Jacques Crovisier Observatoire de Paris

Présentation au sujet: "Jacques Crovisier Observatoire de Paris"— Transcription de la présentation:

1 Jacques Crovisier Observatoire de Paris
Mercredis de Meudon 18 janvier Des siècles d’observations scientifiques : l’émergence du concept moderne de comète Jacques Crovisier Observatoire de Paris

2 comète Hale-Bopp (C/1995 O1)
comète Donati (C/1858 L1) Guillemin, Les Comètes (1875) comète Donati (C/1858 L1) J. Verne, Hector Servadac (1877)

3 La prétendue « comète d’Ambroise Paré »
Pierre Boaistuau Histoires prodigieuses 1560 Peter Creutzer Prospectus 1527 Camille Flammarion Astronomie Populaire 1880 Ambroise Paré Les Monstres 1573

4 Pourquoi étudier les comètes ?
le curieux : qu'est-ce qu'une comète ? comment ça marche ? le physicien : un laboratoire d'exception l'astronome : un test de la théorie de la gravitation une clé pour comprendre l'origine du Système solaire l'astrobiologiste : les relations comètes — Terre un apport de molécules prébiotiques un danger potentiel

5 Les grandes dates de la science des comètes — I
1531 P. Apian et J. Fracastor observent que les queues des comètes sont opposées au Soleil. 1577 Tycho Brahé et d'autres observateurs mesurent la parallaxe de la comète de 1577, établissant qu'elle est plus loin que la Lune, alors que l'on croyait que les comètes étaient des phénomènes atmosphériques. ca 1600 J. Kepler propose ses fameuses lois, qui permettront de comprendre les orbites cométaires. 1686 I. Newton calcule l'orbite de la comète de 1680 et montre qu'elle a décrit une parabole autour du Soleil. 1705 E. Halley réalise que les comètes de 1531, 1607 et 1682 sont un seul et même objet et prédit son retour pour 1758. 1758 Le retour de la comète de Halley est effectivement observé comme prévu. 1812 H.W.M. Olbers, puis F.W. Bessel en 1836 proposent que les queues de comètes sont constituées de particules solides repoussées par le Soleil. 1819 F. Arago mesure la polarisation de la comète de 1819, établissant ainsi qu'elle réfléchissait la lumière du Soleil et n'était pas un objet lumineux par lui-même. 1858 Les premières photographies d'une comète, C/1858 L1 (Donati), sont prises par W. Usherwood et W.C. Bond. 1864 Première observation spectrale d'une comète, la comète C/1864 N1 (Tempel) par G. Donati. 1866 J.V. Schiaparelli relie l'essaim météoritique des Perséides à la comète 109P/Swift-Tuttle. 1881 Premier spectre photographique d'une comète, la Grande comète C/1881 K1 par W. Huggins. ca 1900 Plusieurs chercheurs, comme H. Deslandres et F. Baldet à l'Observatoire de Meudon, identifient les bandes observées dans les spectres cométaires à des radicaux et ions observés dans des spectres de laboratoire.

6 Les grandes dates de la science des comètes — II
ca 1930—1940 K. Wurm puis P. Swings proposent que les radicaux observés dans les comètes proviennent de molécules mères telles que l'eau, l'ammoniac, le méthane. 1950 J.H. Oort, poursuivant les idées d'Öpik (1932), postule l'existence d'un réservoir de comètes vers unités astronomiques, source de comètes dynamiquement nouvelles: le nuage de Oort. ca 1950 G. Kuiper (et indépendamment K.E. Edgeworth vers 1948) postulent l'existence d'une ceinture d'objets trans-Neptuniens. ca 1950 F. Whipple propose son modèle de noyau cométaire en boule de neige sale. ca 1950 P. Swings et ses collègues calculent à Liège des spectres synthétiques de fluorescence moléculaire reproduisant fidèlement les spectres des comètes. 1951 L. Biermann suivi par H. Alfvén (1957) émettent l'hypothèse de l'existence d'un vent solaire pour expliquer les queues d'ions des comètes. 1973 L'apparition de la comète C/1973 E1 (Kohoutek) est l'occasion d'une campagne d'observation internationale conjuguant moyens spatiaux et instruments au sol, préfigurant les campagnes d'observations modernes comme celle de la comète de Halley. 1986 Exploration spatiale de la comète de Halley, appuyée par une importante campagne d'observations au sol (International Halley Watch). 1992 J. Luu et D. Jewitt découvrent le premier objet trans-Neptunien 1992 QB1. 1994 La chute de la comète Shoemaker-Levy 9 sur Jupiter est observée. 1996—1997 Les grandes comètes C/1996 B2 (Hyakutake) et C/1995 O1 (Hale-Bopp). Leurs observations ont conduit à d'importants résultats. Entre autres, la découverte d'une vingtaine de nouvelles molécules cométaires et la première détection d'une émission de rayons X par des comètes. 2001—2006 Nouveau départ de l'exploration spatiale des comètes avec le survol de 19P/Borrelly par Deep Space 1 en septembre 2001, le survol en janvier 2004 de 81P/Wild 2 par Stardust qui rapporte des échantillons de poussière en janvier 2006, le lancement de Rosetta en mars 2004, l'expérience Deep Impact sur 9P/Tempel 1 le 4 juillet 2005.

