"Comètes à longue périodes"
Les comètes apparaissent irrégulièrement dans le ciel - quelques unes sont "chétives", d'autres spectaculaires, quelques unes sont périodiques (i.e. la fameuse comète de Halley), d'autres sont dites "à longues périodes" c'est-à-dire dont la période est si longue qu'elle est en principe incalculable. Les comètes les plus spectaculaires font souvent partie de cette catégorie.
Dans une autre section, décrivant les lois de Kepler, nous avons montré que les orbites des objets gravitant autour d'un corps central appartenaient à une de ces trois classes :
1) Les objets retenus par un corps central (de vitesse moindre que leur vitesse d'échappement suivent des orbites périodiques elliptiques.
2) Les orbites des objets assez rapides pour se libérer (plus rapides que leurs vitesse d'échappement) suivent une orbite hyperbolique , s'approchant du centre d'attraction puis repartant dans une autre direction, sans jamais aucun retour.
3) Les orbites à la limite de ces deux classes (celles des objets qui vont exactement exactement à la vitesse de libération) suivent de longues paraboles. Pour elles aussi, il y a un seul passage et ne elles reviennent jamais mais la direction par laquelle ils ont tendance à repartir est la même que celle de leur arrivée.
Dans les limites de l'exactitude des observations, les comètes à longue période semblent présenter des orbites paraboliques ce qui implique qu'elles ne sont pas stictement interstellaires mais qu'elles restent plus ou moins en relation avec le soleil. On les classe généralement comme appartenant au "nuage de Oort " à la limite du système solaire, à une distance estimée à 100000 UA, ainsi dénommé d'après l'astronome allemand Jan Oort qui suggéra son existence.
De temps en temps (on le croit communément), un astre de passage surgit des fins fonds du système solaire et très longtemps après atteint le voisinage du soleil. celui-ci évapore les matériaux de la comète et une enveloppe ou "coma" ("chevelure") se forme progressivement (comète signifie "astre chevelu"). Prés du soleil, la pression de la lumière et du vent solaire "souffle" la partie externe de la chevelure en une longue queue brillante qui s'étend à l'opposé du soleil , - puisque la force qui l'étire provient du soleil - quelque soit le mouvement -d'approche ou d'éloignement- de la comète. Finalement très peu de comètes croisent le soleil - et ce n'est que par les images satellitaires que l'on peut les observer - ; En général "l'élan" (ou moment angulaire, en termes scientifiques) est suffisant que la comète accomplisse finalement un aller et retour en épingle à cheveux dans l'espace lointain, même si elle s'approche de très prés du soleil ( une "frôleuse" de soleil),
Les observations détaillées de la queue des comètes - par exemple de celle de Hale-Boppe en 1997 - montrent souvent deux queues dont les directions et les couleurs différent légèrement. En principe la queue la plus brillante est constituée de poussières poussées par la pression de la lumière solaire (suivant un trajet obéissant aux lois de Kepler). Sa luminosité reflète la lumière solaire et son spectre est analogue à celui du soleil. L'autre queue est activée par le vent solaire, , un courant chargé de particules, circulant à 400 km/sec (en moyenne), soufflé depuis la couronne, la couche la plus externe du soleil, qui est chaude de un million de degrés. Comme son spectre le montre, cette queue est composée d' ions, originaires d'atomes de la chevelure " déshabillés " par la lumière solaire d'un ou plusieurs électrons ; Le vent solaire est lui aussi également composé d'ions : d'ailleurs l'existence d'une queue ionique fut d'abord mise en évidence en constatant la présence d'une " radiation solaire corpusculaire ", la dénomination de l'époque du vent solaire. Cela fut proposé en Allemagne par Cuno Hoffmeister puis par Ludwig Bierman.
Le vent solaire et la queue ionique sont tous deux si raréfiés que les collisions entre leurs particules sont rares. Cependant le vent solaire suit les lignes de champ magnétique, et l'interaction entre le plasma en mouvement et le champ magnétique donne naissance à des champs électriques et des courants (remarque : dans un plasma exempt de collisions, les courants électriques ne font que modeler le champ magnétique mais n'induisent pas une résistance ohmique). Cela peut modifier le flux (si les particules sont suffisamment raréfiées) ou même déformer les lignes de champ magnétique (si elles ne le sont pas, comme dans le cas du vent solaire). Il faut noter que, si le champ électrique causé par l'interaction du plama en mouvement et les lignes de champ magnétique atteint les ions soufflés hors de la comète, il les rassemble et les emporte le long du vent solaire.
