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Le 4 juillet dernier on apprenait que la sonde " Deep Impact " avait lâché un module constitué d'une masse de 410 kilos de cuivre qui était entré en collision avec la comète Tempel 1, découverte en avril 1867, à l'oeil nu, par l'astronome marseillais E.W.Tempel.

L'objet a une période de 5,5 années et orbite entre Mars et Jupiter. Sa plus grande dimension est estimée à 6 km. La Nasa a donc lancé une sonde, le but étant d'essayer d'en savoir plus sur la composition et la structure interne des comètes en envoyant un objet percuter l'une d'entre elles.

Orbite de la comète Tempel 1 entre celle de Mars et de Jupiter. Observez, au plus près du Soleil, la non-circularité de l'orbite de Mercure, assez prononcée. En haut, sur l'orbite marron. la position occupée par la comète au moment du lancement de la sonde. L'orbite circulaire bleue est celle de la Terre. En haut, la position occupée par celle-ci au moment du lancement de la sonde. Six mois plus tard ( une demi-orbite terrestre ), l'impact. Mesurez les distances curvilignes parcourues par la comète et par la sonde dans le même intervalle de temps. La première va plus vite.

Vous trouverez d'abord deux boutons, qui vous permettront de varier le "point de vue". Vous verrez ainsi que l'orbite de la comète est assez inclinée sur le plan de l'écliptique.

C'est ce qui lui a permis de survivre. Il y a différents types de comètes. Certaines, dites "apériodiques", font une excursions unique dans notre système solaire et ne donnent ensuite plus signe de vie. On connaît en fait très mal la structure de ce grand "nuage", de ce réservoir de comètes qui est censé se trouver bien au delà de notre système solaire. Son origine ? Quand le système solaire est dans son enfance, les planètes se forment. Il y alors plkusieurs mécanismes qui entrent en jeu. Le plus simple à comprendre est le "cannibalisme", la collision frontale entre un petit objet et un gros, le second intégrant le premier à sa masse. Le second mécanisme est l'effet de fronde positif. Au sens mathématique c'est une "rencontre", ( mot anglo-saxon, emprunté à la théorie cinétique des gaz : encounter ). Le système solaire primitif est "collisionnel". Ces collisions tendent à créer une distribution des vitesses de maxwell Boltzman, pout toutes les populations. C'est un système "multi- populations". Il y a tendance vers l'équilibre thermidynamique pour chacune d'entre elles. Quand on a un mélange de deux gaz en état d'équilibre thermdynamique ( par exemple le plasma qui sontitue le soleil ) les énergies cinétiques moyennes des différentes populations sont égales. Elles sont entre elles comme les rapports des masses. Prenez un plasma d'hydrogène. Les électrons sont 1850 fois plus légers que les noyaux d'hydrogène. Ainsi la vitesse d'agitation thermique des électrons est racine de 1850 foi splus élevée que celle des ions hydrogène, soit 43 fois plus élevée.

Un mélange "d'espèces lourdes" et "d'espèces légères" tendra à accélérer les espèces légères ( "les grumeaux de vapeur d'eau sale" ou de "glace sale" qui constitueront les proto-comètes ). Le système solaire a donc éjectée une myriades de petits objets. Certains, ayant acquis la vitesse de labération vis à vis du Soleil sont allés se perdre dans l'espace interstellaire. D'autres subsistent, dans notre "grande banlieue". Comme ces "encounters", ces rencontres jouent dans les deux sens ( mais, globalement, accélèrent les petits objets ) il y a un "effet de fronde négatif qui "peuple la distribution de Maxwell- Boltzmann vers les faibles vitesses. Nombre de petits objets ont ainsi été ralentis et sont par exemple tombés sur .. le Soleil. Ou sur des planètes telluriques, comme la nôtre, en contituant peut être des masses océanes.

