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Mercredis de Meudon18 janvier 2006
Des siècles d’observations scientifiques : l’émergence
du concept moderne de comète
Jacques CrovisierObservatoire de Paris
comète Hale-Bopp (C/1995 O1)
comète Donati (C/1858 L1)J. Verne, Hector Servadac (1877)
comète Donati (C/1858 L1)Guillemin, Les Comètes (1875)
comète Hale-Bopp (C/1995 O1)
La prétendue « comète d’Ambroise Paré »
Peter CreutzerProspectus
1527
Pierre BoaistuauHistoires
prodigieuses1560
Ambroise ParéLes Monstres
1573
CamilleFlammarionAstronomiePopulaire
1880
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
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.
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 10000 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.
Les orbites cométaires
Halley, 1705, Phil. Trans. Roy. Soc. 24, 1882
Edmond Halley : Synopsis de l’astronomie des comètes (1705)
1758 !!
Edmond Halley (1656—1742)
« He now talks, swears and drinks brandy
like a see captain. » d’après Flamstead, 1703
(un rival envieux)
Qui était Halley ?
Le monde des comètes
Arago 1853 2004
Le cataloguedes 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 période274 orbites elliptiques de période > 200 ans : comètes à longue période910 orbites paraboliques184 orbites hyperboliques : elles vont quitter notre Système solaire
Les queues des comètes
La nature des comètes
Les premiers atlas de formes cométaires
Le Livre de soie(IVe siècle av. JC, Chine)
Hevelius, Cometographia, 1668
Pierre Apian (1495—1552) : les queues cométaires sont opposées au Soleil
Grande comète de 1881photographie de J. Janssen à Meudon
C/1995 O1 (Hale-Bopp)Cliché ESO
L’ère de la photographie astronomique
© N
. B
iver
En marge des
techniques modernes,
il est toujours possible
de dessiner
les comètes
« 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)
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.
La nature des queues de comète
Mais la controverse fait rage pendant une bonne partie du XIXe siècle
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 pasd’où provient
le sodium cométaire !
continuum+ ions
continuum+ sodium
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.
Giovanni Schiaparelli(1835—1910)
La connexion comètes—étoiles filantes
Léonides 1833 Léonides 2002
Les perséides et la comète 109P/Swift-Tuttle
Les léonides et la comète
55P/Tempel-Tuttle
Poussières cométaires
poussière interplanétaireprélevée dans la haute atmosphère par
un avion stratosphériqueU2 — taille : 10 m
un grain récolté parla station orbitale MIR
Taille : 5 m
Poussières cométaires
2 janvier 2004 : Stardust prélèvedes échantillons de poussière
dans 81P/Wild 2
le retour de la capsulele 15 janvier 2006
particules piégéesdans l’aérogel(simulation)
Les noyaux cométaires
Les noyaux cométaires :mythe ou réalité ?
différentes représentations de noyaux cométaire (Donn, Weissman et al., ca 1980)
« 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)
Les noyaux cométaires :mythe ou réalité ?
ils existent :on les a rencontrés
on les a vus !on les a même
touchés !
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
La nature chimiquedes comètes
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.)
Premier spectre cométaireobservé — visuellement —
par G. B. DonatiC/1864 N1 (Tempel)
Donati, 1864, Astron. Nachr., 62, 375
Giovanni Donati(1826—1873}
C/2001 A2 (LINEAR)réseau + caméra CCD
© C. Buil
1868 : première identification des bandes d’émission cométaires
par Huggins (1824—1910)
cellule àétincelles
comète
spectroscopeéchantillonde gaz
lunetteWilliam Huggins(1824—1910)
Huggins, 1868, Phil. Trans. 158, 529(adapté par Schellen)
Soleil
Carbone (huile d’olive)
Carbone (éthane)
C/1868 L1 (Winnecke)
5D/Brorsen
Spectre d’étincelle
Fernand Baldet (1885—1964)observant au télescope Baillaud
du Pic du Midi en 1909
Henri Deslandres(1853—1948)
Spectroscopie cométaire :l’école de Meudon
Spectre de la comète C/1908 R1 (Morehouse) comparé à des spectres de laboratoirede la Baume Pluvinel & Baldet 1911
Spectroscopie visible contemporaine :9P/Tempel 1 avec les télescopes de l’ESO
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)
La recherche de molécules complexesen radioastronomie millimétrique
Le phénomène comète
Mais les comètes ne suivent pas rigoureusement les lois de Kepler.Le calcul des perturbations gravitationnelles par les planètes géantesest 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)
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
Le modèle de Whipple explique également les forces non-gravitationnelles qui s’exercent sur les noyaux cométaires.
Les familles de comètes :l’évolution dynamique
Jan Oort(1900—1992)
Gerard Kuiper(1905—1973)
Ludwig Biermann(1907—1986)
le nuage le ventla ceinture
Vers les comètes :l’exploration spatiale
Hector ServadacJules Verne (1877)
Palmyrin Rosette
Les débuts de l'explorationspatiale des comètes
Deep Impact...
…et la renaissance du Baltimore Gun-Club.© Jules Verne
Impey BarbicaneM.F. A’Hearn
L'AstronomieSept. 2004
« 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
Pour en savoir plus :les comètes pour les nuls :
http://wwwusr.obspm.fr/~crovisie/promenade/
niveauétudiant
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