui ont pu les voir, c’est un spectacle inoubliable.
TRAJECTOIRE DES COMÈTES
On a vu que, selon KÉPLER, ce sont des trajectoires rectilignes. Les comètes viennent des confins de l’Univers et traversent le système solaire à des vitesses considérables et à de grandes distances de la Terre. En 1610, il déclare : “ les comètes sont partout dans le ciel, innombrables ”.
En 1680, pour NEWTON, qui a inventé le calcul infinitésimal et établi les lois de la gravitation universelle, les comètes se déplacent selon des paraboles très allongées. Elles viennent des confins de l’Univers et y retournent après leur passage près de notre planète. En 1690, HALLEY pense que certaines comètes décrivent des ellipses dont le soleil est l’un des foyers, ce qui les ramène périodiquement aux abords de la Terre. Cette hypothèse est confirmée durant l’hiver de 1958-1959.
Au XVIIIème et au XIXème siècle, les calculs sont améliorés, grâce en particulier au physicien français LAPLACE. Les comètes décrivent, par rapport au Soleil des trajectoires qui appartiennent à la famille géométrique des “ coniques ”. Ainsi, à la fin du XXème siècle ont pouvait classer toutes les comètes connues en trois familles selon leurs trajectoires :
- Comètes à trajectoire elliptique, donc périodiques : près de trois cent comètes avec des périodes courtes (moins de 10 ans), des périodes moyennes (entre 10 et 200 ans) ou des périodes longues (supérieures à 200 ans).
- Comètes à trajectoire parabolique (près de trois cent).
- Comètes à trajectoires hyperboliques, (moins d’une centaine).
La recherche des comètes
NEWTON avait inventé le télescope, le Hollandais Christian HUIGHENS (1629-1695) en perfectionna l’optique et les astronomes disposèrent d’instruments performants. L’observation du ciel devint la grande activité des astronomes. Les nouveaux instruments permettaient de voir plus loin et l’observation des astres fit des progrès considérables. A la fin du XYIIème siècle, HÉVÉLIUS, un astronomes de Dantzig, dressa un répertoire de queues de comètes. Au XVIIIème siècle, l’astronome français MESSIER fut surnommé par LOUIS XIV le “ furet des comètes ”. A la fin du siècle, Caroline HERSCHEL, sœur du grand astronome découvreur de la planète Uranus (1797), se spécialisa dans la recherche des comètes. Elle en découvrit huit. Au XIXème siècle, on trouve le Français Jean-Louis PONS, champion absolu avec 37 comètes entre 1801 et 1827. Au XXème siècle, la chasse aux comètes devient une activité des astronomes amateurs, souvent avec des instruments aussi simples que de simples jumelles. Dans la seconde moitié du siècle, de jeunes amateurs japonais se font une place éminente (SUGANO, SAIGUSHA, SÉKI, FUJIKAWA, IKÉYA). Les satellites scientifiques. aussi découvrent des comètes (IRAS), ainsi que le télescope spatial HUBBLE. Les grands télescopes sont handicapés désormais par le coût de leur mise en œuvre et par leur sensibilité qui les empêche d’observer près de l’horizon. Les amateurs conservent leur chance et le champion actuel est l’Australien BRADFIELD avec près de vingt comètes à son actif.
STRUTURE SCHEMATIQUE D’UNE COMÈTE
Le noyau. Une comète est composée d’un noyau compact qui sous l’effet de la chaleur des rayons solaires, libère des gaz très volatils. Les noyaux ont généralement des dimensions de l’ordre du kilomètre ou de la dizaine de kilomètres mais on en connaît qui dépassent les cent kilomètres. Le noyau venant des confins du système solaire est progressivement éclairé et réchauffé par les rayons du Soleil. Aux abords de Saturne, les gaz réchauffés se dilatent, s’échappent de la surface et diffusent autour du noyau. La luminosité du noyau dépend de la nature de sa surface et de son pouvoir réfléchissant (albédo) La sonde GIOTTO a montré que la surface solide de la comète de HALLEY possède une albédo particulièrement élevée, c’est l’objet le plus sombre du système solaire qu’on ait rencontré jusqu’ici.
La chevelure. Il se forme alors une enveloppe de gaz et de poussières, la chevelure ou coma, qui peut atteindre des dimensions gigantesques (10 fois le Soleil). La comète, en se déplaçant sur sa trajectoire rencontre le vent solaire et il se forme une onde de choc à l’avant de la coma.
