Comète Tempel 1

Les astronomes ne sont pas toujours limités à l’observation au télescope. La comète Tempel 1 ou 9P/Tempel (9P/Tempel 1) en est la preuve : des scientifiques y ont écrasé un projectile de 372 kilogrammes à des fins scientifiques, créant un cratère de 100 mètres de diamètre. Tempel 1 est ainsi devenue la première comète au monde sur laquelle une sonde s’est «posée».

Caractéristiques de la comète Tempel 1

Cela s’est produit dans le cadre de la mission Deep Impact, qui se traduit par «impact profond». Pourquoi Tempel 1 a-t-elle été choisie ? Sa période orbitale autour du Soleil est l’une des plus courtes : 5 ans et demi seulement. À titre de comparaison, la période de la première comète dont la périodicité a été prouvée — la comète de Halley — est de 75 ans. La deuxième raison est que Tempel 1 appartient à la famille de Jupiter, c’est-à-dire qu’elle n’est pas plus éloignée du Soleil — ce qui est important, compte tenu de la capacité des comètes à atteindre les limites du système solaire. Toute cette précision est nécessaire en raison de la variabilité de l’orbite de la comète. Plus l’écart entre les valeurs est faible, plus la sonde a de chances de remplir sa mission. D’autres caractéristiques de la comète ont également joué un rôle :

• La masse de Tempel 1 est estimée à 5×10 13 kg pour une longueur de 7,6 kilomètres. La densité finale de la comète est de 0,62 g/cm 3 , ce qui est comparable à la densité du carton — si vous jetiez la comète dans l’eau, elle ne coulerait pas, mais flotterait à la surface comme du bois. Cette légèreté est due au fait que la comète est principalement composée de couches de poussière et de glace de diverses substances, dont de l’eau. Avant la mission Deep Impact, on pensait que c’était la glace qui dominait la structure des comètes. Mais il s’est avéré qu’il y a beaucoup plus de poussière — jusqu’à 80 % de la comète Tempel 1 est occupée par des vides entre les couches de poussière et de glace.
• La densité de Tempel 1 mérite une mention spéciale : les scientifiques n’ont trouvé aucun signe de compression de la matière de la comète plus près du centre. Cela confirme la théorie selon laquelle les comètes sont de petits astéroïdes rocheux ou métalliques qui ont «volé» l’eau et la poussière des anneaux de Saturne. Mais des recherches plus approfondies ont révélé que Tempel 1 n’appartenait pas à ce type de comète, mais qu’elle datait des premiers jours du système solaire.
• La surface de Tempel 1 est recouverte d’un quart de glace, et la plus grande partie de la glace — environ 19 % — est constituée d’amas de neige empilés avec de la poussière. C’est cette glace, chauffée par les rayons du Soleil, qui forme la coma de la comète — un gigantesque nuage de gaz et de poussières, recouvrant Tempel à une distance de 700 à 500 kilomètres (au moment de l’approche de Deep Impact). D’ailleurs, ce n’est que grâce à la coma et à la queue — le «panache» de la coma — que l’on peut voir la comète. La réflectivité, l’albédo, de Tempel 1 était de 4 %, soit un peu plus que le charbon.

Matériel connexe

La découverte de la prédominance de la poussière sur l’eau dans la composition de la comète n’est pas la seule avancée de la mission Deep Impact. Dans les matériaux de Tempel 1, éjectés dans l’espace par l’impact de la sonde, ils ont également trouvé de la matière organique. Il s’agit non seulement des «classiques» du système solaire que sont le dioxyde de carbone et l’ammoniac, que l’on trouve même sur Pluton, mais aussi de composés plus complexes comme l’acide acétique et le nitrite.

Cette diversité de substances organiques confirme presque la théorie selon laquelle ce sont les comètes qui ont apporté la vie sur Terre. Presque, car sur les comètes, on n’a trouvé jusqu’à présent que de l’eau «lourde». Ses molécules contiennent un isotope plus lourd, le deutérium, au lieu de l’hydrogène ordinaire. Et si les algues et les bactéries peuvent vivre en toute sécurité dans l’eau lourde, les organismes plus complexes comme les poissons ou les souris en meurent.

Découverte et recherche de Tempel 1

Stade primaire

La comète a été découverte il y a bien longtemps : c’est Ernst Tempel qui l’a découverte en 1867 à Marseille. Contrairement aux astéroïdes, les astronomes ne nomment pas les comètes indépendamment les uns des autres. Ils leur attribuent le nom de ceux qui, les premiers, ont prouvé la périodicité de leur apparition près du Soleil. En outre, le nom est précédé d’une lettre indiquant la classe de la comète. Tempel 1 étant une comète à courte période (P), son nom complet est 9P/Tempel 1.