Tempel 1 est une comète au destin intermédiaire. Elle a acquis une vitesse comparable à celle des planètes. Mais elle a eu aussi la chance de se retrouver placée sur une orbite inclinée, ce qui diminue ses risques de mauvaises rencontres avec des planètes, qui sont toutes plus lourdes qu'elles et altéreraient immanquablement son orbite. Cette orbite s'est d'ailleurs un poil modifiée depuis la découverte de l'objet. Voir sur historique, grâce à Google. Pourquoi dégaze-t-elle moins que la comète de Halley ? Bonne question. On sait peu de choses sur ce dégazage, comme on connaît peut de choses sur la structure interne des comètes.

En fait, notre planète dégaze, elle aussi et ce phénomène s'appelle le volcanisme. On sait qu'il est accentué par l'effet de marée ( action de Jupiter sur Io,, le premier malaxant cinsciencieusement son satellite ). Si Io réagit si chaudement à la présnce de son proche voisin c'est qu'il tourne sur lui-même. S'il était synchrone avec la planète géante il n'y aurait pas un volcanisme aussi violent. En plus Io est très près de Jupiter.

Peut être l'activité de dégazage des comètes est-elle liée à leur période de rotation autour d'elles-mêmes. Une comète qui tourne est une comète qui sera plus sensible aux effets de marée produits par la proximité des planètes. On constate d'ailleurs que les comètes dégazent quand elles rentre à l'intérieur de l'orbite de Jupiter. Est-ce parce qu'elle reçoivent plus de rayonnement du Soleil ? Oui, si ce dégazage est une simple sublimation de leur surface. Non si ce sont des éruptions issues de leurs tréfonds. Or, quand on regarde les images captées par Giotto approchant Halley on voit bien qu'il y a des sources étuptives. Il se pourrait donc que la reprise d'activité d'une comète entrant dans le système solaire soit liée à son malaxage interne par effets de marée, intense si elle tourne sur elle-même. Est-ce qu'on a mesure ces périodes de rotation ?

Dans cette optique, Tempel 1 serait un objet relativement peu actif parce que tournant peu sur lui-même, donc peu sensible à cet effet de malaxage par effets de marée, déclenchant des éruptions en tous genres ( volcanique sur Io, de dégazage sur les comètes ). Demandez à Brahic ce qu'il en pense. La plan,étologie est censée être son rayon.

Vous pourrez situer à votre gré la position des différentes objets. Voici d'abord la comète Tempel 1 en approche, après mise en orbite de la sonde Deep Impact. Vous remarquerez au passage la date de l'impact : le 4 juillet. Les Américans aiment bien ainsi signer leurs prouesses spatiales et indiquer comme ils maîtrisent le contrôle de la trajectoire de leurs sondes. Cette date correspond à l'anniversaire de leur révolution, et et ce n'est pas le simple effet du hasard.

L'observation attentive de l'animation montre bien que Tempel 1 tourne en fait plus vite que la sonde, et la rattrape. En fait c'est la comète qui percute la sonde, et non l'inverse. Mais peu importe. Image suivante, nous sommes deux mois plus tard. La comète s'apprête à percuter la sonde, ou du moins l' objet qui se détachera d'elle pour obtenir cette collision.

Gros plan, 190 secondes avant l'impact. Est-ce que les points lumineux correspondent à des sources de dégazage ?

Une image d'artiste montrant l'impacteur en approche ( en forme de bouclier )
On a figuré des sources de dégazage.

La vitesse relative entre les deux objets est de 3,5 km/s ( elle est inférieure à la vitesse de la sonde qui est nécessairement supérieure à la vitesse de satellisation circumterrestre. Je ne me rappelle plus la valeur exacte, proche de 9 km/s ). L'impact est filmé par la sonde, qui poursuit sa route en passant à 10 kilomètres de la comète. Le lieu de l'impact se trouve ainsi assez vite masqué par la comète elle-même. Les deux objets s'éloignent à 3,5 km/s, ce qui l'empêche la sonde d'obtenir des images précises de l'état du lieu d'impact après que les éjectas se soient dissipés.

En quelques secondes la sonde s'éloigne de la comète, ne pouvant pas obtenir des images du nouveau cratère après dissipation des éjectas

Ces éjectas continueront à émettre de la lumière pendant plusieurs heures. Ils sont extrêmement chauds. Si des images peuvent être prises dans le visible, les spectromètres enregistrent des températures de plusieurs milliers de degrés, ce qui implique une émission dans l'UV.