7 Les orbites cométaires

8 Edmond Halley : Synopsis de l’astronomie des comètes (1705)
1758 !! Halley, 1705, Phil. Trans. Roy. Soc. 24, 1882

9 Qui était Halley ? « He now talks, swears and drinks brandy
like a see captain. » d’après Flamstead, 1703 (un rival envieux) Edmond Halley (1656—1742)

10 Le monde des comètes Arago

11 des orbites cométaires
Le catalogue des orbites cométaires Édition de mars 2003 du Catalogue of cometary orbits 2358 apparitions de 1642 comètes différentes. 274 orbites elliptiques de période < 200 ans : comètes à courte période 274 orbites elliptiques de période > 200 ans : comètes à longue période 910 orbites paraboliques 184 orbites hyperboliques : elles vont quitter notre Système solaire

12 Les queues des comètes

13 La nature des comètes

14 (IVe siècle av. JC, Chine)
Les premiers atlas de formes cométaires Archives chinoises. Cométographie d’Hévélius (1668). Le Livre de soie (IVe siècle av. JC, Chine) Hevelius, Cometographia, 1668

15 Petrus Apianus - la queue de la comète est opposée au Soleil
Petrus Apianus - la queue de la comète est opposée au Soleil. © Observatoire de Paris. Pierre Apian (1495—1552) : les queues cométaires sont opposées au Soleil

16 L’ère de la photographie astronomique
Grande comète de 1881 photographie de J. Janssen à Meudon C/1995 O1 (Hale-Bopp) Cliché ESO

17 il est toujours possible
© N. Biver En marge des techniques modernes, il est toujours possible de dessiner les comètes Dessin 153P/Ikeya-Zhang © N. Biver

18 La nature des queues de comète
H.W.M. Olbers (1812), puis F.W. Bessel en 1836 proposent que les queues de comètes sont constituées de particules solides repoussées par le Soleil. Mais la controverse fait rage pendant une bonne partie du XIXe siècle « Les astronomes classiques ont beau s'en excuser, ils font preuve d'une assez forte dose d'imagination lorsqu'ils admettent sans sourciller qu'il y ait là une colonne de vapeur réelle, au lieu d'y voir une simple illumination de l'éther, illumination d'un ordre spécial et d'une nature inconnue. » (Flammarion, 1881, La Nature, p. 227)

19 dans la comète Hale-Bopp :
En 1951, L. Biermann, suivi par H. Alfvén en 1957, émettent l'hypothèse de l'existence d'un vent solaire pour expliquer les queues d'ions des comètes. La réalité du vent solaire sera confirmée plus tard par les sondes spatiales. Le drapeau planté sur la Lune, flottant dans le vent solaire… un troisième type de queue est observé dans la comète Hale-Bopp : la queue de sodium on ne sait toujours pas d’où provient le sodium cométaire ! continuum + sodium continuum + ions

20 Giovanni Schiaparelli
La connexion comètes—étoiles filantes Les perséides et la comète 109P/Swift-Tuttle Giovanni Schiaparelli (1835—1910) Les léonides et la comète 55P/Tempel-Tuttle Léonides 1833 Léonides 2002

21 Poussières cométaires
poussière interplanétaire prélevée dans la haute atmosphère par un avion stratosphériqueU2 — taille : 10 mm un grain récolté par la station orbitale MIR Taille : 5 mm

22 Poussières cométaires
le retour de la capsule le 15 janvier 2006 2 janvier 2004 : Stardust prélève des échantillons de poussière dans 81P/Wild 2 particules piégées dans l’aérogel (simulation)

23 Les noyaux cométaires

24 Les noyaux cométaires :
mythe ou réalité ? « La question de savoir si les noyaux des comètes sont opaques ou diaphanes, s’ils doivent être considérés comme des corps solides ou comme de simples amas de vapeurs, est très-importante. » (F. Arago, 1853, Astronomie Populaire) différentes représentations de noyaux cométaire (Donn, Weissman et al., ca 1980)

25 Les noyaux cométaires :
mythe ou réalité ? ils existent : on les a rencontrés on les a même touchés ! on les a vus !

26 Les noyaux cométaires sont cependant des objets très fragiles :
ils se cassent facilement Comète 3D/Biela (1846) 73P/Schwassmann-Wachmann 3 (1995) D/1993 F2 Shoemaker-Levy 9