La queue. A l’arrière de la coma, le vent solaire repousse les gaz et les poussières pour former une double queue : une queue de plasma (gaz ionisés) droite, bleutée ou irisée, transparente, parfois torsadée et une queue de poussières courbée, formée de minuscules particules solides qui reflètent avec une teinte jaune la lumière du Soleil.
L’ACTIVITE COMÈTAIRE
Queue de plasma : vers 4 UA (600 Mkm), les glaces et les gaz gelés sont sublimés et s’échappent par des évents ou des “ plages actives ” à la surface du noyau, entraînant des particules très fines de matière solide. Ainsi se forment la chevelure et la queue de poussières. Les gaz violemment projetés vers l’extérieur diffusent et sont ionisés par l’action électromagnétique du vent solaire. Ils forment la queue de plasma, ténue, infiniment diffuse, de structure variable et de forme changeante (éventail, ruban droit ou torsadé). Cette queue est parfois interrompue brutalement pour réapparaître plus tard.
Queue de poussières : les particules de poussière sont entraînées par l’éjection des gaz. Leurs dimensions sont généralement insignifiantes, allant du millième de micron au dixième de micron.
La queue de poussière est néanmoins formée de matière solide. C’est pourquoi elle renvoie la lumière du Soleil, laquelle a une dominante jaune. La queue de poussière a aussi une inertie et elle prend une forme déterminée par sa position sur la trajectoire et l’effet du vent solaire. La queue de la comète est toujours orientée dans le sens du vent solaire. Elle s’étend vers l’avant de la trajectoire lorsque la comète se dirige vers le Soleil. Elle s’étend vers l’arrière de la trajectoire lorsque la comète s’éloigne du Soleil. Il peut alors se former une petite queue annexe vers le Soleil.
Luminosité : L’éclat d’une comète varie selon sa distance au soleil, d’une part du fait de son activité propre qui varie selon la quantité de gaz et de poussières qu’elle émet, et d’autre part de la lumière qu’elle reçoit du soleil et qu’elle renvoie. Les comètes jeunes sont très atives et donc très lumineuses, les comètes périodiques anciennes n’ont plus beaucoup d’activité et sont de moins en moins lumineuses.
Les comètes “ Sun-grazers ” sont particulièrement actives et lumineuses après leur passage au périhélie.
Comme pour les planètes et étoiles, on exprime l’éclat des comètes en “ magnitude ”.
La sublimation : Le chauffage de la surface du noyau par les rayons du Soleil provoque la transformation directe des molécules organiques congelées en gaz libres. Ces gaz sont essentiellement composés de quatre éléments qui sont les “ briques ” de la matière organique, les CHON (carbone, hydrogène, oxygène et azote). Il est à remarquer que ces éléments existent dans l’espace intersidéral en proportions semblables à celles de la vie sur Terre. Les éléments volatils sublimés donnent d’abord des “ molécules mères ” (H2O, HCN, CO, CO2 ; CH3OH, H2CO, etc.). L’action du vent solaire dissocie ces molécules mères en “ molécules filles ” qui sont des radicaux, des ions et des atomes libres (CN, H, OH, O, CO+, C, CO, CH, CH3O, etc.). Quand la matière volatile est épuisée, la comète perd son activité, sa queue disparaît, sa coma se rétracte et le noyau se réduit à un bloc obscur de matière solide inerte.
Origine des comètes
Au XXème siècle (1945-1950), hypothèse d’un vaste réservoir de comètes très éloigné (OPIK & OORT).
En 1980, hypothèse d’un autre réservoir de comètes à partir de l’orbite de Pluton : Ceinture de KUIPER.
NOMENCLATURE
Les comètes étaient enregistrées à La Haye au siège de l’Union astronommique internationale (I.A.U.). Depuis les années 1950, les messages doivent être envoyés au Smithsonian Institute, Service des Satellites rapides, Directeur Brian MARSDEN, Cambrige, Massachusetts, U.S.A. Adresse simplifiée : I.A.U. Central Bureau for Astronomical Telegrams, Cambridge, Mas. U.S.A..
Chaque comète porte son millésime.
Elle reçoit en outre une lettre d’alphabet provisoire (en minuscules) dans l’ordre des découvertes de l’année : 1990a, 1990b, 1990c, etc.