Le but de la mission était de mettre à jour les substances composant l'intérieur de la comète et qui sont censées représenter les vestiges du système solaire lorsque celui-ci n'était âgé que de cent millions d'années, c'est à dire à l'époque supposée de sa formation. Les chercheurs auraient aussi aimé voir se former un cratère "en direct". Mais celui-ci resta peu visible, caché par des matériaux éjectés assez opaques parmi lesquels les astronomes identifièrent de l'eau, du gaz carbonique, de l'oxyde de carbone et différents hydrocarbures. Les éjectas furent projetés à des vitesses très variables, en moyenne autour de 500 m/s ( cette variabilité de la vitesse d'éjection requiert explication, si les atomes et molécules éjectées ont des masses voisines. Celle-ci pourrait être que la comète a "réagi" activement à l'impact, à travers un dégazage supplémentaire ). La phrase en anglais est " The opacity of the ejected material has made it difficult for scientists to see the crater, but at this point, it appears that the crater created by the impactor was on the high end of predictions, that is, about the size of a football field ".

Scientists are intrigued that materials detected in a pre-impact outburst have not yet been found in the post-impact data.

Traduction : les scientifiques ont été intrigués par le fait qu'ils n'identifièrent pas dans les données relatives à l'après-impact les matériaux détectés dans "l'explosion avant impact".

Si vous regardez cependant avec attention la vidéo, vous verrez qu'on distingue assez bien ce "pre-impact outburst", cette "explosion avant impact".

Les images de l'impact proprement dit

Comment repérer les images successives

A quoi pourraitêtre du cette "explosion" de lumière avant impact ? A l'interaction de l'impacteur avec "l'atmosphère de la comète". Celles-ci "dégazent" lorsqu'elles passent à proximité du Soleil. Ce dégazage se produit quand la comète entre dans une sphère sont le rayon est précisément celui de l'orbite de Jupiter. Le rayonnement solaire réchauffe la comète et accroît l'intensité du phénomène. C'est la raison pour laquelle les comètes sont difficilement visibles quand elles se trouvent au delà de l'orbite de Jupiter. C'est par exemple le cas de la comète périodique de Halley. Quand une sonde approche une comète qui dégaze fortement, comme ce fut le cas de la mission Giotto dont la cible, en 1992, était précisément la comète de Halley, elle ne peut fournir des images rapprochés. La comèteémet non seulement du gaz, mais des particules qui, étant donnée la vitesse d'approche de la sonde, sont fortement abrasives. Giotto, en 1992 avait du être muni d'un bouclier mais, détruite, cessa d'émettre à une certaine distance de la comète cible.

La comète de Halley, photographiée par la sonde Giotto. Notez le fort dégazage

La même, photographiée de plus près à travers le cocon de gaz et de poussières qui l'entoure. Peu après la sonde, détruite, cessa d'émettre

Tempel 1 avait été choisie en raison de son faible taux de dégazage, par rapport à Halley. Mais la comête chemine, accompagné de son environnement gazeux. Témoin ces images prises depuis l'observatoire de Hawaï :

La comète Tempel 1 . Vues prises depuis l'observatoire de Hawaï

Mon interprétation du film de la collision :

Image A : La sonde n'a pas encore pénétré dans la couche de gaz entourant la comète, due au dégazage

Image B : La première lueur émane de l'onde de choc qui naît dans cette couche dense

Avant même que la sonde ne frappe physiquement la surface de l'astre, l'onde de choc se réfléchit, ce qui donne cette lueur en forme d'arc.