27 La nature chimique des comètes

28 Une révolution : la spectroscopie
[À propos des astres] « Nous concevons la possibilité de déterminer leurs formes, leurs distances, leurs grandeurs et leurs mouvements ; tandis que nous ne saurons jamais étudier par aucun moyen leur composition chimique, ou leur structure minéralogique… » (Auguste Comte, Cours de philosophie positive, tome 2, 1835) « Et cette analyse spectrale, peut-être plus admirable encore, puisqu’elle nous permet de faire l’analyse chimique d’astres situés dans les profondeurs infinies du ciel comme s’ils étaient entre nos mains et dans nos creusets, en sorte que j’ai pu dire dans une lecture récente sur la Chimie céleste : Ô étoile ! envoie-moi un de tes rayons, j’écrirai ton histoire. » (Jules Janssen, Science et Poésie, 1903, Annuaire du Bureau des longitudes.)

29 Premier spectre cométaire observé — visuellement — par G. B. Donati
C/1864 N1 (Tempel) Donati, 1864, Astron. Nachr., 62, 375 Giovanni Donati (1826—1873} C/2001 A2 (LINEAR) réseau + caméra CCD © C. Buil

30 1868 : première identification des bandes d’émission cométaires
par Huggins (1824—1910) comète cellule à étincelles lunette William Huggins (1824—1910) spectroscope échantillon de gaz

31 Carbone (huile d’olive)
Soleil Carbone (huile d’olive) Carbone (éthane) C/1868 L1 (Winnecke) 5D/Brorsen Spectre d’étincelle Huggins, 1868, Phil. Trans. 158, 529 (adapté par Schellen)

32 Spectroscopie cométaire : l’école de Meudon
Henri Deslandres (1853—1948) Fernand Baldet (1885—1964) observant au télescope Baillaud du Pic du Midi en 1909 Spectre de la comète C/1908 R1 (Morehouse) comparé à des spectres de laboratoire de la Baume Pluvinel & Baldet 1911

33 Spectroscopie visible contemporaine :
9P/Tempel 1 avec les télescopes de l’ESO

34 La recherche de molécules complexes en radioastronomie millimétrique
Détection de l'éthylène glycol (l’« anti-gel ») dans la comète Hale-Bopp avec les radiotélescopes de l'IRAM et du CSO (Crovisier et al. 2004, A&A, 418, L35)

35 Le phénomène comète

36 Mais les comètes ne suivent pas rigoureusement les lois de Kepler.
Le calcul des perturbations gravitationnelles par les planètes géantes est un triomphe de la mécanique céleste newtoniène au XVIIIe siècle. Des écarts subsistent cependant : des effets non-gravitationnels sont présents ! « Comparons les intervalles entre les retours successifs de la comète d'Encke à son périhélie, en tenant compte de toutes les perturbations dues à l'attraction planétaire, et nous verrons que les périodes diminuent graduellement, c'est-à-dire que le grand axe de l'ellipse de la comète va toujours se raccourcissant dans une proportion lente, mais toujours régulière. Or, c'est précisément le cas qui doit avoir lieu si nous supposons que la comète subisse une résistance d'un milieu éthéré excessivement rare qui pénètre les régions de son orbite. » (Aventure sans pareille d'un certain Hans Pfaall, Edgar Poe, 1835) Johann Franz Encke (1791—1865)

37 En 1950, Fred Whipple (1906-2004) proposa
le modèle de la « boule de neige sale » pour représenter les noyaux cométaires et expliquer les forces non-gravitationnelles

38 Le modèle de Whipple explique également les forces non-gravitationnelles qui s’exercent sur les noyaux cométaires.

39

40 Les familles de comètes : l’évolution dynamique

41 le nuage la ceinture le vent Jan Oort (1900—1992) Gerard Kuiper
(1905—1973) Ludwig Biermann (1907—1986)

42 l’exploration spatiale
Vers les comètes : l’exploration spatiale

43 Les débuts de l'exploration
spatiale des comètes Hector Servadac Jules Verne (1877) Palmyrin Rosette

44 …et la renaissance du Baltimore Gun-Club.
Deep Impact... M.F. A’Hearn Impey Barbicane …et la renaissance du Baltimore Gun-Club. © Jules Verne

45 L'Astronomie Sept. 2004

46 Jules Verne, Voyages et Aventures du Capitaine Hatteras, 1866
« La comète est le Deus ex machina ; toutes les fois qu’on est embarrassé en cosmographie, on appelle une comète à son secours. C’est l’astre le plus complaisant que je connaisse, et, au moindre signe d’un savant, il se dérange pour tout arranger ! » Jules Verne, Voyages et Aventures du Capitaine Hatteras, 1866

47 Pour en savoir plus : les comètes pour les nuls : http://wwwusr. obspm

48 niveau étudiant