Le vent solaire circule à une vitesse de l'ordre de 400 Km/sec mais en même temps la comète, la source elle-même, se déplace à 20-50 km/sec ; les particules émises dans la queue ionique en une seconde devrait alors s'étendre radialement par rapport au soleil à 400 Km/sec, mais puisque ces particules sont déjà à 20-50 Km sec selon la trajectoire de la comète, la ligne qu'elle forment n'est plus tout à fait radiale,mais n'est pas forcément dans la même direction que l'autre queue, poussée par la lumière solaire.
Comètes périodiques et "centaures"
Les comètes périodiques arrivent au hasard - et de toutes directions, ce qui signifie que le nuage de Oort est plus proche d'une sphère que d'un disque, bien qu'il pourrait être plus épais au niveau de l'écliptique. On ne peut ni prévoir leur apparition ni attendre leur retour.
Toutefois, quand même, il y a de nombreuses comètes aux orbites périodiques , dont certaines ont une période inférieure à 10 ans. La comète de Halley, sans doute la plus connue, présente une période de 75 ans et lorqu' elle se trouve à sa distance la plus éloignée, elle est juste au delà de l'orbite de Neptune. .
Les comètes furent justement qualifiées de "boules de neige sales" par Fred Whipple, car la lumière du soleil les érode sans arrêt, aidée par le vent solaire. Une orbite passant assez près du soleil ne peut durer longtemps, pas même celle de la comète de Halley qui passe la plus grande partie de son temps à de grandes distances où le soleil n'est pa chaud.
Progressivement tous les matériaux volatiles comme la glace s'évaporent, la queue apparente s'amincit ou disparaît et tout ce qu'il reste de la comète sont des grains de rochers qui s'essaiment un peu à la fois le long de son orbite. Quand la terre croise cette orbite, de nombreux grains touchent l'atmosphère et, en raison de leur très grande vitesse, sont vaporisés par la résistance de l'air, ce qui s'accompagne d'un bref mais intense éclat lumineux. Ce sont les "météores" (Note : les météorites sont des objets chauffés par l'atmosphère qui atteignent quelquefois le sol, alors que les météores ne sont que des flashes ou des traits dans le ciel). Plusieurs pluies de météorites surviennent annuellement et passent pour être en principe le témoin du croisement de la terre avec l'orbite de fragments de comètes disparues.
Un exemple de morcellement de comète a pu effectivement être enregistré. La comète Biela fut aperçue pour la première fois en 1772, et Biela calcula en 1826 que sa période était de 6,6 ans. En 1846 on observa qu'elle s'était brisée en deux. En 1852 la distance entre les fragments était plus grande, et on s'attendait à la revoir en 1859, 1865 et 1872, mais ce ne fut pas le cas. A la place, en 1872, une brillante pluie météoritique fut enregistrée depuis la terre lors du croisement avec l'orbite. Elle réapparu les année suivantes, puis diminua graduellement.
La mort d'une comète peut être plus spectaculaire. En mars 1993, Caroline et Eugène Shoemaker et simultanément David Levy observèrent un étrange cordon d'objets orbitant autour de Jupiter (voir image de droite, prise après le premier impact).
D'après l'orbite il en fut plus tard déduit qu'il s'agissait probablement des fragments d'une comète passée prés de la planète environ un an plus tôt. Vu les mouvements relatifs des deux objets, la comète ne s'était pas seulement cassée mais ses fragments avaient été capturés par la gravité de Jupiter en une véritable orbite elliptique, dont les découvreurs avaient prévu qu'elle intercepterait la planète en juillet 1994. Les astronomes tentèrent d'observer les collisions elles-mêmes mais elles se produisirent derrière le bord visible de la planète. Toutefois, quand Jupiter eu tourné, ce qui permit de voir la zone d'impact, ils furent rapidement identifiés sous forme de taches sombres dans l' atmosphère de Jupiter (image ci-dessous, à droite) . On a aussi suggéré que les chaînes de cratères de la lune se sont édifiées à partir d'objets qui se sont cassés juste avant l'impact.