On peut s'étonner qu'une onde de choc réfléchie puisse être apparemment aussi épaisse ( plusieurs centaines de mètres ). Mais ce n'est pas l'onde qu'on voit mais l'illumination du gaz sous l'effet des UV émis par celle-ci. Le gaz aux alentours étant le siège d'un phénomène de fluorescence. En effet la vitesse de pénétration élevée de la sonde (3,5 km/s) crée une onde de choc frontale intense à l'aval de laquelle le gaz constituant l'atmosphère de la comète se trouve fortement recomprimé et surtout échauffé, à des milliers de degrés. L'impacte, avant de percuter la croûte solide connaî "un phénomène de rentrée atmopshérique". C'est le gaz qui est au voisinage de l'onde qui est responsable de l'émission dans les faibles longueur d'onde. Les autres émissions ( visible et plus basses longueurs d'onde ) correspondent à un phénomène de fluorescence ( excitation du gaz par les UV ). L'onde de choc réfléchie est également une onde de choc intense, accompagné du même phénomène. D'où son apparente épaisseur.

Des instruments très divers ont été braqués vers le lieu d'impact : Le télescope spatial Hubble, le Spitzer Space Telescope ( infrarouge ), le télescope travaillant dans la gamme des rayons X Chandra X-ray, l'observatoire XMM ( également pour rayons X ), le Swift Gamma-Ray Burst Explorer ( optique, ultraviolet, rayons X et gamma ). Ajoutons deux radio-télescopes : le Submillimeter Wave Astronomy Satellite et Odin, chargés de recherche de l'eau dans la comète.

La dernière image transmise par l'impacteur correspond à une distance de 10 km et permet de discerner des détails de l'ordre de 4 mètres. On notera que :

The bright flash resulting from the vaporization of the impactor when it collided with the comet was not reported as an obvious sudden increase as seen from Earth, but the two cameras on the flyby portion of the Deep Impact spacecraft did record the event.

On pouvait s'attendre à ce que les 420 kilos de cuivre constituant en principe l'impacteur donnent, en percutant la surface de la comèteà 3,5 km/s une forte émission de lumière ( en se vaporisant ). Mais ce flash ne fut pas enregistré par les appareils basés sur la Terre (...). Par contre les deux caméras embarquées à bord de la sonde, qui continuait sa route, recueillirent ces images (...). Espérons que les rapports finaux, prévus pour courant septembre, nous fourniront une explication.

Là encore, personne ne s'étonne qu'un impact qui se produit à une distance relativement faible et qui aurait dû donner des raies du cuivre n'ait produit aucun signal sur les détecteurs terrestres. Pourtant tout ce que la Terre comptait comme télescopes était braqué vers ce point ce 4 juillet là et, comme il est dit dans les sites internet " l'évènement pouvait être observé avec un instrument des plus modestes ". C'est ce " non-étonnement " qui est étonnant. Apparemment les astronomes ayant leurs instruments sur Terre ont été rassurés que les caméras de la sonde embarquée aient bien enregistré le flash en question.

Il y a quand même une chose bizarre. Il est possible qu'un flash émis par de la vapeur de cuivre soit difficilement observable à travers l'atmosphère terrestre, mais évidemment plus facilement depuis la sonde. C'est peut être l'explication qui émergera. Mais, dans ce cas, comme me le fait remarquer mon ami Densi Boland, pourquoi avoir choisi du cuivre et non pas du fer, plus dense et moins ductile, avec une température de fusion et de vaporisation plus élevée? Du point de vue impact, ça aurait été meilleur. On ne tire pas des balles en cuivre, mais en bon et solide acier. De plus le flash aurait été alors bien observable depuis la Terre. Qui plus est, ça aurait même été plus "astronomique", puisqu'on aurait pu simuler l'impact d'une comète avec un ... débris de noyau de supernova. En principe, des masses de cuivre pur qui se baladent dans le cosmos, on en connaît gure, non ?

On lit ensuite qu'après l'impact la brillance de la comète crut continûment pendant à peu près une heure. Puis, après s'être maintenue pendant à peu près un jour elle s'est atténuée en quelques jours, jusqu'à ce que l'objet retrouve la magnitude qui était la sienne avant l'impact. Les scientifiques espéraient que l'impact aurait déclenché un jet de longue durée, éjectant des matériaux des tréfonds de la comète. Mais ça ne s'est pas produit. Le site annonce que les conclusions de ces mesures feront l'objet de communications et d'exposés de synthèse en septembre 2005.