Tempel est entré dans l’astronomie par le biais de son activité professionnelle, la lithographie, pour laquelle il répondait souvent à des commandes de scientifiques. À l’aide d’un télescope construit avec ses propres fonds, il découvre sa première comète, puis travaille professionnellement à l’Observatoire de Marseille. Au cours de sa carrière, Ernst Tempel a découvert 21 comètes et 5 astéroïdes. Parmi les comètes qu’il a découvertes, on peut citer Tempel 1, mais aussi 55P/Tempel-Tuttle, une comète dont la queue produit une forte pluie de météores Leonid qui se répète tous les 33 ans.

À la fin du XXe siècle et au début du XIXe siècle, alors qu’il était courant de photographier les objets célestes, les astronomes ont tenté de photographier Tempel 1. Cependant, la comète n’a pas été retrouvée à sa place. On a donc annoncé que Tempel 1 avait disparu, ayant fini par fondre lors de son prochain passage près du Soleil ou s’étant écrasée sur un objet quelconque. En fait, c’est son orbite qui a changé. En 1881, Jupiter, dans la zone de forte influence de laquelle est tombée accidentellement Tempel 1, a étiré la trajectoire de son mouvement — la période de sa circulation autour du Soleil a augmenté d’un an.

L’étape moderne

Photographie de la comète en couleurs artificielles prise avec le télescope New Technology de l’ESO le 4 mai 2005.

Tempel 1 n’a été redécouverte qu’en 1967 par l’astronome britannique William Marsden, qui a deviné l’influence de Jupiter sur le mouvement de la comète. La même année, la comète a pu être photographiée. Cependant, l’orbite de Tempel a finalement été enregistrée en 1972. Depuis, elle est régulièrement observée depuis la Terre lors de son apparition entre mai et juillet. À cette époque, Jupiter avait «rendu» Tempel 1 à sa place, et sa période orbitale est aujourd’hui de 5,5 ans.

Jusqu’en 2005, Tempel 1 était depuis longtemps dans le collimateur des télescopes en orbite Hubble et Spitzer, qui ont calculé son orbite actuelle et effectué des mesures spectrales régulières. Cependant, la principale étude — et l’une des plus importantes dans l’histoire de la recherche sur les comètes — a été réalisée par la sonde Deep Impact en 2005.

La sonde Deep Impact

Le survol de Tempel 1 a coïncidé avec la fin d’un concours organisé par la NASA pour trouver le véhicule de recherche le plus adapté aux comètes. Les variantes classiques des sondes — avec des modules d’atterrissage et des capsules de tir — ont été jugées soit pas assez fiables pour les conditions des comètes, soit trop chères. Et toutes n’ont pas réussi à faire la chose la plus importante : examiner le centre de la comète, pour dissiper le mystère de son origine et de sa composition. Le projet Deep Impact, d’un coût de 267 millions de dollars, a proposé une idée nouvelle et très audacieuse : tirer une «balle» de cuivre dans la comète pour exposer les roches internes à la vue des analyseurs, sans se limiter à l’examen d’une seule surface.

Photographie de l’impact de l’impacteur sur le noyau de la comète.

Pourquoi le projectile serait-il en cuivre ? Si, dans les années 1980, les astronomes ont pu voir, à l’aide de sondes, le noyau de la comète, caché aux télescopes terrestres par sa queue et sa coma, il était clair qu’il ne pouvait pas contenir de cuivre, un métal très lourd. La «balle» de cuivre n’était pas un simple mannequin : en plus des moteurs de propulsion et de l’antenne, elle était équipée d’une caméra pour photographier de près la surface de Tempel 1.

L’opération de la sonde a été un succès. La caméra du module d’impact a filmé Tempel 1 jusqu’à l’impact — la dernière image a été capturée 4 secondes avant le contact. L’impact de l’impacteur de 372 kg à 10 km/s a été d’une force équivalente à l’explosion d’une bombe de 5 tonnes. L’énergie de l’impact a vaporisé le métal, laissant un cratère de 100 mètres de diamètre et de dix étages de profondeur à la surface de la comète. La poussière et la glace projetées par l’impact ont formé un nuage à grande échelle qui a rapidement quitté Tempel 1. Les scientifiques ont pu déterminer la masse et la densité de l’astéroïde grâce à la vitesse de son recul.

Vidéo de l’impact d’un impacteur sur une comète

Outre la «balle» elle-même, l’attaque de Tempel 1 a été surveillée par la partie porteuse de la sonde Deep Impact, qui plane au-dessus de la comète à une distance de 8700 kilomètres, ainsi que par deux télescopes spatiaux — Hubble et Spitzer. Ils ont non seulement analysé la composition de la matière de la comète arrachée par l’impact, mais ont également enregistré une libération répétée de gaz et de poussières, cinq fois plus forte que l’éclair émis par le module d’impact «Deep Impact». Les scientifiques pensent que sous l’influence du Soleil, la glace profonde du noyau a bouilli et s’est échappée de la comète dans une explosion de gaz.

