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Comète
Hale-Bopp en avril 1997.
© Observatoire de Paris / N. Biver
Spectre
de l'eau observé en infrarouge dans la comète Hale-Bopp
avec le satellite ISO.
La courbe rouge est le spectre effectivement observé et la
courbe verte celui prédit par un modèle.
© Observatoire de Paris / J. Crovisier et al
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L'eau est un constituant
essentiel des comètes
Les comètes sont des petits corps du système solaire,
d'une taille de l'ordre de quelques kilomètres, constitués
essentiellement de glaces 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 du
Soleil, au-delà de l'orbite des planètes géantes.
Loin du Soleil, les comètes ne sont constituées que
de leur noyau, ce qui les rend inaccessibles à l'observation.
Mais lorsqu'une comète se rapproche du Soleil, la température
superficielle de son noyau s'élève et ses glaces se
subliment, entraînant l'éjection de gaz et de poussières.
Ce sont ces poussières qu’il est alors possible d’observer
depuis la Terre car elles diffusent la lumière solaire. On
voit ainsi 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,
due à des poussières qui diffusent la lumière
solaire ; l'autre, étroite et rectiligne, due à des
gaz ionisés dont la fluorescence est excitée par le
rayonnement solaire.
L'analyse à distance, par spectroscopie, du nuage de gaz
qui s'échappe des noyaux cométaires nous permet d'en
déduire la composition. L'essentiel est de l'eau (environ
80 % en nombre de molécules), suivi par le monoxyde et le
dioxyde de carbone (CO et CO2), le méthanol (CH3OH),
le formaldéhyde (H2CO), l'ammoniac (NH3),
le sulfure d'hydrogène (H2S), des hydrocarbures
(méthane CH4, acétylène C2H2,
éthane C2H6). D'autres molécules,
des molécules soufrées, des cyanures et des molécules
organiques plus complexes, sont détectées à
l'état de traces. Cette composition, qui retrace celle des
glaces cométaires, ressemble fort à celle observée
pour les glaces interstellaires.
L'eau est le "moteur" de l'activité cométaire
C'est l'eau contenue sous forme de glace dans les noyaux cométaires
qui, en se sublimant, entraîne les autres molécules
volatiles et les particules de poussière. Cette production
d'eau est d'autant plus importante que la comète est proche
du Soleil. Mais à plus de 4 unités astronomiques,
la glace d'eau n’est pas suffisamment chauffée par le
Soleil pour se sublimer : l'activité cométaire qu’il
est cependant possible d’observer parfois est alors due à
la sublimation de molécules plus volatiles, comme le monoxyde
de carbone.
Lors de son passage près du Soleil, la comète de Halley,
dont le diamètre du noyau est de 10 kilomètres, produisait
30 tonnes d'eau par seconde. Avec un noyau d'environ 50 kilomètres,
la comète géante Hale-Bopp en produisait 300. Une
comète plus modeste comme la comète Wirtanen (qui
sera étudiée par la sonde spatiale ROSETTA), ne produit
que 300 kilogrammes d'eau par seconde, mais la taille de son noyau
n'est que de 1 kilomètre.
L'eau qui s'échappe ainsi des comètes ne reste pas
intacte. Elle est rapidement dissociée (en quelques heures),
sous l'influence du rayonnement ultraviolet solaire, sous la forme
de radicaux OH et d’atomes H et O.
Comment observe-t-on l'eau dans les comètes?
Il est difficile d'observer directement l'eau des comètes.
L'eau présente bien des signatures spectrales dans les domaines
radio et infrarouge, mais l'atmosphère terrestre, qui contient
elle-même une quantité appréciable d'eau, est
opaque à ces longueurs d'onde. Des observations spatiales
sont donc nécessaires. Le satellite ISO (Observatoire spatial
infrarouge) a ainsi pu observer le spectre infrarouge de l'eau dans
la comète Hale-Bopp. Quant au satellite américain
SWAS (Submillimeter Wave Astronomy Satellite), dédié
à l'observation de l'eau dans l'Univers, il a observé
une raie radio de l'eau dans la comète C/1999 H1 (Lee).
En revanche, il est possible d'observer les produits de photodissociation
de l'eau cométaire, le radical OH et les atomes O et H, par
spectroscopie dans les domaines radio, visible et ultraviolet. Bien
qu'indirectes, ces observations nous renseignent sur la quantité
d'eau produite par les comètes.
Les comètes sont-elles à l'origine de l'eau terrestre?
Tous les corps du système solaire sont bombardés sans
cesse par des astéroïdes, des comètes et autres
petits corps. La présence de cratères d'impact sur
la Lune, et sur d'autres planètes ou satellites, en est la
preuve.
On estime que ce bombardement était bien plus intense autrefois.
D'où l'hypothèse que les chutes de comètes
sur Terre auraient pu contribuer à la composition actuelle
de son atmosphère et de ses océans. En particulier,
la glace des comètes aurait pu apporter l'eau des océans.
Un test puissant permettant de comparer l'eau cométaire à
l'eau terrestre est la mesure de la proportion de deutérium
dans l'eau. Il a été possible d'observer HDO et de
mesurer ainsi le rapport deutérium/hydrogène dans
l'eau de quelques comètes. On trouve ainsi un enrichissement
en deutérium d'un facteur 10 par rapport au milieu cosmique
(où D/H = 1/30000) et à la Nébuleuse primitive
qui a donné naissance au système solaire. Cependant,
la concentration en deutérium est deux fois plus élevée
dans l'eau cométaire que dans l'eau terrestre. Ce qui suggère
une autre origine pour l'eau terrestre.
Mais cette conclusion n'est peut-être pas définitive.
Elle est basée sur l'étude du deutérium dans
seulement trois comètes, toutes à longue période,
la période d’une comète étant d’autant
plus longue que la comète passe plus de temps loin du Soleil.
On ignore encore tout de ce rapport pour les comètes à
courte période, qui ont probablement été plus
nombreuses à percuter la Terre, et qui ont suivi une histoire
différente.
Jacques Crovisier
Observatoire de Paris
jacques.crovisier@obspm.fr
 
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