Ce qui suit se base sur l'article de jane Lun et David Jewitt "the Kuiper Belt", les découvreurs de 1992 QB1, le premier objet observé mis à part Pluton. ("Scientific American" May 1996, p. 47-52). Toutefois,on sait que les études à venir peuvent changer quelques détails de cette description.
Pendant de nombreuses années il était raisonnable de penser que les comètes à courte période étaient issues de comètes à longue période ayant perdu de l'énergie en passant près d'une planète massive décrite et étaient redirigées sur une orbite plus courte ; C'est tout à fait possible ( Bien que ce genre de rencontre puisse aussi ajouter de l'énergie et envoyer le noyau de la comète en dehors du système solaire). Les études ont cependant montré qu'étant donné la rareté des comètes à longue période, il y avait trop de comètes à courte période pour que ce processus les explique toutes.
Le 1 novembre 1977, Charles Kowal découvrit ce qui semblait être un gros astéroïde entre Saturne et Uranus. Il fut nommé Chiron, d'après un centaure de la mythologie grecque ( mi-humain, mi-cheval , un nom adapté à un si étrange objet !) Finalement on trouva que Chiron ressemblait à une comète - avec un noyau de 150 - 200 Km entouré d'une chevelure de poussières (qui le rendait plus grand), et une orbite de l'ordre de 8,5 à 19 unité astronomique. Sur le long terme une telle orbite ne peut être stable - elle passera forcément près d'une planète massive et par assistance gravitationnelle , soit perdre de la vitesse et glisser vers le soleil, soit gagner de la vitesse et alternativement quitter le système solaire.
De nombreux objets de ce type ont depuis étés observés et sont connus sous le nom de centaures. Ils proviennent apparemment de la ceinture de Kuiper , et leurs orbites peut être modifiée par la gravité de Neptune (à long terme, spécialement les plus internes) et devenir très excentriques, comme on l'a démontré par des simulations informatiques. Mais ces orbites excentriques peuvent probablement être perturbées à nouveau par les grosses planètes et quelques unes se transforment en comètes de courtes périodes.
Dans une classe spéciale (très éloignée) on trouve Sedna, un gros objet (1000 Km ou plus) découverte en janvier 2005 à la distance de 97 U.A., son orbite oscillant de 76 U.A. (au périhélie) à probablement 1300 U.A. du soleil . Cette distance fait le lien entre la Ceinture de Kuiper et le nuage de Oort, et on ne peut actuellement donner une explication plausible à l'existence de Sedna. Une possible explication serait que Sedna provienne d'un objet hors du système solaire.
Le vent solaire
Le vent solaire, le flux d'ions et d'électrons venant du soleil, a aussi une limite.
Comme déja vu, son mouvement entraine à l'extérieur le champ magnétique solaire, avec une expansion et une dilution de celui-ci (dans le vide ou dans l'air l'intensité du champ magnétique décroit d'environ 1/r3, et pour le vent
solaire éloigné, seulement de 1/r). Finalement le vent solaire devient trop raréfié, et son champ magnétique trop faible, pour balayer les rares ions et électrons interstellaires qu'il rencontre.
Comme le vent solaire dépasse la "vitesse d'Alfvèn" (quelque chose d'analogue à la vitesse du son dans notre atmosphère), le premier indice d'un obstacle interstellaire est un choc de transition , le choc terminal, qu'ont rencontré Voyager 1 le 15 décembre 2004 et Voyager 2 le 30 août 2007. En arrière de ce choc, le flux est plus lent ("sub-alfènique") et plus dense, et le champ magnétique est aussi plus fort ( bien que pour Voyager 2, le ralentissement fut moins prononcé que ce qu'on attendait). Mais le flux s'allonge encore avec la distance, ce qui diminue sa densité et plus encore le champ, avec finalement arrêt à une limite appelée héliopause. En 2008, l'héliopause n'a pas été encore atteinte, et nous ne sommes pas certains de ses propriétés, mais l'on s'attends à ce qu'elle ai un front d'un coté et une longue queue de l'autre, en raison du mouvement du système solaire dans l'espace inter-stellaire.
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