Si un découvreur est seul avant tous les autres, la comète reçoit son nom :
Comète DONATI 1965 Comète AUSTIN 1989
- S'il y a deux ou trois découvreurs indépendants, leurs noms sont accolés :
IKEYA-SEKI 1965 WHITE-ORTIZ-BOLELLI 1970
HONDA-MRKOS-PADJUSAKOVA 1945
- Si un grand nombre de personnes ont vu ensemble la comète, elle ne reçoit pas de nom officiel : Comète de janvier 1910 Comète de Johanesbourg
Pour la nomenclature, après confirmation, observation et calcul d’orbite, la comète entre au Catalogue avec son nom, la date de son passage au périhélie et son rang dans l’année en chiffres romains :
En 1973, Lubos KOHOUTEK découvre deux comètes à huit jours d’intervalle :
La première est baptisée 1973 e. Très faible, elle disparaît rapidement La deuxième est baptisée 1973 f. Elle grandit rapidement et est annoncée comme la comète du siècle. En 1973, elle aura été la 12ème à passer au périhélie. Elle entre au Catalogue comme KOHOUTEK 1973 XII.
Cas particuliers
- Si un même observateur signale plusieurs comètes, celles-ci reçoivent un numéro d’ordre en chiffres romains :
SCHWASSMAN et A.A. WACHMANN ont découvert ensemble plusieurs comètes, elles sont entrées au Catalogue avec leur numéro d’ordre personnel :
SCHWASSMAN-WACHMANN I (1925 II )
SCHWASSMAN-WACHMANN II
- Si une comète est découverte par un satellite, elle porte le nom de ce satellite :
En 1990, IRAS avait découvert cinq comètes, en particulier :
IRAS-ARAKI-ALCOCK 1983 (close encounter)
- Les comètes découvertes par les Chinois reçoivent le nom de l'observatoire, pas celui du découvreur :
Comète TSUCHINSAN (Montagne Mauve)
- Les comètes périodiques portent l’initiale P sans date :
P/PONS-WINNECKE P/GIACOBINI ZINNER
- Les comètes déjà signalées mais reconnues périodiques portent généralement le nom de l’astronome qui a reconnu leur orbite ou leur périodicité :
P/HALLEY P/LEXEL P/CROMMELIN
- Exceptionnellement, le nom du découvreur peut-être supplanté par celui de l’astronome ayant calculé l’orbite et la périodicité :
une comète MECHAIN est devenue P/ENCKE
La nomenclature : Elle est assurée par le Bureau des Satellites rapides à Cambridge (Massachusets), en collaboration avec l’International Astronomic Union (I.A.U.).
Brian MARSDEN en a été très longtemps le responsable.
Les catalogues
Fin du XVIIème siècle : HEVELIUS (Dantzig) : répertoire des queues de comètes.
Fin du XVIIIème siècle : MESSIER : catalogue de “ nébuleuse ”.
Fin du XXème siècle : plus de 1200 comètes ont été reconnues.
Catalogues de Brian MARSDEN, Don YEOMANS, KRONCK.
Nouveau Catalogue : Depuis les années 90, la multiplicité des découvertes de comètes et d’astéroïdes par des satellites artificiels a conduit l’I.A.U. a établir une identité plus précise aux comètes :
Une lettre définit la nature de l’objet céleste (C pour comète, P pour périodique).
Suit la date de découverte et, éventuellement, une lettre de caractérisation :
Ex. : K pour une comète appartenant au groupe de KREUTZER.
Un numéro peut suivre pour préciser le rang de passage.
La date de passage au périhélie et le rang dans l’année en chiffre romains.
Ex. : C/1970 K1=1970 VI (Comète WHITE-ORTIZ-BOLELLI)
LES DÉCOUVERTES FRANÇAISES DU XXÈME SIÈCLE
920 ? : Comète QUENISSET
1970 : Comète WHITE (Australien) - ORTIZ (Français) - BOLELLI (Argentin)
1986 : Comète CIFFREO par Jacqueline CIFFREO en observant une image de la comète de HALLEY
Fin des années 80 : Comètes MAURY par Alain MAURY lors de la seconde “ Survey ” de Palomar (remplacé par Jean MUELLER qui examine depuis les plaques de Schmidt de la Survey).
1997 : Comète MEUNIER-DUPOUY C/1997 J2 par Michel MEUNIER et Philippe DUPOUY. Première comète à avoir été découverte par des amateurs en CCD, elle a été découverte lors d’un suivi de la comète MUELLER J1.
