Dans l'Univers

L'eau dans les comètes







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


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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