Quel a été l’impact de l’homme sur le destin de Tempel 1 ? L’orbite de la comète ne s’est déplacée que de 30 mètres et son orbite autour du Soleil de quelques minutes. Comparé à Jupiter, qui éloignera à nouveau Tempel 1 de 30 millions de kilomètres en 2024, Deep Impact a à peine perturbé la comète.

La sonde Stardust

Comète Tempel 1, animation basée sur des images de la sonde Stardust.

Deep Impact n’est cependant pas le seul engin spatial à avoir visité Tempel 1. Après avoir achevé sa mission principale, qui consistait à ramener sur Terre des matériaux provenant de la comète Wilde 2, la sonde Stardust — que l’on peut traduire par «poussière d’étoile» — s’est rendue sur Tempel 1 en 2011. L’objectif de la sonde était d’examiner le cratère creusé par sa prédécesseure.

Cratère artificiel sur la comète Tempel 1

D’ailleurs, Stardust a déjà rencontré la comète en 2005 — mais elle était alors occupée à des objectifs plus importants, et sur les images, Tempel 1 ressemblait à un tas de pixels. La nouvelle visite de la comète en 2011 a coûté 30 millions de dollars supplémentaires à la NASA.

L’approche minimale de Stardust par rapport à Tempel 1 était de 185 kilomètres, ce qui est assez proche à l’échelle cosmique. La sonde a pu enregistrer le cratère «Deep Impact» — il s’est agrandi et en son centre on a trouvé une colline de terre — apparemment la conséquence du deuxième flash après l’impact. Tous les détails du relief de la comète se sont fortement accentués, ce qui indique une érosion active détruisant la comète. Le survol de Tempel 1 a marqué la fin des 12 années de travail de la sonde Stardust.

Caractéristiques de Tempel 1

La mission Deep Impact n’a pas seulement permis aux astronomes d’observer l’intérieur d’une comète pour la première fois dans l’histoire, elle a également permis la pénétration la plus profonde de l'»œil» humain dans un objet cosmique. Des informations ont même été obtenues sur la composition du noyau de la comète, dont le matériau a été impliqué dans l’explosion après l’impact du module de la sonde. Auparavant, le noyau était bien à l’abri du Soleil. Cela signifie que la matière à l’intérieur de Tempel 1 a été préservée dans la forme dans laquelle elle existait au tout début du système solaire — la période de formation de toutes les planètes et comètes.

Le noyau de la comète Tempel 1, vu par la sonde StarDust.

La profondeur des données a révélé de nombreuses choses intéressantes sur les comètes, en particulier sur Tempel 1 :

• L’origine de Tempel 1 est surprenante. La comète est née il y a plus de 4,5 milliards d’années entre Uranus et Neptune. À l’époque, ces astres étaient beaucoup plus proches du Soleil et changeaient constamment d’orbite. Des manœuvres gravitationnelles de cette ampleur ont entraîné la dispersion d’un grand nombre de comètes. Certaines se sont envolées vers le nuage d’Oort, une zone de petits corps cosmiques située à la périphérie du système solaire, d’où proviennent la plupart des comètes à longue période. D’autres ont été capturées par Jupiter, Uranus, Neptune et Saturne dans leurs «familles» cométaires. Tempel 1 a connu le même sort.
• À la surface du noyau de Tempel 1, les scientifiques ont trouvé des cratères d’impact de météorites. Compte tenu de la fragilité de la «croûte» de la comète, dont la structure est similaire à celle de la neige sale, et de l’expérience acquise dans l’étude des comètes, les cratères de Tempel 1 sont devenus les premiers cratères cométaires découverts au monde.
• Les astronomes ne s’attendaient pas à trouver des matières organiques sur Tempel 1, mais on en trouve plus ou moins régulièrement dans le système solaire. La véritable surprise a été la découverte d’argile, dont on pensait jusqu’à présent qu’elle n’était formée que par de l’eau liquide.
• Après l’attaque de Tempel 1 par la sonde, un éclair de gaz secondaire a éjecté des cristaux d’olivine, un minéral vert pâle contenant du magnésium et du fer que l’on trouve sur Terre sous forme de chrysolite et sur l’île d’Hawaï sous forme du célèbre sable vert. Les olivines constituent la majeure partie de la poussière lunaire.

Il est intéressant de noter que la queue et la coma de la comète, bien qu’éphémères et transparentes, sont assez solides. La sonde Stardust, en s’approchant de Tempel 1, a été perforée en plusieurs parties par des courants de gaz et de poussière à grande vitesse.

Date de publication: 12-26-2023

Mettre à jour la date: 12-26-2023