Des amateurs épaulés par des astronomes professionnels découvrent de plus en plus d’astéroïdes et de comètes sur des plaques provenant des grands télescopes. Cf. Liste de diffusion AUDE.
ÉVOLUTION DES COMÈTES
A chaque passage près du Soleil, une comète perd environ 1% de sa masse. On estime que la comète de HALLEY qui, au périhélie, perd environ 50 tonnes de matière et de gaz par seconde, devrait durer environ 150 000 ans. La comète ENCKE, à période courte, est en diminution rapide.
Dislocations : Depuis l’Antiquité, on rapporte que des comètes se sont brisées en plusieurs morceaux. ARISTOTE aurait été témoin dans sa jeunesse de l’éclatement d’une comète. Le plus célèbre témoignage est le cas de la comète BIELLA qui, en 1846, à l’approche du Soleil, s’est brisée en plusieurs fragments et n’est plus réapparue.
Trainées de poussières : Tout le long de sa trajectoire, une comète abandonne des grains de matière.
Si la Terre coupe l’orbite de la comète, elle traverse ces nuages de poussières et les grains (généralement microscopiques) pénètrent dans l’atmosphère où ils se consument sans atteindre le sol. Leur vitesse est énorme. Si des objets plus gros arrivent jusqu’au sol, ils créent un impact et un cratère mais ils sont pulvérisés.
Un objet céleste traversant l’atmosphère terrestre se manifeste par un météore communément appelé “ étoile filante ”. Le passage de la Terre dans les poussières du sillage d’une comète provoque dans le ciel des flux (essaims) de météores (pluies d’étoiles).
Essaims remarquables :
HALLEÏDES : sillage de la comète de HALLEY,
Aquarides : dans la constellation du Verseau, en avril-mai (max le 8 mai)
Orionides : dans la constellation d’Orion en fin octobre (max le 21 oct.)
BIELIDES : sillage de la comète de BIELA, brisée en 1846
Dans la constellation d’Andromède (au sud de Cassiopée) en 1877.
Collisions : Les collisions de comètes avec des astres du système solaires sont inévitables mais heureusement relativement rares. Les moyens modernes d’observation du ciel ont permis récemment d’enregistrer des collisions qui, autrefois, seraient passées inaperçues.
Collision avec le Soleil :
20 août 1979 : Photos prise par le satellite américain P78-1 (US DOD)
Percussion de la comète HOWARD-KOOMAN-MICHAELS 1979 XI
Vitesse de percussion estimée à 560 km/s (2 016 000 km/h)
Collision avec Jupiter : Vues des impacts de SHOEMAKER-LEVY 9 sur Jupiter en 1994
23 mars 1993 : Comète SHOEMAKER-LEVY 9 : un train de comètes. Observation confirmée par les grands télescopes : 21 morceaux. D’après les calculs du JPL, (Pasadena, U.S.A.), la comète avait été capturée en 1929 par Jupiter et s’était brisée lors du 25ème passage le 7 juillet 1992 (plus gros fragments : G,H,K,L). Fin mai 1993, Brian MARSDEN publia un rapport annonçant la collision de la comète avec Jupiter pour le 16 juillet 1994.(vitesse : 215 600 km/h)
Du 16 au 22 juillet 1994, collision des 21 fragments sous la surveillance des plus grands télescopes du monde (visible aussi par les amateurs). Le plus gros fragment (G) a heurté Jupiter le 18 juillet 1992 provoquant une boule de lumière plus grande que la planète. Le panache d’impact persista plus d’une heure et laissa à la surface un nuage de la taille de la Terre. Les cicatrices restèrent visibles pendant près d’un an.
Première observation mondiale de la collision d’une comète avec une planète et avertissement sur les dommages d’une telle collision.
Collision avec la Terre :
Heureusement, pas de collision majeure depuis l’apparition de l’Homme sauf un événement mal élucidé (accident de la Toungonska – Tunguska - le 30 juin 1908).
Probablement un petit noyau cométaire qui n’a pas atteint le sol mais qui provoqua une déflagration audible à 1000 km et coucha les arbres sur un rayon de 50 km.
Les recherches se poursuivent pour identifier l’objet qui heurta la Terre il y a 65 Ma et provoqua une extinction de masse des êtres vivants dont les dinosaures (cratère de Chicxulub au large du Yucatan). Cf. Bill BRYSON “ A Short History of Everything ”.
